Savoir 4 - Sciences physiques appliquées en BTS Bâtiment : Les compétences indispensables

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Le savoir "S4 - Sciences physiques appliquées" est une partie intégrante du programme du BTS Bâtiment. Il offre une compréhension approfondie des principes scientifiques qui sous-tendent la construction et le BTP.

L'objectif principal de ce module du BTS Bâtiment est de fournir aux étudiants une connaissance approfondie des sciences physiques appliquées à la construction. Il vise à préparer les étudiants à appliquer ces principes dans la pratique du BTP.

Le programme du BTS Bâtiment couvre quatre modules principaux, chacun abordant un aspect différent des sciences physiques appliquées à la construction.

A - La vie du matériau : de son origine à son retraitement

Cette section du BTS Bâtiment est consacrée à la vie du matériau, de son origine à son retraitement. Elle offre une introduction détaillée aux ressources et à leur recyclage.

i - C1 - Les ressources : sous quelles formes ?

Cette première thématique du programme du BTS Bâtiment aborde les aspects suivants :

• Propriétés physico-chimiques des métaux : les étudiants apprendront à comprendre et à analyser les propriétés physico-chimiques des métaux utilisés dans la construction ;
• Electronégativité, caractère réducteur et procédés métallurgiques : les étudiants seront initiés à l'électronégativité, au caractère réducteur des métaux et aux procédés métallurgiques, y compris la réduction par le carbone.

Ces notions permettent aux candidats d’apprendre à analyser les étapes de la métallurgie, à comprendre l'électronégativité des métaux et à définir les concepts d'oxydant et de réducteur.

ii - C2 - Les ressources : sous quelles formes ? (suite)

Cette deuxième thématique du programme du BTS Bâtiment aborde les aspects suivants :

• Les dérivés du pétrole : les étudiants apprendront à comprendre les processus d'extraction et de distillation fractionnée des bitumes ;
• Les polymères : les étudiants seront initiés à la structure des polymères et aux processus de polymérisation, y compris la polycondensation et la polyaddition. Ils apprendront également à comprendre le degré de polymérisation et ce qu'est une macromolécule.

Ces notions permettent d’acquérir les compétences suivantes :

• Analyser les méthodes d'obtention des dérivés du pétrole en utilisant diverses ressources documentaires ;
• Utiliser des données physico-chimiques pour expliquer le processus de distillation fractionnée ;
• Utiliser des représentations de molécules pour expliquer le processus de synthèse des polymères ;
• Être capable d'écrire une équation de polymérisation et de citer l'intérêt des produits de synthèse.

iii - C3 - Les ressources - sous quelles formes ? (fin)

Cette troisième thématique du programme du BTS Bâtiment aborde les aspects suivants :

• Chaux, ciments, bétons : procédés de fabrication : Les étudiants apprendront à comprendre les procédés de fabrication de la chaux, des ciments et des bétons ;
• Réaction exothermique : Les étudiants seront initiés à la notion de réaction exothermique, une réaction chimique qui libère de la chaleur ;
• Facteurs cinétiques : Les étudiants apprendront à comprendre les facteurs cinétiques qui influencent la vitesse d'une réaction chimique.

Ces notions permettent d’acquérir les compétences suivantes :

• Être en mesure d'écrire les équations de réactions de la chaux, y compris les différentes étapes de la calcination, de l'extinction et de la carbonatation.

iv - C4 - Les ressources : pourquoi et comment faut-il les recycler ?

Cette section du BTS Bâtiment se concentre sur l'importance et les méthodes du recyclage dans l'industrie de la construction.

Les notions abordées dans cette section comprennent :

• Les techniques physiques de traitement de l'eau, telles que la décantation et la filtration ;
• Les techniques chimiques de traitement de l'eau, y compris la précipitation, la neutralisation et les réactions d'oxydo-réduction.

Les compétences acquises dans cette section incluent :

• L'aptitude à extraire et exploiter des informations sur le retraitement des eaux à partir de ressources documentaires ;
• L'utilisation de données physiques pour étudier la décantation ou la filtration ;
• L'écriture d'équations chimiques pour une précipitation et la neutralisation d'eaux usées ;
• La définition et l'identification d'un acide et d'une base selon Brönsted ;
• La mesure du pH d'une solution et du titre alcalimétrique complet ;
• L'exploitation des relations impliquant le pH, le produit ionique de l'eau, les concentrations molaires et les quantités de matière.

v - C5 - Les ressources : pourquoi et comment faut-il les recycler ?

Les notions abordées dans cette section comprennent :

• La valorisation énergétique, y compris l'incinération et la méthanisation ;
• La combustion ;
• Le recyclage des polymères et des métaux.

Les compétences acquises dans cette section incluent :

• L'aptitude à extraire et exploiter des informations sur le retraitement des métaux et des plastiques à partir de ressources documentaires ;
• L'étude d'une filière de traitement des déchets ;
• L'écriture d'équations chimiques pour une précipitation et les réactions de combustion ;
• La réalisation d'une expérience de dissolution, de précipitation, de neutralisation acide/base ;
• L'identification des dangers liés aux produits de combustion.

