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« Vous allez faire une expérience »l Présentation du socle : « Vous avez sur votre table un socle avec une ampoule qui éclaireet qui chauffe, elle jouera le rôle de radiateur. Vous ne devez pas toucher cette ampoule pourdeux raisons : la première est que pendant l'expérience elle sera très chaude et pourrait vousbrûler, la seconde est que ces ampoules en doivent pas être en contact avec la peau, sinon ellesse détériorent. »l « Vous allez tester trois types de matériaux : bois, plexiglas et carton plume. Pour testerles matériaux nous utiliserons des boîtes cubiques qui représenteront les maisons. Nous utili -serons plus tard des maquettes représentant de véritables maisons, mais pour l'instant nousn'en avons pas besoin, ce qui compte c'est le matériau. Toutes ces boîtes ont exactement lesmêmes dimensions sinon nous ne pourrions pas comparer les résultats des diverses expérien -ces. »l « A votre avis quelle est la boîte qui va le plus chauffer ? »l Chaque groupe ou chaque élève va formuler son hypothèse qu'il pourra noter.l « Je ne veux pas vous donner la réponse. Qui pourra nous la donner ? C'est bien sûr l'ex -périence. »l « Chaque groupe va recevoir une boîte dans un matériau donné. »l « Nous voulons savoir quelle est la boîte qui se chauffe le mieux. De quel outil avons-nousbesoin ? D'un thermomètre. »l Présentation du thermomètre : « Les thermomètres que nous utilisons sont des ther -momètres munis d'une sonde. De cette façon, nous mettons la sonde dans la boîte et nouspouvons sans déplacer la boîte connaître la température à l'intérieur en lisant la températurequi s'affiche. Pour placer la sonde sans que le fil gêne les manipulations, nous allons utiliser lepetit trou situé près de la lampe (attention à l'ampoule). La sonde est enfilée par dessous, elledoit ressortir jusqu'à l'extrémité du bout coloré en vert. Mettons maintenant le thermomètreen marche ; il suffit de tourner le bouton d'un demi-tour pour être en face de °C (degréCelcius). Vous voyez un nombre s'afficher. Que signifie-t-il ? Il nous donne la température dela salle. »l Placer la sonde.l « Avez-vous un thermomètre chez vous à l'extérieur de la maison ? Où est-il placé ? Il fauten effet le mettre à l'ombre car les résultats seraient faussés en plein soleil. C'est vrai aussipour notre expérience, la lumière de la lampe ne doit pas arriver directement sur la sonde.Nous allons placer un cache destiné à maintenir la sonde à l'ombre de l'ampoule. Placez votrecache très près de la sonde, mais sans qu'il la touche. »l « Revenons à notre expérience. Pour comparer la température obtenue dans chaqueboîte, il nous faut décider du temps pendant lequel nous allons chauffer. Choisissez une durée.(cette durée ne doit pas dépasser 10 minutes, elle doit cependant être suffisante pour obtenirdes résultats intéressants, une durée de 6 à 7 minutes est très convenable). »l Présentation du chronomètre : « De quoi avons-nous besoin pour mesurer le temps ? Leschronomètres se mettent en route en appuyant une fois sur le bouton de droite. Si vousappuyez de nouveau sur ce bouton, le chronomètre s'arrête. Le bouton de gauche sert àremettre à zéro. »l Distribution des rôles : « Chaque groupe va maintenant s'organiser. Un responsable duthermomètre, un responsable du chronomètre, un (ou deux) secrétaires. »

