Une bonne isolation de sa maison permet un meilleur confort et de faire des économies. Watty explique comment aux enfants de Villeneuve-Loubet.

Le chauffage est le principal poste de consommation d’énergie à la maison. Pourtant, nombreux seraient les Français à avoir froid leur chauffage allumé ! Situation paradoxale à laquelle nous avons essayé de répondre avec les élèves, du CE2 au CM2, des écoles primaires de Villeneuve-Loubet lors de l’atelier sur le thème du chauffage. A la fin de cet atelier, riche d’expérimentations, les élèves sont en mesure de comprendre l’importance de l’isolation thermique de la maison dans le double objectif : lutter contre le dérèglement climatique d’une part, et faire faire des économies à leurs parents d’autre part.

Notre utilisation d’énergies impacte notre planète

Pour consolider les acquis de l’atelier 1, le premier quart d’heure de l’atelier 2 est consacré à faire un rappel des éléments fondamentaux de cet atelier qui est une sensibilisation générale aux économies d’énergie et une ouverture aux enjeux climatiques de notre temps.

Il est aujourd’hui incontestable que les humains, à travers leurs activités gloutonnes en énergie, sont à l’origine de l’accumulation de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Conséquence notable et sensible, nous constatons la hausse de la température de l’air à la surface de la terre. Il est urgent d’agir. Chaque degré supplémentaire compte. Chaque fraction de degré supplémentaire entraine des bouleversements plus intenses, plus fréquents, plus longs et de plus grandes échelles.

Nous, les Hommes, sommes drogués aux énergies fossiles (charbon, pétrole et gaz), qui représentent 80 % des émissions de CO₂ mondiales (1). L’énergie est au centre de nos vies. C’est le moteur du monde. Elle est essentielle pour nous déplacer, nous éclairer, produire et faire fonctionner nos machines et bien sûr pour nous chauffer.

Le chauffage est énergivore

Le chauffage, un poids dans le budget énergétique des ménages Français

Le chauffage est énergivore. Selon l’Ademe, en 2016, le chauffage représentait plus de 66% (2) de la consommation énergétique des ménages Français pour leur résidence principale. Alors quand on la reçoit, la facture jette un froid mais nous brûle les mains ! En 2020, la facture de chauffage moyenne des Français s’est élevée à 1 684 €. Ce chiffre ne manque pas de marquer l’étonnement des élèves. Et il ne s’agit là que d’une moyenne. En fonction de l’énergie que l’on utilise, fioul, gaz ou électricité, la facture peut se révéler encore plus salée !

La maîtrise de ce poste de consommation constitue donc un enjeu central pour limiter les dépenses énergétiques. La problématique posée, les élèves semblent mieux en mesure de comprendre l’objectif de la séance : comment se chauffer sans gaspiller ?

Pourtant 2 français sur 3 auraient froid chez eux le chauffage allumé

Malgré le montant élevé de leurs factures, 2/3 des Français auraient froid chez eux alors que le chauffage est allumé et 1 personne sur 5 serait touchée par la précarité énergétique (3), c’est-à-dire l’incapacité à pouvoir disposer du confort thermique dans son logement à un coût abordable.

Pour expliquer la notion de confort thermique aux élèves, j’ai réalisé un sondage pour connaître comment les élèves se sentent au sein de la classe. Quel que soit l’heure de l’animation, majoritaires sont les élèves à avoir « trop chaud » malgré l’ouverture des fenêtres dû à la Covid-19. Les classes ne seraient-elles pas trop chauffées ? Immédiatement et instinctivement, la réaction des élèves est alors d’enlever leur pull.

Après ce sondage, je peux leur expliquer que le confort thermique est une sensation physique, liée à la chaleur, qui est propre à chacun. En effet, les élèves n’ont pas tous répondu la même chose. Je leur fais remarquer qu’en fonction de leur position dans la classe, près de la fenêtre exposée au soleil ou près des radiateurs, mais aussi de leur état de fatigue, ils n’éprouvent pas tous la même sensation. En hiver, un bon confort thermique est lié à une sensation suffisante de chaleur : ni trop, ni pas assez chaud.

