Polymère, éclairage, acoustique, bts Enveloppe du Bâtiment 2013.

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Etude physicochimique des parois.
Le polymère utilisé, le polyfluorure de vinylidène (PFVD) est issu de la polymérisation du fluorure de vinylidène. La réaction de polymérisation est représentée ci-dessous :

Définir les termes de polymère et de degré de polymérisation.
Macromolécule  obtenue   à partir d'un grand nombre de petites molécules ( monomère) , associées par liaisons de covalence. Le degré de polymérisation est égal au nombre moyen de monomères constituant le polymère.
Déterminer la masse molaire du monomère.
M(C) = 12 g/mol ; M(H) = 1,0 g/mol ; M(F) = 19,0 g/mol.
Mmono=2*12+2+2*19 =64 g/mol.
Le degré de polymérisation moyen étant de 100, déterminer la masse molaire moyenne du polymère.
Mpoly = 100 Mmono = 6,4 103 g/mol.
Les jonctions des différentes plaques sont assurées par des soudures à chaud ne devant pas excéder 300 °C dans le dioxygène. En effet, au-delà de cette température, le polymère se dégrade, en libérant de l’acide fluorhydrique gazeux
(HF) et du dioxyde de carbone (CO2).
 Consigne de risque du fluorure d’hydrogène.

 Écrire en ajustant les coefficients stoechiométriques, l’équation de réaction associée à la transformation chimique de la dégradation du PFVD, noté [CH - CF2]100, dans le dioxygène.
[CH2 - CF2]100 + 200O2 ---> 200HF + 200CO2.
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Une soudure entre deux plaques de PFVD se caractérise par une surface de 0,5 m2 et une épaisseur de 500 μm. Lorsque la soudure a été mal réalisée, on considère qu’1% de la masse de polymère constituant la soudure a été dégradé. Masse volumique du PFVD : ρpfvd = 1,8.103 kg.m-3.
Montrer que la quantité de matière de polymère dégradé est de 7,0.10-4 mol pour une soudure mal réalisée.
Volume de las oudure : V = 0,5 *500 10-6 = 2,5 10-4 m3.
Masse de la soudure : V ρpfvd = 2,5 10-4 *1,8.103 =0,45 kg = 450 g.
Masse de polymère dégradé : m = 0,01*450 = 4,5 g.
Quantité de matière correspondante : n = m / Mpoly =4,5 / (6,4 103) =7,0 10-4 mol.
Montrer que la quantité de matière en acide fluorhydrique gazeux formée, après dégradation, est de 0,14 mol.
n(HF) = 200 n = 200 *7,0 10-4  =0,14 mol.
En déduire la masse d’acide fluorhydrique gazeux produit.
m(HF) = n(HF) M(HF) = 0,14 *20 = 2,8 g.
On admet que l’acide fluorhydrique gazeux peut être assimilé à un gaz parfait.
En déduire le volume d’acide fluorhydrique gazeux produit à 25°C et sous une pression de 1 bar.
Vmolaire = 23 L .mol-1.
V = n(HF) Vmolaire =0,14 *23 =3,2 L.
Quels peuvent être selon vous les risques encourus par l’opérateur lors de la mauvaise réalisation d’une soudure.
Risque de mort par inhalation, brûlures de la peau, lésions oculaires graves.

