Thermographie active appliquée à la caractérisation in situ de parois de bâtiment

Active thermal applied in situ characterization of building walls

• Auteur / Autrice : Khaled Chaffar
• Direction : Didier Defer, Laurent Zalewski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil
• Date : Soutenance le 11/07/2012
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : ED Sciences pour l'ingénieur (n°72)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Antczak
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Defer, Laurent Zalewski, Emmanuel Antczak, Colette Sirieix, Bérangère Lartigue, Mohammed Lachi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Colette Sirieix, Bérangère Lartigue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Technique de l'environnement

Propriétés thermiques

Murs

Mots clés libres

Carreau de plâtre

Flux

Températue

Différences finies

Thermographie infrarouge

Propriétés thermophysiques

Paroi monocouche

Paroi multicouche

Coefficient d’échange surfacique global

Gypsum tile

Flux

Temperature

Finite differences

Infrared thermography

Thermophysical properties

Wall monolayer

Multilayer wall

Global exchange coefficient

Résumé

Les préoccupations environnementales actuelles visent à réduire les consommations énergétiques. Dans une démarche d’amélioration des bâtiments existants, l'étude du comportement thermique d’une paroi n'est pas aisée du fait de la méconnaissance de ses propriétés thermophysiques réelles. Ces paramètres sont pourtant prépondérants pour la phase d'optimisation économique des opérations de réhabilitation ou pour vérifier ses performances in situ. Il apparaît donc important de pouvoir caractériser les parois de bâtiment en place. Notre travail vise à développer une méthode de caractérisation thermique d’une paroi adaptée aux applications in situ basée sur une approche active. Le principe d'identification consiste à solliciter thermiquement une face d’accès en imposant un flux de chaleur sous forme d’un créneau et à étudier la réponse en température enregistrée par thermographie infrarouge sur l’autre face. A partir de signaux de flux et de températures mesurés aux limites de la paroi, les propriétés thermophysiques de la paroi seront estimées par méthode inverse. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés aux parois homogènes. Le schéma d’inversion est construit autour d’un modèle numérique décrivant la réponse de la paroi suivant la méthode des différences finies en 1D. L’identification de la conductivité thermique et de la chaleur volumique de la paroi est réalisée en optimisant le groupement de paramètres qui permet de minimiser l’écart entre la température normalisée mesurée et la température normalisée simulée. Le coefficient d’échange surfacique global est également identifié à partir du même essai. Dans ce travail, la méthode a été appliquée à une paroi homogène en carreaux de plâtre mise en place au laboratoire. Elle a une épaisseur de 6.5 cm. Cette technique a été utilisée pour les parois multicouches de bâtiments. Les résultats issus de cette procédure d’inversion ont été comparés à des valeurs de référence obtenues à partir d’une procédure classique (NF EN 12664-méthode fluxmétrique). Une bonne concordance des résultats est obtenue. Une autre partie représente les essais in situ.

Current environmental concerns are intended to reduce energy consumption. In a process of improving existing buildings, the study of the thermal behavior of a wall is not easy because of the ignorance of its real thermophysical properties. These parameters are yet to dominate the economic optimization phase of the rehabilitation or to check its performance in situ. It therefore appears important to characterize the walls of existing building. Our work aims to develop a method of thermal characterization of a wall suitable for in situ applications based on an active approach. The principle of identification is to apply a heat-face access by imposing a heat flux in the form of a pulse and to study the temperature response recorded by infrared thermography on the other side. From signal flow and temperature measured at the limits of the wall, the thermophysical properties of the wall will be estimated by inverse method. We are at present interested in homogeneous walls. The inversion scheme is built around a digital model describing the response of the wall following the finite difference method in 1D. The identification of the thermal conductivity and heat volume of the wall is achieved by optimizing the group of parameters which minimizes the normalized difference between the temperature measured and the temperature standard simulated. The overall Global exchange coefficient is also identified from the same test. In this work, the method was applied to a homogeneous wall tile plaster introduction to the laboratory. It has a thickness of 6.5 cm. This technique was used for multilayer walls of buildings. The results of this inversion procedure were compared with reference values obtained from a standard procedure (DIN EN 12664-flow meter methods). A good agreement is obtained. Another part is the in situ tests.