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l Les boîtes sont distribuées, elles sont placées pour que l'ampoule se trouve au centre dela boîte.l « Vous voyez la température affichée, c'est la température du début d'expérience, vousdevez la noter. Vous allez ensuite noter la température précisément à chaque minute. C'est leresponsable du chronomètre qui devra annoncer le changement de minute en faisant un petitcompte à rebours. 4, 3, 2, 1, top. »l « Si vous n'avez pas de question particulière, vous allez pouvoir commencer votre expé -rience. Chaque groupe démarre lorsqu'il est prêt. Après les 6 minutes, vous arrêterez la lampe.Vous pourrez ensuite retirer avec précaution la boîte et vous la poserez délicatement à l'en -vers sur la table pour qu'elle refroidisse. »Déroulement de l'expérience : L'attitude des élèves pendant cet exercice est tout à faitremarquable. Très vite, les groupes essaient de savoir quelle température est atteinte par legroupe voisin. C'est à qui atteindra la température la plus élevée ; hélas, ceux qui ont fait lechoix d'un matériau peu isolant (comme le plexiglas) déchantent alors que ce sont souvent cesélèves qui se sont manifesté les plus tôt pour, réclamer ce type de matériau.l « Maintenant que cette expérience est terminée, ouvrez délicatement les boîtes pour nepas toucher l'ampoule et placez les boîtes à l'envers sur la table pour les laisser refroidir. Nousallons noter les résultats au tableau. Je demande à un secrétaire de chacun des groupes devenir écrire les résultats. »l « Nous pouvons observer les résultats des différents groupes et les comparer. Que pen -sez-vous ? Est-ce que cela correspond à l'hypothèse que vous avez notée au départ ? »Conclusion : Certains matériaux laissent passer moins de chaleur que d'autres, c'est ce qu'onappelle des isolants.Application : « En hiver ou quand il fait froid, il faut recouvrir son corps avec des vêtementsisolants. De même, en hiver une maison bien isolée garde la chaleur à l'intérieur ; en été, cettemaison reste fraîche en gardant la chaleur à l’extérieur »

4 - Les matériaux isolants dans la construction : « Nous avons testé plusieurs matériaux ; celui qui garde le plus la chaleur est le carton plume.Peut-on construire une vraie maison en carton plume ? »« Pour construire une maison, divers matériaux sont nécessaires :l un matériau porteur pour soutenir le toit et les planchersl un matériau transparent pour laisser passer la lumièrel un matériau isolant pour conserver la chaleur. »« Pour isoler les bâtiments on utilise souvent des matériaux légers avec des fibres comme dela laine, qui emprisonnent de l'air. Montrer laine de verre, laine de chanvre, laine de bois,polystyrène. »Présentation des plaques d'isolants qui peuvent circuler sur les tables.Conclusion : Il existe différents types de matériaux isolants pour construire les maisons. Récréation possible.

5 - La mise en œuvre des matériaux dans la construction :La deuxième partie de la séance commence par l'observation de matériaux de constructions

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disposés sur une table roulante les tables roulantes. Les enfants peuvent toucher ces maté-riaux, les nommer, les reconnaître les yeux fermés.« En quoi feriez-vous votre maison ? » (matériau de construction et matériau isolant).« Pour diminuer la perte de chaleur par les fenêtres et les baies vitrées, on a inventé le doublevitrage qui emprisonne de l'air ou un autre gaz isolant. »Conclusion : Certains matériaux sont à la fois isolants et porteurs (brique creuse, bois).D'autres matériaux isolants sont utilisés en doublage d'un mur porteur.

6 - Petits gestes et grands effets : Bien construire sa maison est important, bien l'utiliser est aussi essentiel pour préserver l'en-vironnement et diminuer les dépenses.Retour aux tables d'expériences. Les boîtes sont ramassées. Les maquettes de maisons avecdes volets et fenêtres sont distribuées. Toutes les maquettes sont identiques pour permettrede comparer les résultats. Le paramètre qui va maintenant changer sera le fait que les voletssoient ouverts ou fermés, que les fenêtres soient ouvertes ou fermées.Les 6 groupes sont partagés en trois ensembles : deux groupes fenêtres et volets fermés, deuxgroupes fenêtres fermées et volets ouverts, deux groupes fenêtres et volets ouverts.L'expérience se déroule sur le même principe que la première.Après écriture des résultats au tableau, l'analyse conduit à deux conclusions :l Il vaut mieux fermer les volets la nuit en hiver pour conserver davantage la chaleur, réa-liser des économies d'énergie et protéger la planète.l Quand on aère la maison, il faut couper le chauffage sinon une grande partie de l'éner-gie apportée par les appareils de chauffage s'en va dans l'atmosphère.Remarque : D'autres situations peuvent aussi être inventées. conclusion : Chacun de nous peutéconomiser l'énergie chaque jour par des gestes simples.

