Hygrothermique du bâtiment : expérimentation sur une maison à ossature bois en conditions climatiques naturelles et modélisation numérique

= Hygrothermal behaviour of buildings : experimental investigation on a wooden frame house in outdoor exposure and numerical modelling

• Auteur / Autrice : Amandine Piot
• Direction : Jean Brau, Monika Woloszyn
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Humidité

Chaleur

Constructions à ossature de bois

Habitations en bois

Thermique

Habitations

Résumé

Les maisons à ossature bois sont des structures particulièrement sensibles aux flux d'air et d'humidité. Des études récentes ont montré que de telles sollicitations peuvent dégrader la qualité et la durabilité d'un bâtiment. Après avoir décrit la physique des transferts couplés d'énergie et de masse, nous présentons le support expérimental de cette étude : une maison à ossature bois, de dimensions représentatives d'une construction réelle, qui a été construite sur une plateforme d'exposition en extérieur. Cette cellule expérimentale a été instrumentée afin d'étudier le comportement hygrothermique des parois et de la pièce principale. Les données météorologiques sont relevées sur le site même. Plusieurs configurations ont été étudiées dans le cadre de ces travaux : paroi avec et sans pare-vapeur ; climat interne avec ou sans chauffage, humidification ou ventilation. Des mesures de perméabilité à l'air de la cellule ont également été effectuées. Enfin, une campagne de détermination des caractéristiques des matériaux employés a été lancée. En parallèle de cette expérimentation, un modèle numérique de la cellule a été développé, basé sur le modèle existant HAM-tools. Le modèle est utilisé sur plusieurs séquences expérimentales. L'étude de la validité du modèle s'est faite par étapes : d'abord la paroi seule, puis couplée avec la zone, enfin le modèle de bardage. Nous présentons les résultats de la comparaison entre les mesures et les simulations numériques, et discutons de la validité du modèle et des limites imposées par l'expérimentation. Cette étude a permis de mettre en évidence l’effet de sollicitations thermiques sur le comportement hygrique d’une paroi comportant un matériau hygroscopique, et montré la capacité du modèle développé à le décrire.

Wooden frame houses are very sensitive to air and moisture flows. Recent studies showed that such flows can seriously a effect the quality and durability of buildings. After a brief description of the physics of heat and mass transfers, we present the experimental set-up that was built for this study. It consists in a wooden frame house, exposed to natural outdoor climate, and its dimensions are representative of real-life constructions. This test house was instrumented so as to study the hygrothermal behaviour of both the walls and the main room. The weather data is recorded on site. We studied several configurations : walls with and without vapour-barrier ; indoor climate with or without heating, humidification, mechanical ventilation. The air permeability of the test house was also determined. Finally, the characterization of the materials used in the test house has begun. In parallel to this experimental investigation, a numerical model of the test house was developed, based on the existing model HAM-tools. The model is tested on several experimental sequences. The assessment of the validity of the model was carried out step by step : first the validation of the transfers within the walls, then the coupling with the air zone, last the cladding model. We present the results of the comparison between the measurements and the numerical simulations, and discuss of the validity of the model and of the limitations due to the experimental set-up. This study showed the effect of thermal solicitations on the hygric behaviour of a wall containing a hygroscopic material, and the ability of the model to describe it.