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École de technologie supérieure

Responsable(s) de cours : Danielle Monfet


PLAN DE COURS

Automne 2022
CTN603 : Thermique et science du bâtiment (3 crédits)





Préalables
Programme(s) : 7622,7625,7921
             
  Profils(s) : Tous profils  
             
    CTN336    
             
Unités d'agrément
Total d'unités d'agrément : 58,8 25,0 % 75,0 %




Qualités de l'ingénieur

Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
  Qualité visée dans un autre cours  
  Indicateur enseigné
  Indicateur évalué
  Indicateur enseigné et évalué



Descriptif du cours

À la suite de ce cours, l’étudiant ou l'étudiante sera en mesure :

  • de comprendre les principes fondamentaux de la thermodynamique – calculer les quantités d’énergie échangées sous forme de travail et de chaleur et identifier les tenants principaux des premier et second principes de la thermodynamique;
  • d’expliquer les trois modes de transfert thermique et d’analyser des problèmes concrets qui y sont reliés;
  • de comprendre les principes fondamentaux du transfert de chaleur, de la diffusion de l'humidité et du mouvement de l'air appliqué au bâtiment

Énergétique : Introduction générale. Définition et concepts, états de la matière, équilibre des phases. Premier principe de la thermodynamique, travail et chaleur, énergie interne. Introduction au second principe de la thermodynamique. Applications de la thermodynamique : réfrigération, échangeurs de chaleur, thermopompes.

Thermique : Modes de transfert de chaleur. Conduction unidimensionnelle : paroi simple, paroi composée. Concept de résistance thermique. Équation générale de la conduction thermique, solutions analytiques et numériques. Conduction de chaleur en régime transitoire. Couches limites thermiques. Convection naturelle. Échangeurs de chaleur. Rayonnement thermique : Coefficient de géométrie, loi de Kirchhoff, rayonnement d'un corps noir et gris.

Science du bâtiment : Notions générales sur l'enveloppe du bâtiment : isolation thermique des assemblages; effet du vent sur le bâtiment; infiltration et exfiltration; humidité dans le bâtiment; psychométrie.

Séances de travaux pratiques composés d'exercices choisis pour illustrer et compléter la théorie vue en classe.




Objectifs du cours
  • Introduire les étudiant.e.s aux principes de base de la thermodynamique, du transfert de chaleur et des sciences du bâtiment
  • Permettre aux étudiant.e.s de comprendre le fonctionnement de certains appareils courants : thermopompes, échangeurs
  • Permettre aux étudiant.e.s de distinguer les trois modes de transferts de chaleur, de savoir quand ceux-ci s'appliquent et comment quantifier leurs effets
  • Transmettre aux étudiant.e.s une méthode structurée de résolution et de documentation de problèmes d'ingénierie en énergétique et thermique



Stratégies pédagogiques

Cours (3 heures par semaine)

Les cours prennent la forme de séances d’enseignement magistral utilisées pour transmettre des informations critiques sur la matière, son contexte, présenter les théories et les équations. Ces séances comporteront des périodes de questions et de discussion où l’auditoire sera tenu de participer. L’enseignant.e présentera certains exercices (ou parties d’exercices) pour lesquels la résolution sera faite de façon conjointe. Il est donc important de se présenter aux séances avec les fournitures scolaires requises pour prendre des notes et résoudre des exercices: papier, crayon, calculatrice, documents de références, annexes, etc.

Travaux pratiques (2 heures par semaine)

La séance hebdomadaire de travaux pratiques sera composée d'exercices choisis pour illustrer et compléter la théorie vue en classe. Lors de chaque séance, une démonstration de la résolution d'un exercie sera faite par l'auxiliaire de travaux pratiques avec la participation du groupe.

 

Vous serez appelé.e à tenter la résolution d'un exercice choisi, seul ou en petits groupes. Vous aurez pour se faire le support de l'auxiliaire de travaux pratiques durant la séance. Cet exercice vous permettra de tester vos capacités à résoudre des problèmes pratiques liés à la matière de manière semi-autonome et à mettre en pratique la méthode de résolution exigée pour le cours. L'exercice a été choisi pour être réalisable durant la période de travaux pratiques et une copie de la tentative de résolution de l'exercice devra être soumise sur la plateforme Moodle. La tentative devrait être soumise la journée même de la séance de travaux pratiques. Sachant que diverses circonstances peuvent survenir empêchant les étudiant.e.s d'assister à certaines séances, la boite de dépôt demeurera ouverte pour quelques jours suivants la séance de travaux pratiques. Au-delà de la date d'échéance, une pénalité sera appliquée à la note*. 