Pour conclure : Les expériences réalisées, les observations permettent d'acquérir les grandsprincipes de construction en même temps que les gestes éco-citoyens économes d'énergie. Ladernière phase de la séance consiste en l'observation d'une maquette de maison traditionnelleet l'observation de la Maison du Parc grandeur nature.Dans la maquette de la maison traditionnelle, on parlera de l'isolation en évoquant la neige, laprésence du foin en haut de l'habitat.Dans la Maison du Parc, on remarquera la double peau, la double baie vitrée de l'atelier, lesmatériaux de revêtement du mur extérieur, le double flux de ventilation.Sur les posters pendus au mur, on remarque que la Maison du Parc est chauffée avec des pla-quettes de bois.

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L’objectif : La ferme du-Haut Jura présente des détails architecturaux bien caractéristiques, adaptés au cli-mat rude de la région. L’objectif de ce circuit est d’aborder ces grandes caractéristiques via l’ob-servation de quelques ¬maisons anciennes de Lajoux et de les comparer ensuite aux principesde construction climatique découverts en atelier et au bâtiment de la Maison du Parc.

Le parcours :Le parcours s’étend sur une boucle d’environ 3,5 km qui part de la Maison du Parc, et suit le sen-tier pédestre (balisage jaune). Le circuit est prévu pour durer 2 heures à 2 heures 30 sur un ter-rain qui ne présente aucune difficulté particulière.

Douze points d’observations jalonnent le parcours, les observations se font en groupes, maisles élèves répondent individuellement dans leur livret.

Parcours de découverte : l’habitat rural du Haut-Jura

C a rte du parco u r s

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Le matériel :Matériel préparé par le maître avant la sortie : l « le livret de l’élève », un par enfant, qui comprend toutes les indications sur le parcourset les observations à effectuer,l « le livret de l’accompagnateur », un par adulte : comprenant en plus les réponses auxquestions.Matériel mis à disposition par la Maison du Parc le jour même :l pour chaque groupe : une boussole, une carte du parcours (ci-dessus) en couleur en for-mat A4.l pour chaque élève : une planchette de bois pour faciliter l'écriture ou le dessin sur le livret.Le déroulement :Le départ et l’arrivée se situent à l’entrée de la Maison du Parc à Lajoux, entrée des visiteurs. Toutes les consignes sont sur le livret de l’élève. Les conclusions : Elles sont tirées en petits groupes ou en classe entière à la fin du parcours (dernière consignedu livret).

Au moment du départ :l Chaque élève a en sa possession son livret, un crayon et une planchette de bois.l Le matériel commun au groupe est distribué (carte, boussole).l Un adulte accompagne chaque groupe. l Les consignes de sécurité et de respect sont données (cf. charte du bon randonneur enannexe). Les groupes ne doivent en aucun cas quitter le balisage jaune du sentier.Prévoir quelques minutes de battement pour échelonner les départs.

Discours que le maître peut tenir avant le départ :« Le village de Lajoux est situé dans une région montagneuse soumise à un climat rude : froid,vent, pluie et neige, les habitants ont dû se protéger de ces éléments climatiques particulière -ment difficiles. Le parcours que vous allez suivre maintenant, en observant des maisons plusou moins anciennes, va vous permettre de comprendre comment ils ont réussi. Vous évoluerez, dans un premier temps, par petits groupes, aidés par le livret qui vous guiderapoint par point, mais aussi par la boussole et par la carte qui vous seront distribuées. Le livretest un guide pour vos observations qu’il vous faudra remplir à chaque étape. Un adulte accom -pagnera chaque groupe.Vous allez emprunter un sentier pédestre qui longe des habitations et traverse des prés oùvous serez susceptibles de rencontrer des animaux, vous devrez alors respecter les consignesde sécurité et la charte du bon randonneur rappelée au dos du livret. »

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L’exploitation en classe1. Météorologiel construction d'une station météol relevés météorologiquesl échange de données avec d'autres écoles

2. construction bioclimatiquel enquête à l'écolel enquête autour chez les élèves l enquête dans les bâtiments communaux