Chaleur et température, deux notions souvent confondues

Attention toutefois à ne pas confondre chaleur et température. Très liées, elles sont souvent pourtant différentes. Pour faire saisir cette différence, je réalise deux petites expériences avec les élèves.

L’impression de chaud ne suffit pas à elle seule à évaluer la température

Si l’on peut se fier la plupart du temps à nos sens, certaines propriétés physiques peuvent les amener à nous jouer des tours. Aussi, je demande aux élèves de toucher la partie métallique de leur chaise avec une main et la partie en bois avec l’autre main. Les élèves trouvent à une très large majorité que la partie métallique est plus froide que la partie en bois.

Cependant, comme le souligne parfois certains élèves, il ne devrait pas y avoir de différence puisque toutes les parties de la chaise sont exposées à la même température. Pour confirmer cette hypothèse, un élève mesure la température sur chacune des parties à l’aide d’un thermomètre infrarouge. A quelques exceptions près, la différence entre les deux matières était imperceptible pour le doigt humain.

Par cette petite expérience, j’initie les élèves à la notion d’effusivité thermique. Celle-ci caractérise la capacité d’un matériau à échanger de la chaleur lors de sa mise en contact avec un autre corps. Et en effet, une surface en métal et l’autre en bois plongées dans la même pièce depuis longtemps sont à la même température. En revanche, le métal parait plus froid car il nous prend plus de chaleur. On dit qu’il conduit mieux la chaleur. Le morceau de bois est à la même température mais ne conduit pas bien la chaleur.

De même, le vent et l’humidité augmentent la sensation de froid. A cet égard, on parle improprement de « température ressentie ». Les élèves retiennent de cette très rapide expérience que la chaleur ne se mesure pas alors que la température oui !

La chaleur, un mode de transfert de l’énergie

Mais alors, qu’est-ce que la chaleur ? Pour faciliter l’apprentissage de cette notion, je propose un court jeu de rôle. Je demande à 3 élèves de jouer le chaud. Comme l’eau bouillante dans une casserole, ils doivent s’agiter dans tous les sens et s’entrechoquer, sans se pousser violemment évidemment ! A l’inverse, tel un glaçon, les 3 élèves interprétant le froid doivent bouger très doucement, très lentement, en se touchant à peine. Enfin, le chaud et le froid se rencontrent.

Les molécules de l’objet chaud sont plus agitées et elles se cognent aux molécules de l’objet froid. Du coup, les molécules de l’objet froid commencent à bouger plus vite, alors que les molécules de l’objet chaud sont ralenties. On dit que l’objet chaud donne de la chaleur au froid. Pour ne pas perdre les élèves, les molécules ne sont pas abordées, elles le seront plus tard dans leur scolarité. Mais habitués à la réaction d’une eau bouillante et d’un glaçon, ils visualisent bien le concept.

Ainsi, ce jeu de rôle amène à intégrer que la chaleur, c’est le transfert de l’agitation thermique. C’est différent de la température. Les deux objets, en s’échangeant de la chaleur, changent de température. A travers ce jeu de rôle, très amusant, pour les enfants, ils touchent du doigt un principe de la physique : « lorsque deux milieux de températures différentes sont mis en contact, il se produit un transfert de chaleur pour tendre vers un équilibre thermique » (4).

L’isolation thermique : un objectif, éviter les pertes de chaleur

Comprendre que la chaleur est un mode de transfert d’énergie à travers une expérience et un jeu de rôle permet aux élèves de rendre perceptible la notion. Alors pour garder la chaleur à l’intérieur de nos maisons, ne faut-il pas l’emprisonner et éviter, à tout prix, qu’elle rencontre le froid ? Si nos pièces demeurent froides alors que le chauffage est allumé, n’y a-t-il pas des pertes de chaleur ? Comment faire pour les éviter ?

Mais par où cherche à partir la chaleur ?

Une maison qui ne perd pas la chaleur interne n’a pas besoin de chauffage pour rester agréable à vivre. Le chauffage ne sert qu’à compenser les pertes de chaleur. Ainsi, plus l’isolation thermique est faible, plus la maison subit des pertes de chaleur. Mais par où part la chaleur ? quels sont les points faibles de nos maisons ?

Un coloriage magique doit révéler aux élèves où se situent les principales déperditions thermiques. En effet, l’image une fois coloriée révèle une image thermographique d’une maison. Je demande alors aux élèves si certains connaissent le fonctionnement d’une caméra thermique. Certains élèves savent alors me dire qu’elle va indiquer des variations de températures grâce à des couleurs. Les températures froides sont dans des teintes de bleues, et les températures chaudes, dans des teintes de rouges.

Et en effet, la caméra thermique affiche les pertes de chaleur, les ponts thermiques et les défauts d’isolation du logement à l’aide de couleurs. Les élèves en concluent que, sur l’image proposée, les pertes de chaleur se font par la cheminée, le toit, les murs, au niveau du plancher de l’étage ainsi que les fenêtres et la porte. En outre, les déperditions thermiques se produisent de plusieurs façons :

• soit à travers les parois, comme le toit ou les murs, elles sont dites « surfaciques » ;
• soit à travers des endroits de la construction où la barrière isolante est rompue, comme le plancher de l’étage, c’est ce que l’on appelle les ponts thermiques ;
• soit par le renouvellement d’air des fenêtres, de la porte ou de la cheminée.

Voir les pertes de chaleur c’est bien, l’expérimenter c’est mieux !

L’objectif de l’isolation thermique est de réduire les pertes de chaleur. Elle retient la chaleur en hiver et maintient la fraicheur en été. Ainsi, les besoins énergétiques du foyer diminuent, entraînant une réduction des factures d’énergie et de la pollution due au chauffage. Et notre confort thermique s’en trouve lui aussi amélioré. Le dire c’est bien, mais l’expérimenter c’est mieux !

Alors pour rendre tangible ce discours, j’apporte en classe 2 maisons en carton. L’une, décorée de dessins de maisons en pain d’épices, est isolée par les murs grâce à du polystyrène et les trous comblés par de la récupération de papiers brouillons. L’autre est décorée d’un dessin d’une maison en pleurs et aucune de ses parois n’est isolée. Dans chacune d’elle, 2 élèves assistants y installent un câble chauffant de 10W simulant le chauffage électrique de nos logements. Pour effectuer les mesures, ils plongent la sonde d’un thermomètre digital puis referme chacun leur maison.

Cette expérience dure tout le temps de la séance et se décompose en 2 phases. Lors de la première phase, le chauffage est allumé, alors que dans la deuxième phase il est éteint. A intervalle régulier, environ toutes les 10 minutes, et à l’annonce d’un élève « maître du temps », les élèves désignés pour m’assister viennent relever la température de leur maison et l’écrivent au tableau. D’autres élèves sont désignés pour reproduire schématiquement l’expérience au tableau. Tous les élèves rapportent ces informations sur la fiche support qui leur a été distribuée.

Après 20 minutes, la différence de température est saisissante. Plus d’une vingtaine de degrés d’écart séparent la maison isolée de la maison non isolée. Chauffage éteint, à la fin de la séance, la différence entre les 2 maisons est également très nette. Les élèves en concluent que la maison isolée conserve mieux la chaleur que la maison non isolée.

Isolant ou conducteur, tous les matériaux ne se valent pas !

Lorsque l’on parle d’isolation, tous les matériaux ne se valent pas. Certains isolent lorsque d’autres conduisent la chaleur. Un isolant est un matériau qui limite les échanges d’énergie entre deux milieux alors qu’un conducteur d’énergie lui au contraire les facilite. Là encore, quoi de mieux pour les élèves qu’une expérience pour s’en rendre compte très concrètement.