 

Parmis les TP 2 à 5 et 8 à 11, trois (3) seront retenus pour évaluation*. Aucun solutionnaire ne sera fourni. mais une rétroaction détaillée vous sera transmise de façon à vous permettre de connaitre le niveau de votre maitrise de la matière et d'identifier vos erreurs. 

*Voir la section "Évaluations".

Quiz

Cinq quiz vous permettront de prendre conscience de l'état de vos connaissances vis-à-vis d'aspects fondationnels de la matière. Aucun solutionnaire ne sera fourni. Afin que ces évaluations servent leur rôle pédagogique, vous recevrez une rétroaction soulignant les aspects de la matière à revoir ou renforcer pour assurer votre succès. 

Exercices hebdomadaires

Une liste d'exercices hebdomadaire sera associée à chaque chapitre du cours. La démonstration de la résolution de certains de ceux-ci sera faite en classe et d'autres durant la séance de travaux pratiques. Il est attendu que vous tenterez la résolution de l'ensemble des exercices de façon autonome au cours du trimestre.




Utilisation d’appareils électroniques

L'utilisation d'un ordinateur portable ou d'une tablette est permis et même encouragé durant les séances de travaux pratiques.

Durant l'examen intra :

  • l'utilisation d'une calculatrice TI est permise ; 
  • les élèves auront accès à leur documentation personnelle en format papier (annexes, feuille de formule, etc.) ;
  • aucun accès à un ordinateur portable ou tablette ne sera autorisé.

Durant l'examen final :

  • l'utilisation d'une calculatrice TI est permise ; 
  • les élèves auront accès à leur recueil de formules qu'ils peuvent annoter ;
  • aucune autre documentation (papier ou électronique) ne sera acceptée;
  • aucun accès à un ordinateur portable ou tablette ne sera autorisé.



Horaire
Groupe Jour Heure Activité
01 Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mercredi 15:30 - 17:30 Travaux pratiques et laboratoire
02 Lundi 18:00 - 21:30 Activité de cours
Mardi 18:00 - 20:00 Travaux pratiques et laboratoire
03 Mardi 13:30 - 17:00 Activité de cours
Mercredi 15:30 - 17:30 Travaux pratiques et laboratoire



Coordonnées de l’enseignant
Groupe Nom Activité Courriel Local Disponibilité
01 Sébastien Jacquet Activité de cours cc-Sebastien.Jacquet@etsmtl.ca
01 Danielle Monfet Activité de cours Danielle.Monfet@etsmtl.ca A-1484
01 Nour Youssef Travaux pratiques et laboratoire nour.youssef.1@ens.etsmtl.ca
01 Farah Youssef Travaux pratiques et laboratoire farah.youssef.1@ens.etsmtl.ca
02 Marie-Hélène Talbot Activité de cours cc-Marie-Helene.Talbot@etsmtl.ca A-1576
02 Nour Youssef Travaux pratiques et laboratoire nour.youssef.1@ens.etsmtl.ca
02 Farah Youssef Travaux pratiques et laboratoire farah.youssef.1@ens.etsmtl.ca
03 Adam Neale Activité de cours Adam.Neale@etsmtl.ca A-1576
03 Adam Neale Travaux pratiques et laboratoire Adam.Neale@etsmtl.ca A-1576



Cours
Contenus traités dans le cours Heure
 Chapitre 1 : Propriétés des substances pures et changement de phase 3
 Chapitre 2 : Système thermodynamique, travail et 1e premier principe 3
 Chapitre 3 : Capacité thermique massique et 2e principe 3
 Chapitre 4 : Réfrigération    3
 Chapitre 5 : Psychrométrie 3
 Chapitre 6 : Infiltrations et exfiltrations 3
EXAMEN INTRA 3
 Chapitre 8 : Conduction  3
 Chapitre 9 : Convection forcée  3
 Chapitre 10 : Convection naturelle 3
 Chapitre 11 : Rayonnement thermique 3
 Chapitre 12 : Rayonnement et angles solaires  3
 Chapitre 13 : Transfert de chaleur combiné 3
  Total  39



Laboratoires et travaux pratiques
Description Séance Sujet
Propriétés des substances pures (Ch. 1)* TP1 Ch.1
Système thermodynamique fermé vs ouvert, et travail (Ch. 2) TP2 Ch.2
Bilan énergétique et 2e principe (Ch. 3) TP3 Ch.3
Réfrigération (Ch. 4) TP4 Ch.4
Psychrométrie (Ch. 5) TP5 Ch.5
Introduction au transfert de chaleur (Ch. 7)* TP6 Ch.7
Conduction (Ch. 8) TP7 Ch.8
Convection forcée (Ch. 9) TP8 Ch.9
Convection naturelle (Ch. 10) TP9 Ch.10
Rayonnement thermique (Ch. 11) TP10 Ch.11
Rayonnement et angles solaires (Ch. 12) TP11 Ch.12
Transfert combiné et révision (Ch. 13)* TP12 Ch.13

*Aucune tentative de résolution ne doit être soumise pour les TP Ch1, TP Ch7 et TP Ch13. 




Utilisation d'outils d'ingénierie
  • tableur Excel
  • charte psychrométrique
  • trajectoire solaire



Évaluation

Les évaluations peuvent inclure :

  • des exercices de type "question rapide", visant à évaluer la compréhension d'un concept clé, et
  • des questions à développement, où la résolution d'un exercice doit être effectuée en détaillant les calculs. Pour ce second type de question, une méthode de résolution en 7 étapes est enseignée en classe et doit être utilisée lors des évaluations (TP et examens). Des points peuvent être retranchés si certaines des étapes de la méthode sont absentes ou incomplètes. 

La note globale est la résultante des évaluations des examens, des quiz et des travaux pratiques selon les pondérations suivantes :

Activité

   Description

Pondération

  Quiz 12.5%
 Quiz Ch.1  Chap. 1 : Propriétés des substances pures 2.5%
Quiz Ch. 2  Chap. 2 : Systèmes thermodynamique et travail 2.5%
 Quiz Ch. 4  Chap. 4 : Réfrigération 2.5%
Quiz Ch. 5  Chap. 5 : Psychrométrie 2.5%
Quiz Ch. 7  Chap. 7 : Modes de transfert de chaleur 2.5%
   Travaux pratiques 27.5%
TP A  Évaluation d'un travail pratique parmis les TP 2 à 5 et 8 à 11 9.5%
TP B  Évaluation d'un travail pratique parmis les TP 2 à 5 et 8 à 11 9%
TP C  Évaluation d'un travail pratique parmis les TP 2 à 5 et 8 à 11 9%
   Examens 60%
Intra  Examen récapitulatif  25%
Final  Examen récapitulatif durant la période des finaux 35%

Examens

  • Les examens intra et final sont récapitulatifs. 
  • Une note cumulative de 50 % ou plus dans les examens et quiz est nécessaire pour réussir le cours.

Travaux pratiques

Une copie de la tentative de résolution de l'exercice assigné en TP devra être soumise sur la plateforme Moodle. La date limite de remise de chaque TP est disponible sur le site Moodle du cours.




Double seuil
Note minimale : 50



Dates des examens intra
Groupe(s) Date
1, 3 18 octobre 2022
2 24 octobre 2022



Date de l'examen final
Votre examen final aura lieu pendant la période des examens finaux, veuillez consulter l'horaire à l'adresse suivante : http://etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Examens-finaux


Politique de retard des travaux
Tout travail (devoir pratique, rapport de laboratoire, rapport de projet, etc.) remis en retard sans motif valable, c’est-à-dire autre que ceux mentionnés dans le Règlement des études (1er cycle, article 7.2.7 b / cycles supérieurs, article 6.5.4 b) se verra attribuer la note zéro, à moins que d’autres dispositions ne soient communiquées par écrit par l’enseignant dans les consignes de chaque travail à remettre ou dans le plan de cours pour l’ensemble des travaux.

