Régulation thermique des termitières
Les insectes vivant en communautés sont de très bons constructeurs, ils ont expérimentés pendant des milliers d’années les meilleures méthodes et matériaux à utiliser pour bâtir leurs habitats. Le système de régulation de chaleur des termitières en est un très bon exemple. Grâce à leurs ingénieries, il serait bien possible de reproduire des bâtiments avec la même structure pouvant donc ventiler et bien évidement réchauffer l'intérieur.
Les termitières se trouvent en zones tropicales et pourtant, elles sont naturellement climatisées :
le secret de cette climatisation réside dans l’architecture de leurs constructions. Il y a un courant d’air dans les parties inférieures : l’air est aspiré par pleins de petites ouvertures situées au pied de la termitière, puis, il circule sous terre où il est rafraîchi au contact de puits très profonds (de 15 à 20m en général) que les ouvriers creusent pour atteindre la nappe phréatique et donc par conséquence, l’air chaud de la termitière s’élève et sort par la grande cheminée. Cela s'explique par la masse volumique de l'air en fonction de la température que l'on verra par la suite.
La nuit, la température peut atteindre 0°c, donc les termites essaient de garder une chaleur à peu près constante de 31°c, alors ils bouchent les ouvertures afin d’interrompre le flux d’air et préserver la chaleur de l'air accumuler durant la fin de la journée.
Le phénomène de flux d'air alors présent dans la termitière s'explique par la masse volumique de l'air en fonction de la température. La formule suivante la détermine, et se mesure en kilogrammes par mètre cube (kg/m³) :
ρ = (P x M)÷(R x T)
→Nous avons :
-T, la température (en °K)
-M, la masse molaire de l’air (en kg/mol : 0,02897 Kg/mol)
-R, la constante universelle des gaz parfaits (8,3144621 J.mol e-1.K e-1 avec une incertitude de 7,5×10e-6 J.mol-1.K-1)
-P, la pression de l’air (Pa)
Puisque la température T est au dénominateur, on peut en déduire que plus elle augmente, plus la masse volumique de l'air ρ diminue. Alors, l'air froid, possédant une masse volumique supérieur à celle de l'air chaud, est attiré vers le bas, laissant donc l'air chaud remonter par les cheminées.
Le Building Termitière
Comme nous venons de le voir ci-dessus, l’ingéniosité des termites est très remarquable; grâce à la force de la nature il est totalement possible de contrôler une température ambiante selon nos désirs, et cela d'une des façons les plus économique que l'on connaisse. L'Eastgate Center en est le fruit.
À Harare, situé au Zimbabwe, l'architecte Mike Pearce est sûrement l'héritier de l'une des toutes premières constructions utilisant une ventilation à ce niveau de sophistication. En 1996, l'Eastgate Center ouvre ses portes sur un total de 5.600 m² de zones commerciales, 26.000 m² de bureaux et aussi un espace de parking pouvant abriter jusqu'à 450 voitures.
Cette immense surface pourrait paraître extrêmement coûteuse en énergie et donc on pourrait déduire que c'est une grande source de pollution. Or cet architecte Zimbabwéen a eu recours aux travaux architecturaux des termites.
En s'inspirant de leur abris, Mike Pearce inaugura un bâtiment de plus de 3 hectares (1 hectare=10000 m²) qui consomme seulement 10% de l'énergie d'un building traditionnel de la même superficie. Nous pouvons de façon simple résumé le circuit de ventilation de l'Eastgate building pour que tant d'économie soit faite:
1/début de journée: le bâtiment est frais.
2/en journée: machines et gens produisent de la chaleur; celle-ci est absorbée par le tissu du bâtiment pour que la température intérieur ne s'accroit pas trop.
3/dans la soirée: température extérieur diminuant, l'air chaud en intérieur est évacuée par les cheminées, à l'aide de ventilateurs.
4/pendant la nuit: ce processus se poursuit jusqu'à qu'une température ambiante soit atteinte dans le bâtiment pour commencer le jour suivant.
Seulement 10%!!!! C'est dingue...
Centrale solaires
Le système de termitière peut également créer de l’énergie, nous pouvons citer les centrales solaires à effet de cheminée.
En 1903, le colonel Isidoro Cabanyes est le constructeur du premier prototype d’une tour solaire, qui est le projet dit le plus ambitieux jamais crée pour la production d’énergie alternative ; et en 1981, la première centrale à vrai échelle fut construite en Espagne par l’ingénieur Allemand Jörg Schlaich : sa tour solaire eu une durée de fonctionnement de 7 ans, sa tour mesurait 195 mètres de haut et sa surface de serre était de 46 000 m².
Le principe de cette construction est simple: de l’air est chauffé par un effet de serre dans un très grand espace situé de préférence dans une plaine. Une fois l'air chauffé, il se dirige dans une cheminé grâce à la densité de l’air qui à diminuer. La base de cette cheminé est composée de turbines qui vont permettre à des générateurs électriques de produire de l’électricité. C’est ainsi que l’on peut tirer profit d’une différence de température et donc d'une différence de densité.
Ce système de production d’énergie peut donc être en fonctionnement jour et nuit, car la chaleur présente au niveau du sol sera dans tous les cas différente de la chaleur présente au point culminant de la grande tour, qui se situe à environ quelques centaines de mètre du sol.
Il y a aussi d’une manière un symbole d’espoir crée par celle-ci, ce qui peux aider au développement d’énergies vertes et renouvelables.
De plus on peut citer de nombreux avantages résidant dans cette façon de production :
-il n’y a pas d’émissions polluantes
-son fonctionnement est sans interruption
-c’est une source d’énergie inépuisable et sans frais après construction
-son mécanisme est assez simple et nécessite peu d’entretien
Le saviez-vous? D'ici 2030, la ville de Dubaï prévoit de construire une centrale solaire géante qui aurait la superficie de 285 terrains de football. Elle pourra produire 1000 Mégawatts et ainsi alimenter 800 000 foyers!!!
Quoi de mieux dans un pays où il ne pleut que 25 jours par an!!!
Expérience
Mettre en évidence le mouvement des fluides selon leur température et donc leur densité. Nous utiliserons de l'eau car en utilisant des gaz, cette démonstration serait difficilement réalisable avec le matériel scolaire dont nous disposons. Les résultats n'en seront pas affectés car la relation température-densité s'applique à tous les fluides.
Matériel:
· 2 litres d'eau
· 2 colorants alimentaires (bleu et rouge)
· une plaque chauffante
· un agitateur
· 2 bécher de 1L
· glaçons
· thermomètre électronique
Protocole:
· Mélanger un colorant avec des glaçons et 1L d'eau dans un bécher
· Dans un autre bécher, mélanger 1L d'eau avec un autre colorant et le mettre à chauffer sur la plaque chauffante jusqu'à une température de 30 à 40 degré Celsius.
· Positionner les deux valves en position fermée
· Verser le contenu de chaque bécher dans chaque réservoir
· Ouvrir les valves
Résultats attendus:
Le liquide chaud va se déplacer de sorte à se trouver au-dessus du liquide froid.
Observations:
Le liquide chaud se déplace et une fois situé au-dessus du liquide froid, les deux liquides se stabilisent.
Liquide froid (12 degré C): colorant bleu
Liquide chaud (35,5 degré C): colorant rouge
Correspondance température-densité
On observe une proportionnalité inversée entre densité et température. Plus la température d'un fluide est élevée, plus sa densité est faible. A l'inverse, plus la température d'un fluide est faible, plus sa densité est élevée, d'où la position d'infériorité du liquide froid (bleu) au liquide chaud (rouge).
Vidéo de l'expérience: