Caractérisation expérimentale et modélisation multi-échelles des transferts de chaleur et de masse au sein d'isolants à structure fibreuse

Experimental characterization and multi-scale modeling of heat and mass transfer within a fibrous insulation structure

• Auteur / Autrice : Rayan El Sawalhi
• Direction : Patrick Salagnac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et thermique
• Date : Soutenance le 28/09/2015
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Hamou Sadat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Salagnac, Hamou Sadat, Patrick Glouannec, Wahbi Jomaa, Laurent Marmoret, Jérôme Lux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Glouannec, Wahbi Jomaa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtomographie

Perméabilité

Transfert de chaleur

Traitement d'images

Construction en chanvre

Mots clés libres

Fibres de chanvre

Analyse d'image

Transfert de chaleur

Conductivité thermique

Diffusivité thermique

Perméabilité

Microtomographie

Prise de moyenne

Hemp fibers

Image analysis

Heat transfer

Thermal conductivity

Diffusivity

Permeability

Microtomography

Volume averaging

Résumé

L’utilisation des matériaux à faibles impacts environnementaux devient essentielle dans le secteur du bâtiment à cause de sa forte consommation d’énergie et de ressources naturelles. Cette thèse porte sur les isolants bio-sourcés et spécialement les laines de chanvres possédant des propriétés thermiques et hydriques intéressantes. La laine de chanvre, étant composée essentiellement de fibres végétales, constitue un matériau fibreux anisotrope et fortement poreux, et possède à l’échelle microscopique une structure complexe et aléatoire. D’où l’intérêt de décrire précisément la morphologie de ce type de laine et de caractériser sa structure par analyse d’images tomographiques à rayons X et des images MEB. Puis nous avons mis en place un modèle macroscopique couplé de transfert de chaleur et de masse, permettant de comprendre le comportement thermohydrique de ces laines en utilisant la méthode de changement d’échelle par prise de moyenne. Pour prendre en compte la complexité géométrique de la microstructure nous avons eu recours à un double changement d’échelle.

The use of low environmental impact materials becomes essential in the construction industry due to its high consumption of energy and natural resources. In this thesis it was focused on the bio-based and especially wool hemp insulation with interesting thermal and water properties. Hemp wool, being composed substantially of plant fibers, is an anisotropic, fibrous and highly porous material. At the microscopic level it possesses a complex and random structure, hence the interest of an accurate description to the morphology of this type of wool and to characterize its structure analysis by X-ray tomographic images and SEM images. Then a macroscopic model of coupled heat transfer and mass transport is set up to understand the behavior of these wools using the scaling method average gain. To take into account the geometric complexity of the microstructure a double change of scale was used.