3. récupération de l'eau de pluiel enquête à l'écolel enquête autour chez les élèves l enquête dans les bâtiments communaux

4. liens avec les chartes environnementl connaître la politique locale en matière d'environnementl s'impliquer dans des actions locales : co n t rats de rivières, pet i te école de la forêt, 1000 défis pour ma planète

5. construction de maquettesl notion d'échellel élaboration de plansl construction

6. lecture de plans, de cartesl recherche des techniques utilisées pour représenter les espaces : plans de ville, photos aériennes, dessinsde B.D., cartes routières, cartes de randonnées...l recherche de documents d'archives

7. utilisation de l'outil Internetl échanges de données avec d'autres classesl recherche documentaire

8. relief jurassienl vocabulaire : crêt, combe, val, cluse…l observation sur le terrain

9. adaptation de la faune au climatl recherche documentaire

10. impacts imaginables d'un changement climatiquel réflexion à propos de changements climatiques prévisibles : que se passera-t-il s'il n'y a plus de neige ?

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La maquettede ferme traditionnelleFiche spéciale à mettre au point lorsque la maquette sera faite.(vue de la maquette d’une ferme traditionnelle du Haut-Jura)cette maquette sert à différents moments (préparer une fiche à part en plus pour parler de lamaquette et de l'utilisation qui peut en être faite) avec de la neige, avec du foin toit ouvert,vaches plafond ouvert (3 photos) + 1 photo 0 avec présentation des composants

descriptif avec photoutilisation 1. synthèse de la journée. 2. Replis en cas de mauvais temps. 3. exploitation en classe à partir de photos.

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Rayonnement, chaleur,isolation Concepts clés : Chaleur, rayonnement solaire, source et perte de chaleur, isolation.

I. Chaleur et rayonnement solaireDéfinition : La chaleur est la cause qui permet d’élever la température (mesure d’une sensa-tion de chaud). Le soleil est une source de chaleur. Son rayonnement lumineux, qui transporte de la chaleur,réchauffe tout objet qui y est exposé. L’objet chaud perd ensuite progressivement la chaleurcaptée, sous forme de rayonnement infrarouge. Pour finir, ce rayonnement repart vers l’es-pace.

Ainsi, ce passage de chaleur du soleil à la terre puis de la terre vers l’espace, est un phénomènephysique global qu’il est fondamental de saisir pour comprendre les principes d’isolation et deconstruction bio-climatique. En effet, nous ne pouvons retenir la chaleur, qu’un certain temps,avant qu’elle ne soit perdue.

Lorsqu’on ressent avec la peau une sensation de chaleur ou de froid, on constate en fait le pas -sage de la chaleur, un flux de chaleur. Nos yeux ne perçoivent pas certains rayonnements(ultra-violet et infrarouges). Tous les rayonnements chauffent. Dans un souci de simplifica -tion, toutes les observations proposées aux enfants associent globalement chaleur et rayon -nement.

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II. Ensoleillement L’hiver, le soleil chauffe moins longtemps que l’été puisque les jours sont plus courts. Parcontre, les rayons incidents sont plus bas par rapport à l’horizon et pénètrent donc mieux dansles habitations.

Capter et stocker la chaleur du soleil

Capter le rayonnement Stocker la chaleur du soleil Perte de la chaleur

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La ferme dans son environnement

III. Isolation Un matériau isolant a la capacité de retenir la chaleur. Les vêtements, la laine, les plumes, lefoin (dans une grange), la neige (sur un toit)… sont des matériaux isolants. Ces matériaux cou-rants ont en commun la particularité d’emprisonner de l’air dans leur volume. Voici différents matériaux de construction et leur capacité d’isolation :

Pour les fenêtres, le verre est un mauvais isolant, mais il est indispensable pour laisser entrerla lumière ! Un double vitrage (une lame d’air entre deux vitres) évite les déperditions de cha-leur trop importantes. Les volets et les rideaux contribuent à améliorer l’isolation. De plus enplus le double vitrage renferme… Dans le cadre des expériences à réaliser par les élèves, lematériau isolant retenu est le carton-plume. Les expérimentations développent la notion d’isolant parce qu’elle a semblé la plus fondamen-tale. En revanche, ne sont pas abordés :l les matériaux conducteurs de chaleur : métal, béton… ;l l’accumulation de chaleur dans l’eau, les murs… ;l les techniques de construction, ni les performances des plaques d’isolants (proportion-nelle à l’épaisseur…) ;l les matériaux sophistiqués qui réfléchissent les rayons et contribuent à l’isolation (cou-verture de survie, vitrages métallisés…).