Dispositions additionnelles

La date d'échéance des quiz est indiquée sur Moodle. Le quiz Moodle deviendra inaccessible à cette date. Aucune extension ne sera donnée. Une note de 0 sera attribuée après l'échéance du quiz et aucune rétroaction ne sera fournie. 

La date d'échéance des TP est indiquée sur Moodle. Dès que l'échéance est dépassée, une pénalité de retard sera appliquée. Au-delà d'une certaine date, la boite de remise sera fermée de façon définitive, une note de 0 sera attribué au TP et aucune rétroaction ne sera fournie. 

  • Moins d'un jour de retard (1 seconde à 23h59 après l'échéance) : pénalité de 25% sur la note ;
  • Moins de trois jours de retard (24h00 à 71h59 après l'échéance) : pénalité de 50% sur la note ;
  • 3 jours de retard ou plus (au-delà de 72h00 après l'échéance) : La boite de remise sera fermée de façon définitive. Une note de 0 sera attribué et aucune rétroaction ne sera fournie. 



Absence à un examen
Dans les cinq (5) jours ouvrables suivants, la tenue de son examen, l’étudiant devra justifier son absence d’un examen durant le trimestre auprès de la coordonnatrice – Affaires départementales qui en référera au directeur du département ou du SEG. Pour un examen final, l’étudiant devra justifier son absence auprès du Bureau du registraire. Dans tous les cas, l’étudiant doit effectuer sa demande en complétant le formulaire prévu à cet effet qui se trouve dans son portail Mon ÉTS/Formulaires. Toute absence non justifiée par un motif majeur (maladie certifiée par un billet de médecin, décès d’un parent immédiat, Activité compétitive d’un étudiant appartenant à un club scientifique ou un club sportif d’élite de l’ÉTS ou au programme « Alliance sport étude » ou autre) à un examen entraînera l’attribution de la note zéro (0).



Plagiat et fraude
Les clauses du « Règlement sur les infractions de nature académique de l’ÉTS » s’appliquent dans ce cours ainsi que dans tous les cours du département. Les étudiants doivent consulter le Règlement sur les infractions de nature académique (https://www.etsmtl.ca/docs/ETS/Gouvernance/Secretariat-general/Cadre-reglementaire/Documents/Infractions-nature-academique ) pour identifier les actes considérés comme étant des infractions de nature académique ainsi que prendre connaissance des sanctions prévues à cet effet.  À l’ÉTS, le respect de la propriété intellectuelle est une valeur essentielle et les étudiants sont invités à consulter la page Citer, pas plagier ! (https://www.etsmtl.ca/Etudiants-actuels/Baccalaureat/Citer-pas-plagier).



Documentation obligatoire

Un recueil de formules (voir la référence ci-dessous) est obligatoire pour le cours. Ce sera la seule documentation papier qui sera permise à l'examen final.

Transmission de chaleur - Recueil de formules
Sami Ammar, Jean-Yves Trépanier et Massimo Cimmino
Presses internationales Polytechnique, 2019
ISBN 978-2-553-01724-7

 

Le matériel présenté durant les séances de cours (PDF des PowerPoint présentés, lien vers les vidéos et/ou images, etc.) seront accessibles via le site Moodle du cours. Les présentations PowerPoint présentées ne constituent pas des notes de cours formelles. Les étudiants et étudiantes sont responsables d'annoter, de compléter et de bonifier ces documents avec les apprentissages et les notions couvertes pendant les cours. 




Ouvrages de références

Incropera, Frank P., David P. DeWitt, Theodore L. Bergman et Adrienne S. Lavine. 2007. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th Edition. John Wiley & Sons.

Çengel, Yunus A. et Michael A. Boles. 2006. Thermodynamics : An Engineering Approach, 5th edition. New York, NY : McGraw-Hill. 

Schmidt A. 2019. Technical Thermodynamics for Engineers - Basics and Applications. Springer Nature. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-030-20397-9#toc

Gyftopoulos, Elias P. Beretta et Gian Paolo. 2005. Thermodynamics - Foundations and Applications. Mineola, NY : Dover Publications. 

ASHRAE. 2009 Handbook Fundamentals (SI edition). 

Hutcheon & Handegord. Building science for a cold climate. 1983.

International Steam Tables. 




Adresse internet du site de cours et autres liens utiles

https://ena.etsmtl.ca/