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Eclairage.
La partie inférieure des parois du hall est recouverte de polymère, et est éclairée à l’aide d’un projecteur halogène. Celui-ci sera supposé ponctuel dans toute la suite du problème.
On suppose que la lumière servant à l’éclairage du parvis provient intégralement de la lumière réfléchie par une paroi réfléchissante. Le cahier des charges prévoit un éclairement visuel minimal moyen du parvis d’entrée, noté Ep, de 50 lux. On considère dans la suite du problème que le flux lumineux visuel émis par le projecteur halogène et noté Fs est perpendiculaire à la paroi réfléchissante.
Données : Surface du parvis : Sparvis= 40 m² ; Eclairement parvis : Ep = 50 lux ; Surface éclairée de la paroi : 5 m² ;
Coefficient de réflexion en flux lumineux de la paroi propre : ρ = 0,8 =Fréémis /Freçu ; Efficacité lampe halogène notée e = 10 lm .W-1.
 Quelles peuvent être selon vous les facteurs extérieurs relatifs à la paroi qui pourraient nuire à cet éclairage à moyen et long terme ?
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 Nommer l’appareil qui permet de mesurer un éclairement visuel.
Le luxmètre.
Connaissant la valeur de l’éclairement visuel du parvis, calculer le flux lumineux visuel, reçu par ce parvis. On notera ce flux lumineux visuel Fp.
Fp = Sparvis Ep =40*50 = 2,0 103 lm.
 En déduire que le flux lumineux visuel émis par la paroi réfléchissante est de 2000 lumen (lm).
La lumière servant à l’éclairage du parvis provient intégralement de la lumière réfléchie : Fp =2,0 103 lm.
On considère que l’intensité lumineuse émise par un projecteur halogène supposé ponctuel et notée Iémis, est constante et égale à 650 cd dans un cône d’angle solide W=4,13 sr.
Exprimer, en fonction de Iémis et W, le flux lumineux visuel moyen, Fs, émis par ce projecteur halogène. Montrer que Fs vaut 2,7.103 lm.
Fs = Iémis W = 650*4,13 = 2684 ~2,7 103 lm.
 En déduire la puissance électrique de cette lampe halogène.
P = Fs / e = 2684 / 10 = 268,4 ~2,7 102 W.
En supposant que le flux Fs est totalement reçu par la paroi, conclure sur l’adaptation de ce projecteur halogène par rapport au flux lumineux visuel attendu par le cahier des charges de 2000 lm.
Fréémis /Freçu  = 0,8 ;   Fréémis = 0,8  Freçu  =0,8 *2684 = 2147 ~2,1 103 lm, valeur supérieure à celui retenu par le cahier des charges. Ce projectrur halogène convient donc.




Etude acoustique.
Ce hall d’accueil étant un lieu de stationnement de foule, on cherche à évaluer dans cette partie, l’intérêt de traiter acoustiquement les parois d’entrée. L’option envisagée est d’utiliser des plaques percées de PVFD associées à un matériau absorbant les ondes acoustiques. On admet que 2 sons sont distinctement perceptibles à l’oreille s’ils sont séparés d’une durée de 30 ms.
Montrer qu’une distance minimale, notée dmin, de 5,10 mètres entre la source d’un signal sonore et une paroi réfléchissante, permet de distinguer le signal sonore émis du signal sonore réfléchi.
Données : célérité d’une onde sonore dans l’air à 20°C: c = 340 m.s-1.
dmin = 0,5*340 *0,030 = 5,1 m.
On considère un ensemble de personnes discutant à 5,00 mètres de la paroi. Ce groupe est assimilé à une source de niveau d’intensité sonore notée Lémis=70 dB à la fréquence de 1 kHz.
Nommer l’appareil permettant de mesurer un niveau d’intensité sonore.
Le sonomètre.
Donner la valeur du niveau d’intensité sonore correspondant au seuil de douleur.
Seuil de la douleur : 120 dB.
On souhaite que l’intensité acoustique réfléchie par le mur Imur traité ait pour valeur 3,16.10-8 W.m-2.
En admettant que l’intensité acoustique reçue par la paroi est de 3,95.10-8 W.m-2, déduire la valeur du coefficient de réflexion en intensité sonore noté a de l’ensemble paroi-matériau absorbant.
a = 3,16.10-8 /(3,95.10-8) = 0,8.
Les variations du coefficient a en fonction de la fréquence de l’onde sont données dans le tableau ci-dessous :
fréquence (hz)125250500100020004000
Fibre de bois compressé0,150,440,450,440,530,59
Laine de chanvre ( 25 kg m-3)0,250,280,510,80,930,99
Panneau agloméré lin0,750,80,500,400,30,33
Parmi les matériaux, choisir celui qui permettrait d’assurer le meilleur confort acoustique.
A la fréquence f = 1 kHz, la laine de chanvre possède une coefficient de réflexion en intensité sonore a= 0,8.



  

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