Etude des phénomènes de transfert hygrothermiques dans les parois des bâtiments

Dans les structures poreuses des materiaux, les transferts d'humidite peuvent se developper en phase gazeuse et/ou liquide. La nature et l'intensite de ces transferts sont liees aux proprietes intrinseques des materiaux utilises. Ils peuvent induire des phenomenes particuliers : sorption - desorption, evaporation- condensation, hysteresis capillaire (etc…). L’interaction entre ces phenomenes de transferts massiques et les echanges thermiques a l’echelle des materiaux et a l’interface materiaux - ambiances aboutit generalement a des systemes d’equations aux derivees partielles fortement couplees dont la solution est souvent complexe a determiner. On se propose, lors de ce travail d’etudier les transferts couples de chaleur et d’humidite a l’echelle du materiau et puis de generaliser l’etude a l’echelle du bâtiment entier pour evaluer l’impact de ces phenomenes de transfert sur le confort, sur la qualite des ambiances et sur la consommation energetique des bâtiments. Ce travail de these s’articule autour de deux parties complementaires : Durant la premiere partie, une analyse phenomenologique detaillee des processus de transferts couples de chaleur et d’humidite a l’interieur des materiaux poreux a ete effectuee. Une modelisation des transferts couples a l’echelle du materiau de construction a ete ensuite entreprise. Basee, d’une part sur la connaissance des caracteristiques de transfert des materiaux et sur l’etablissement des equations de bilan de conservation de la masse d’eau et de l’energie, le systeme couple d’equations aux derivees partielles obtenu est resolu selon deux approches analytique et numerique. A noter que cette phase de resolution necessite, au prealable, la determination experimentale des caracteristiques de transfert des materiaux grâce aux essais effectuees au laboratoire. Ces parametres d’entree du modele sont, principalement, la diffusivite hydrique et le coefficient de gradient de temperature des materiaux de construction, les isothermes de sorption-desorption. L’elaboration de prototypes experimentaux ont permis de conforter la prediction des modeles developpes. Dans la deuxieme partie, le modele ainsi valide est implemente, avec confiance, dans un code thermohydrique du bâtiment « MATLAB-Simulink », pour etudier l'effet de la prise en compte des phenomenes de transfert a l’echelle de la paroi et aux interfaces parois-ambiances sur la prediction du comportement dynamique du bâtiment, sur l’evaluation des besoins de climatisation, ete – hiver, et sur la determination des pics de puissance. Les resultats de simulation obtenus, montrent que les economies d'energie les plus prometteuses sont realisees pour des bâtiments climatises situes dans des regions chaudes et humides. De plus la reduction de la charge de climatisation est d’autant plus importante que le systeme de climatisation est controle de facon optimale.