Prise en compte cumulée du réchauffement climatique et des surchauffes urbaines en phase amont de conception frugale des bâtiments centrée sur le confort des occupants : des propositions méthodologiques

Cumulative consideration of CLIMATE WARMING and URBAN OVERHEATING in FRUGAL BUILDING DESIGN, centered on OCCUPANT COMFORT : Methodological proposals

• Auteur / Autrice : Nicolas Lauzet
• Direction : Marjorie Musy, Thibaut Colinart
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Étienne Wurtz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadia Sallé-Hoyet, Emmanuel Bozonnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Étienne Wurtz, Thierry Duforestel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction durable

Habitations -- Chauffage et ventilation

Îlot thermique urbain

Mots clés libres

Changement climatique

Surchauffe urbaine

Météo annuelle réelle

Conception frugale

Confort d’été

Modélisation multi- échelles

Climate change

Urban warming

Real weather year

Frugal design

Summer comfort

Multi-scale modelling

Résumé

Alors que les prévisions climatiques du GIEC sont de plus en plus avancées et que les phénomènes relatifs à l’Ilot de Chaleur Urbain (ICU) sont de mieux en mieux cernés, les uns et les autres ne sont toujours pas pris en compte dans la conception actuelle des bâtiments. Comment prendre en compte le réchauffement climatique à l’échelle globale et les surchauffes urbaines en phase de conception des bâtiments ? Quels sont les impacts sur la thermique des bâtiments ? Quels critères de confort pour orienter les choix des concepteurs motivés par la frugalité ? La première partie présente comment la thermique du bâtiment « voit » le climat. Actuellement, les bureaux d’études utilisent des météos moyennées sur 10 ou 30 ans de mesures qui donnent un fichier météo représentatif du climat d’une zone, mais qui suppriment les conditions extrêmes comme les vagues de chaleur. Ces dernières constituent et constitueront pourtant de plus en plus des risques sanitaires pour les personnes vulnérables. Une méthodologie est proposée pour choisir une année météorologique réelle en la repositionnant par rapport aux prévisions climatiques du GIEC. En deuxième partie du manuscrit, l’influence du type de fichier météo utilisé sur les résultats de simulation thermique dynamique (STD) est étudiée sur un bâtiment de logements collectifs situé dans le quartier Confluence à Lyon. Cette étude est centrée sur l’analyse du confort d’été qui est l’enjeu majeur pour l’adaptation aux aléas climatiques. Cette partie contient également des propositions méthodologiques pour l’analyse des risques sanitaires en ambiances intérieures lors des évènements extrêmes de canicules. Enfin en troisième et dernière partie, nous étudions la possibilité d’utiliser les résultats des outils de microclimatologie urbaine en entrée météo des modèles STD. Une expérimentation de chainage entre les outils CitySim et CIM, développés à l’EPFL de Lausanne, est menée sur le même quartier Confluence à Lyon.

While the IPCC's climate forecasts are more and more advanced and the phenomena related to the Urban Heat Island (UHI) are well understood, both are still not taken into account in the design of current buildings. How to take into account the global warming and urban overheating in buildings’ design? What are the impacts on the thermal behavior of buildings? What comfort criteria can be proposed to guide the choices of designers motivated by frugality? The first part presents how the building "sees" the climate. Currently, consulting agencies use averages over 10 or 30 years of measurements that give a weather file representative of the climate of an area, but which remove extreme conditions such as heat waves. However, these are and will increasingly constitute health risks for vulnerable people. A methodology is proposed to choose a real weather year by repositioning it in relation to the IPCC climate forecast. In the second part of the manuscript, the influence of the type of weather file used for buildings simulation on the comfort results is studied for a residential building located in the Confluence district in Lyon. This study focuses on the analysis of summer comfort, which is the major issue for adaptation to current and future climates. This part also contains methodological proposals for the analysis of health risks in indoor environments during extreme heatwave events. Finally, in the third and last part, we study the possibility of using the results of a urban microclimate tool to produce weather input for the building energy models. A chaining experiment between the CitySim and CIM tools, developed at EPFL Lausanne, is conducted on the same Confluence district in Lyon.