B - Adapter un matériau à son utilisation et à son environnement

Cette section du programme du BTS Bâtiment se concentre sur l'adaptation des matériaux à leur utilisation et à leur environnement. Elle couvre plusieurs aspects clés, y compris le comportement mécanique et thermique des matériaux, ainsi que les méthodes pour protéger les matériaux contre la corrosion.

i - Quel est le comportement mécanique des matériaux ?

Les notions abordées dans cette section comprennent les oscillations mécaniques, l'amortissement, les oscillations libres et forcées, et la résonance. Les compétences acquises dans cette section permettent aux étudiants :

• De définir les régimes périodique, pseudo périodique et apériodique ;
• De vérifier expérimentalement l’effet de l’amortissement sur l’amplitude ;
• De distinguer les oscillations libres des oscillations forcées ;
• D’identifier le phénomène de résonance mécanique ;
• De déterminer expérimentalement les conditions de la résonance mécanique et mesurer la période propre du résonateur.

ii - Quel est le comportement thermique des matériaux ?

Les notions abordées dans cette section comprennent les propriétés thermo-élastiques des matériaux.

Les compétences acquises dans cette section permettent aux étudiants de :

• Définir les échelles de température Celsius et Kelvin, et mesurer les températures.
• Caractériser la dilatation d'un matériau par un coefficient de dilatation linéaire.
• Constater expérimentalement les dilatations linéaire, surfacique et volumique d'un matériau.
• Calculer l'ordre de grandeur des dilatations linéaire, surfacique et volumique d'un matériau.

iii - Comment protéger les matériaux contre la corrosion ?

Les notions abordées dans cette section comprennent l'oxydoréduction, la corrosion, la pile électrochimique, la typologie des corrosions, et les protections physique et chimique.

Les compétences acquises dans cette section permettent aux étudiants :

D’associer certaines détériorations physico-chimiques au phénomène de corrosion ;

D’étudier les phénomènes de corrosion en exploitant des ressources documentaires ;

D’établir un protocole qui permet le classement des couples d’oxydoréduction des métaux ;

De prévoir les transformations chimiques de métaux en contact en exploitant les potentiels d’oxydoréduction ;

De reconnaître dans une pile électrochimique, les électrodes et écrire les équations des réactions d’oxydoréduction mises en jeu ;

De mettre en évidence les facteurs favorables à la corrosion du fer ;

D’identifier les causes et typologies de la corrosion (uniforme, localisée, ...) ;

De mettre en évidence les différents modes de protection contre les corrosions ;

De décrire les méthodes de protections des métaux par galvanisation, par courant imposé (anodique et cathodique) et par anode sacrificielle.

iv - Quel matériau choisir pour une bonne isolation thermique ?

Les notions abordées dans cette section comprennent les mécanismes régissant les transferts d’énergie thermique : conduction, convection, rayonnement, les régimes transitoire et permanent, le flux thermique, la densité de flux thermique, la résistance thermique d’une paroi, le coefficient de transmission thermique d’une paroi, la conductivité thermique d’un matériau, les coefficients d’échanges superficiels, et les concepts de corps noir, corps gris, et émissivité.

Les compétences acquises dans cette section permettent aux étudiants :

• De décrire qualitativement les mécanismes régissant les transferts thermiques et les illustrer par des exemples empruntés au domaine professionnel ou à des situations de vie courante ;
• D’identifier, dans un processus thermique, les régimes transitoires et permanents ;
• De mettre en évidence expérimentalement le régime transitoire et le régime permanent ;
• D’exploiter, dans le cas du régime permanent, les expressions des densités de flux thermique pour évaluer les pertes ou gains énergétiques à travers une paroi simple, une paroi multicouche ;
• D’effectuer le bilan thermique d’une enceinte fermée en régime permanent ;
• D’établir, dans le cas du régime permanent, les expressions des densités de flux thermique pour prévoir le profil de température dans une paroi simple, dans une paroi multicouche ;
• De proposer ou valider par un calcul, dans le cas du régime permanent, une solution technique visant à améliorer l’isolation thermique d’un ouvrage, en s’appuyant sur une documentation technique ;
• De choisir un isolant thermique, en tenant compte de ses caractéristiques physico-chimiques (conductivité thermique, porosité, inertie chimique…), de sa durée de vie, de son retraitement éventuel.

v - Comment améliorer les qualités acoustiques d’un ouvrage ?

Dans cette section du programme du BTS Bâtiment, les étudiants apprendront les principes fondamentaux de l'acoustique, les matériaux et techniques pour améliorer l'isolation sonore, et les normes réglementaires en vigueur. Ils seront également formés aux méthodes de mesure et d'évaluation de l'acoustique d'un ouvrage et découvriront des solutions pour résoudre les problèmes acoustiques courants dans les bâtiments.

Compétences acquises par l'étudiant :

• Comprendre les principes de base de l'acoustique dans le bâtiment ;
• Sélectionner les matériaux et techniques appropriés pour améliorer l'isolation acoustique ;
• Appliquer les normes et réglementations en matière d'acoustique dans le bâtiment ;
• Mesurer et évaluer l'acoustique d'un ouvrage ;
• Proposer des solutions pour résoudre les problèmes acoustiques courants dans les bâtiments.