L’expérience, simple et parlante consiste dans une course aux glaçons. Le glaçon qui fond le plus vite perd. Métal, verre, carton, polystyrène, laine, lequel de ces matériaux protégera le mieux son glaçon ? Par groupe de 5-6 élèves, je distribue un matériau et un glaçon. Les glaçons pouvant avoir des tailles légèrement différentes, avant tout autre chose, les élèves mesurent le glaçon dont ils ont la charge. Malgré la chaleur dans les classes, une heure ne suffit jamais à faire fondre entièrement tous les glaçons. La mesure au début de l’expérience permet alors à la fin de la séance de classer les différents matériaux et de les ranger dans les 2 catégories : isolant ou conducteur.

Enfin, grâce à une boîte de démonstration, les élèves découvrent plusieurs types de matériaux pour bien isoler les combles. Encore une fois, les laines synthétiques (laine de verre, laine de roche, etc.), issues des énergies fossiles dominent largement le marché de l’isolation dans la construction. Si ces isolants sont reconnus pour leur bonne performance thermique et leur faible coût, leur bilan environnemental et sanitaire est quant à lui très mauvais. Des matériaux d’isolation écologiques (Paille, laine de coton, liège, laine de bois, chanvre, ouate de cellulose, lin..) existent. Issus de végétaux ou du recyclage, leur bilan pour l’environnement et notre santé est nettement meilleur, alors utilisons-les !

Les écogestes

Dense et cadencée, cette séance sur le thème du chauffage, de part son côté expérimental et interactif, est appréciée des élèves et de leur enseignant. Sujet incontournable dans le cadre de la transition écologique, il faut le mettre à la connaissance des enfants très tôt. Et s’ils ne changeront pas l’isolation de leur logement au lendemain de la séance, ils comprennent qu’il est primordial d’isoler avant même de considérer l’acquisition d’un système de chauffage plus performant ou de simplement augmenter le thermostat.

Attention toutefois à ne pas confondre chaleur et température. Augmenter la température, c’est augmenter la facture sans la garantie de se sentir bien à l’intérieur. Alors quand se pose la question d’allumer le chauffage en automne, n’oublions pas que baisser le chauffage d’1°C permet de réduire sa consommation énergétique de 7% (5) et que la température recommandée dans les pièces à vivre (salon, séjour, etc.) est de 19°C (6).

Ainsi, afin de se chauffer sans gaspiller, et de chauffer correctement plutôt que de surchauffer pour compenser les pertes de chaleur, le premier réflexe des enfants doit être de se protéger du froid en portant les vêtements appropriés. De bons chaussons, de bonnes chaussettes ou un bon pull en laine, comme l’a montré la course aux glaçons, nous protège du froid. Puis, on ferme les rideaux et/ou les volets dès qu’il commence à faire nuit. On peut éviter à la chaleur de s’échapper par l’interstice en-dessous de la porte en y plaçant un boudin. Enfin, pour évacuer l’humidité de la pièce, à l’origine de sensations désagréables, on n’oublie pas d’aérer 5 à 10 minutes en prenant soin d’éteindre les radiateurs situés dans la pièce.

Concluons qu’apporter les écogestes en classe, c’est montrer que l’on peut agir quelle que soit l’échelle de décision, que l’on soit un enfant ou un adulte, c’est aussi faire prendre les bons réflexes très tôt avant que s’insinue le poids des habitudes, enfin, c’est montrer que l’on peut agir individuellement mais pour le collectif. Dans la course contre la montre contre le dérèglement climatique, tous les gestes comptent et plus vite nous les mettons en place, plus vite nous contribuons à réduire nos émissions de CO2.

Sources :

(1) Reporterre, 2 février 2022

(2) Ademe _ guide-pratique-chauffer-mieux-moins-cher

(3) https://www.qqf.fr/infographie/55/mieux-se-chauffer

(4) https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89quilibre_thermique

(5) Au quotidien 40 trucs et astuces – Ademe

(6) https://www.qqf.fr/infographie/55/mieux-se-chauffer