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La construction bio-climatiqueConcepts clés : Corientation au sud, économie de chauffage, ventilation maîtrisée, récu-pération des eaux de pluie.

Une construction bio-climatique est une construction adaptée au climat, hiver comme été.

I. En hiver : se chaufferA cette période de l’année, l’important est non seulement de capter et retenir la chaleur dansl’habitation mais aussi d’en éviter « le gaspillage ». En outre, aujourd’hui, des énergies renou-velables (bois, eau chaude solaire…) sont utilisées pour répondre à ces besoins de chauffage.

1) Capter la chaleur abondante et gratuite du soleil, la stocker et limiter les déperditions par :l des baies au sud pour chauffer au maximum avec le rayonnement gratuit du soleil etéventuellement des panneaux solaires (pour le chauffe-eau),

2) Retenir la chaleur dans l’habitation en limitant les déperditions de chaleur :l une forme de maison compacte (proche du rond ou du carré pour un minimum de sur-face en contact avec le froid),l une protection de la façade au nord par des espaces tampons (garage, grenier, cellier) quin’ont pas besoin d’être chauffés autant que la maison et une limitation ou une absence d’ou-vertures.l des matériaux isolants dans les murs et les combles, et des doubles vitrages,l une étanchéité à l’air froid : pas d’infiltrations d’air dans les murs, les toitures, les portes,les fenêtres,l une ventilation contrôlée (VMC) avec, si possible, récupération de chaleur.Une maison bien isolée est économique : le surcoût de l’isolation est compensé par les écono-mies d’énergie.

3) Economiser le chauffage par des gestes simples comme :l garder les fenêtres fermées,l fermer les volets et rideaux le soir (ce qui évite de perdre la chaleur pendant la nuit)…l ne chauffer que les pièces utilisées.

Pour des questions d’hygiène (évacuation du gaz carbonique, de la vapeur d’eau, des mauvai-ses odeurs…), il est nécessaire de ventiler les pièces de vie. Pour cela, ouvrir les fenêtres quel-ques minutes suffit en prenant garde de couper le chauffage. De plus en plus, les maisonsactuelles sont équipées de ventilation mécanique contrôlée (VMC) qui renouvelle régulière-ment l’air vicié et évite ainsi d’ouvrir les fenêtres.

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4) Chauffer autrement grâce à : l’utilisation d’énergies renouvelables :- capteurs solaires (production d’eau chaude),- chauffage au bois, pompes à chaleur (pour capter l’énergie thermique présente dans le sol), …

2. En été : En été, la problématique est to u te autre : il s’agit de se protéger du soleil. La co nstruction poss è d edonc des avancées de to i t u re, une ventilation de nuit, une végétation pro c u rant de l’o m b re , …

L’isolation fonctionne dans les deux sens : garder la chaleur dedans l’hiver, dehors l’été.

III. La question de l’eauUne maison bio-climatique se doit de prendre en compte cet élément, surtout dans notrerégion où les précipitations sont importantes mais où l’eau s’infiltre très rapidement dans le solcalcaire qui présente de multiples fissures et galeries souterraines. En surface, l’eau se fait doncrare d’où l’intérêt de collecter l’eau de pluie provenant de toute la surface de toit vers laciterne.

IV. L’avenir de la construction bio-climatique dans un contexteglobalUne construction bio-climatique a besoin de moins de chauffage par combustion. Elle dégagedonc moins de gaz carbonique (gaz à effet de serre). Elle contribue ainsi à la bonne santé dela planète.Aujourd’hui, le langage technique parle de « bâtiments à basse énergie », qui consomment trèspeu d’énergie non-solaire. Ils sont déjà la norme dans certains pays. Ceux-ci vont se générali-

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ser dans les années à venir avec l’augmentation du coût de l’énergie et avec l’obligation de divi-ser par quatre les combustibles à effet de serre (accords de Kyoto). Une maison bien isolée estéconomique : le surcoût de l’isolation est compensé par les économies d’énergie. Elle estconfortable en hiver et en été.

