Thermodynamique

La thermodynamique étudie les échanges d’énergie sous forme de travail et de chaleur. Pour l’architecte qui conçoit en climat chaud et sec, elle est essentielle : c’est elle qui explique pourquoi une case en banco reste fraîche l’après-midi, pourquoi une toiture en tôle nue transforme une salle de classe en four, et combien d’électricité consomme un climatiseur à Niamey. Le cours présente les principes de base (température, chaleur, énergie interne, gaz parfaits, chaleurs sensible et latente), les deux principes de la thermodynamique appliqués aux machines (moteurs, groupes électrogènes, climatiseurs), les transferts de chaleur à travers l’enveloppe (conduction, convection, rayonnement, coefficient U), puis les systèmes énergétiques et l’efficacité thermique : bilan thermique simplifié d’un local, inertie, ventilation, solaire thermique et photovoltaïque.

Objectifs d’apprentissage

• Définir température, chaleur, énergie interne, capacité thermique et chaleur latente, et utiliser la loi des gaz parfaits.
• Appliquer le premier principe (conservation de l’énergie) et le second principe (rendement, COP, cycle de Carnot).
• Calculer la résistance thermique et le coefficient U d’une paroi, ainsi que le flux de chaleur qui la traverse.
• Expliquer le rôle du rayonnement solaire, de l’absorptivité et de l’émissivité des matériaux de toiture et de façade.
• Établir un bilan thermique simplifié d’un local et proposer des solutions bioclimatiques et énergétiques adaptées au Sahel.

Prérequis

Notions de physique et de mathématiques de base : unités SI, énergie et puissance, proportionnalité, fonctions logarithme et puissance, utilisation de la calculatrice.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Notions de base : température, chaleur et gaz parfaits
2. Leçon 2 — Premier et second principes de la thermodynamique
3. Leçon 3 — Transferts de chaleur dans le bâtiment : conduction, convection, rayonnement
4. Leçon 4 — Systèmes énergétiques et efficacité thermique des bâtiments

Modalités d’évaluation

Volume horaire : 10 h de cours magistral (CM), 5 h de travaux dirigés (TD), 0 h de TP et 5 h de travail personnel (TPE) ; 1 crédit. Évaluation : contrôle continu (exercices de TD, quiz en ligne) et examen terminal écrit comportant des exercices chiffrés d’application au bâtiment.

Bibliographie

• Moran, M. J., & Shapiro, H. N. (2014). Fundamentals of Engineering Thermodynamics. Wiley.
• Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2014). Thermodynamics: An Engineering Approach. McGraw-Hill Education.
• Çengel, Y. A., & Ghajar, A. J. (2015). Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications. McGraw-Hill Education.
• Givoni, B. (1998). Climate Considerations in Building and Urban Design. Wiley.
• Liébard, A., & De Herde, A. (2005). Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques. Observ’ER / Le Moniteur.