C - Du matériau à l’équipement

La section "Du matériau à l'équipement" du programme du BTS Bâtiment se concentre sur l'application pratique des matériaux dans le domaine de la construction. Elle explore les lois qui régissent la circulation des fluides, les méthodes pour évaluer et contrôler les transferts thermiques, et les stratégies pour optimiser l'éclairage. Cette section vise à fournir aux étudiants une compréhension approfondie de la manière dont les matériaux sont utilisés et adaptés dans le contexte de l'équipement de construction.

i - Quelles lois régissent la circulation des fluides ?

Compétences acquises :

• Définir et comprendre la masse volumique et la densité d'un corps, ainsi que leurs unités ;
• Connaître et utiliser les unités usuelles de pression ;
• Mesurer les pressions ;
• Appliquer le concept d'incompressibilité des liquides aux transmissions hydrauliques.
• Exploiter le principe fondamental de l'hydrostatique ;
• Définir et calculer une force pressante sur une paroi plane, qu'elle soit horizontale ou verticale, et l'appliquer aux ouvrages courants ;
• Définir et calculer la poussée d'Archimède, et l'appliquer également aux ouvrages courants.

ii - Comment évaluer et contrôler les transferts thermiques ?

Compétences acquises :

• Comprendre et décrire les phénomènes de transfert thermique par conduction et convection, avec des exemples à l'appui ;
• Citer des exemples de transfert thermique par rayonnement ;
• Positionner le spectre du rayonnement thermique sur une échelle de longueurs d'ondes électromagnétiques ;
• Connaître les méthodes de détection des pertes thermiques ;
• Analyser et exprimer le flux de la conduction thermique à travers un mur plan homogène ;
• Appliquer la loi de la convection à un mur plan et définir la résistance thermique superficielle de convection ;
• Analyser des situations combinant différents modes de transfert thermique ;
• Définir le coefficient de transmission thermique d'une paroi.

iii - Comment optimiser l’éclairage ?

Dans le cadre de leur étude sur la lumière et l'éclairage, les étudiants en BTS Bâtiment acquièrent les compétences suivantes :

• Expérimenter avec la lumière monochromatique et polychromatique ;
• Comprendre la lumière comme une onde électromagnétique et définir les grandeurs associées ;
• Mesurer une longueur d'onde et définir le domaine des ondes électromagnétiques visibles ;
• Définir les limites du spectre visible et situer les rayonnements ultraviolet et infrarouge ;
• Classer les lampes selon leur fonctionnement et leur recyclage ;
• Distinguer entre sources isotropes et orthotropes ;
• Mesurer et exprimer les grandeurs photométriques ;
• Définir et exploiter l'efficacité lumineuse d'une source ;
• Comprendre l'œil comme récepteur sélectif de lumière ;
• Choisir un éclairage adapté et connaître les ordres de grandeur usuels d'éclairements.

D - Protection des personnes

Dans le cadre de leurs activités professionnelles, les individus sont souvent exposés à divers types de risques. Ces risques peuvent être électriques, acoustiques, chimiques ou liés aux rayonnements. Il est donc essentiel de comprendre comment se protéger efficacement contre ces dangers pour garantir la sécurité et le bien-être au travail.

i - Comment se protéger face aux risques électriques ?

Notions abordées : Sécurité électrique (prise de terre, disjoncteur).

Compétences acquises par l'étudiant :

• Distinguer électrocution et électrisation ;
• Comprendre le rôle des dispositifs de protection contre les risques du courant électrique.

ii - Comment se protéger face aux risques acoustiques ?

Notions abordées : Protection acoustique (sensibilité dB et dBA, normes et équipement de protection individuel ou EPI).

Compétences acquises :

• Calculer à partir de mesures de niveaux d’intensité en dB des niveaux en dBA, expliquer l’intérêt de la mesure des niveaux en dBA ;
• Situer, sur une échelle de niveaux sonores, des sous caractéristiques (vie courante et domaine professionnel).

iii - Comment se protéger face aux risques chimiques ?

Notions abordées : Protection chimique (fiches INRS, fiches OPPBTP concernant l’amiante, le benzène, les hydrocarbures, les fibres, le ciment et les formaldéhydes, ainsi que les moyens de protection et précautions).

Compétences acquises :

• Exploiter une fiche de données de sécurité (FDS). Se protéger et agir en conséquence.

iv - Comment se protéger face aux risques liés aux rayonnements ?

Notions abordées : Protection contre les rayonnements lumineux et nucléaire (sources LASER, dosimétrie, radioactivité).

Compétences acquises :

• Savoir quels sont les risques liés à l’utilisation d’une source LASER ; se protéger et agir en conséquence;
• Extraire et exploiter des informations sur les différents types de radioactivité.
• Analyser les risques liés à la radioactivité et exploiter une documentation pour choisir des modalités de protection ;
• Savoir utiliser les unités d’irradiation.