Pour donner des ordres de grandeur, en France, la consommation moyenne d’un logement estde 320 kwh/m3/an. La nouvelle norme 2005 pour un logement neuf est de 105. Dans certainspays, elle est déjà en dessous de 50, pour un surcoût en investissement pour inférieur à 10 %du coût de la construction.

On n’a pas abordé la problématique de l’énergie électrique, aux enjeux très complexes.

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L’habitat traditionnel duHaut-JuraL’observation de l’habitat rural traditionnel du Haut-Jura révèle une très bonne adaptation auxcontraintes du climat.

I. Caractéristiques du climat du Haut-Jura

1) L’hiver se caractérise par :l des températures très basses, jusqu’à - 30° C la nuit,l une accumulation de neige pendant parfois près de 6 mois ,l un vent du nord très froid : la bise,l des journées ensoleillées avec un soleil bas sur l’horizon et une réflexion sur la neige.

2) L’été, on retrouve : l des températures plus fraîches qu’en plaine,l des précipitations importantes ( jusqu’à un total de 2 m sur l’année, soit plus du doublequ’en plaine), l des pluies battantes avec un vent venant du sud-ouest,l parfois de forts coups de vent avant les orages

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II. Adaptations en terme d’architecture

Compte tenu de ce climat rigoureux, les maisons traditionnelles (anciennes fermes) présententdiverses adaptations pour s’abriter contre le vent et la pluie, se chauffer et retenir cette cha-leur.

1) S’abriter contre les intempéries : l le vent et la pluie venant du sud-ouest par un toit à pan coupé (appelé demi-croupe) quidonne peu de prise au vent et un bardage (parement extérieur imperméable rapporté sur unmur) qui protège contre les intempéries,l la bise qui vient du nord en limitant au maximum les courants d’air par des murs pleinset peu d’ouvertures (fenêtres, portes) sur la façade.

2) Se chauffer par :l le rayonnement du soleil grâce à une orientation des fenêtres au sud. En hiver le rayon-nement est double avec la réflexion sur la neige,l la chaleur des animaux présents dans l’étable, contiguë aux pièces de vie,l le feu de bûches de bois.

3) Retenir la chaleur dans l’habitation grâce à : l un bâtiment compact,l des isolants naturels : une couche de neige sur le toit, une couche de foin dans la grangeau-dessus de l’habitation, l des murs épais,l des volets sur les fenêtres.

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III. Spécificités locales

Ferme-bloc : ferme où toutes les fonctions sont réunies - la fonction agricole avec l’étable, lagrange, la cave à fromage et la fonction habitation avec le logement.Faîtage du toit orienté dans l’axe des vents dominants ce qui favorise le balaiement de la toi-ture et limite la surcharge de neige. Le toit est recouvert de tuiles, zinc ou tôle.

Façade sud-ouest recouverte de tavaillons (planchettes de bois d’épicéa clouées) car plusexposée aux intempéries. Aujourd’hui on utilise également le zinc.Coches : avancées des murs qui encadrent la façade principale. Elles délimitent un espace detransition abrité du vent, de la pluie et de la neige.Trois façades recouvertes d’enduit à la chaux qui apporte une protection contre l’humidité, legel-dégel et évite ainsi une dégradation trop rapide du mur en pierre.On note aussi sur le pourtour de la maison (non indiqué sur le dessin) la présence d’une citernepour stocker l’eau de pluie recueillie par la toiture.

Demi-croupe : pan de toit coupé qui favorisel’effacement de la toiture aux vents.

Accès à la grange haute par la porte de grange.

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Capter la chaleur du soleil.

Se protéger contre le soleil.

Garder la chaleur

Ventiler la nuit avec de l’air frais.

Récapitulation hiver- été3 composantes : chauffer, isoler, se mettre à l’abri du vent ou du soleil.