Étude, à l'échelle du mur, des transferts hygrothermiques dans les composites biosourcés

Study at the building scale of hygrothermal transfers in biosourced composites

• Auteur / Autrice : Tarek Alioua
• Direction : Abderrahim Boudenne, Boudjemaa Agoudjil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 03/12/2020
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Université Hadj Lakhdar (Batna, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Études et de Recherche en Thermique, Environnement et Systèmes (Créteil) - Centre d'Etudes et Recherches en Thermique- Environnement et Systèmes [Créteil] / CERTES EA 3481
• Jury : Président / Présidente : Abla Abdelmoumene
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abderrahim Boudenne, Boudjemaa Agoudjil, Mohammed Lachi, Rafik Belarbi, Fouad Khaldi, Chadi Maalouf
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed Lachi, Rafik Belarbi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomatériaux

Modèles mathématiques

Matériaux -- Propriétés thermiques

Mots clés libres

Transfert hygothermique

Échelle du mur

Matériaux biosourcés

Béton de bois de palmier dattier

Hygrothermal transfer

Biosourced materials

Wall scale

Date palm concrete

Résumé

Dans ce travail de thèse, le transfert hygrothermique dans le béton de bois de palmier dattier (DPC) a été étudié numériquement à l'échelle de la paroi. Dans une première partie, les phénomènes de transferts de chaleur et de masse sont modélisés. Ensuite, l’effet du maillage sur la précision des résultats numériques a été étudié pour les modèles développés. Dans la deuxième partie du travail, les modèles développés ont été validés avec des données expérimentales pour le cas d’un mur en DPC. Les résultats ont montré que les modèles étudiés donnent de bonnes prédictions des profils de température et d’humidité relative. De plus, la prise en compte d’un modèle d’hystérésis permet d’améliorer les résultats du transfert hydrique. L’étude de validation a été suivie par une étude numérique comparative de la performance hygrothermique d’un mur en DPC par rapport à un matériau d’isolation classique. Il a été constaté que le DPC possède de meilleures performances en termes d’isolation et d’inertie thermiques. Dans la dernière partie de ce travail, une étude de sensibilité a été réalisée pour évaluer l’effet des différents paramètres et des conditions sur les résultats du modèle hygrothermique. Les résultats obtenus ont permis de mettre l’accent sur les sources possibles d’erreurs dans les profils numériques. Le transfert de chaleur est influencé par les incertitudes sur les valeurs de la capacité thermique et de la masse volumique tandis que les paramètres qui influent le transfert d'humidité sont l'isotherme de sorption et les facteurs de résistance à la diffusion de vapeur. Par ailleurs, Il a été noté que le transfert d'humidité est très sensible à toute erreur dans les conditions initiales ou la position des capteurs. De plus, La négligence de la diffusion d’eau liquide dans le modèle a conduit à des sous-estimations importantes dans les profils d'humidité relative pendant la phase d'adsorption.

In this thesis work, the hygrothermal transfer in date palm concrete (DPC) has been studied numerically at wall scale. In the first part, the phenomena of heat and mass transfer are modeled. Then, the effect of mesh on the precision of the numerical results was studied for the developed models. In the second part, the developed models have been validated with experimental data for the case of a DPC wall. The results show that the studied models give good predictions of the temperature and relative humidity profiles. In addition, taking into account a hysteresis model improves the results of moisture transfer. The validation study was followed by a comparative numerical investigation of the hygrothermal performance of a DPC wall compared to a conventional insulation material. DPC was found to perform better in terms of thermal insulation and thermal inertia. In the last part of this work, a sensitivity analysis was carried out to assess the effect of the different parameters and conditions on the hygrothermal model outcome. The obtained results highlighted the possible sources of errors in the resulting numerical profiles. Heat transfer is influenced by errors in heat capacity and density, while the parameters that influence moisture transfer are the sorption isotherm and the vapor diffusion resistance factors. Furthermore, it was noted that moisture transfer is very sensitive to any errors in initial conditions or sensors position. In addition, the neglect of liquid water diffusion in the model led to significant underestimates in the relative humidity profiles during the adsorption phase.