Contribution à la conception des bâtiments : Convergence des mesures d’atténuation et d’adaptation au changement climatique

Towards mitigation and adaptation to climate change : Contribution to Building Design

• Auteur / Autrice : Anaïs Machard
• Direction : Christian Inard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 21/07/2021
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences de l’Ingénieur pour l’Environnement (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Ménézo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Inard, Christophe Ménézo, Dionysia Kolokotsa, Mattheos Santamouris, Mathilde Pascal, Charles Pele, Étienne Wurtz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dionysia Kolokotsa, Mattheos Santamouris

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vagues de chaleur

Effets de la chaleur

Risques pour la santé

France

Résistance à la chaleur

Génie de l'habitat

Changements climatiques -- Adaptation

Changements climatiques -- Atténuation

Mots clés libres

Changement climatique

Vagues de chaleur

Atténuation

Adaptation

Conception du bâtiment

Confort d’été

Surchauffe

Risque sanitaire

Analyse de sensibilité

Optimisation

Climate change

Heatwaves

Mitigation

Adaptation

Building design

Summer thermal comfort

Overheating

Health-heat-related risk

Sensitivity analysis

Optimization

Résumé

Compte tenu de l’augmentation de la fréquence des canicules, il est nécessaire de s’assurer que les bâtiments conçus et construits aujourd’hui seront adaptés aux futures températures plus élevées. Le périmètre de cette thèse consiste à proposer une méthodologie de contribution à la conception des bâtiments considérant à la fois les enjeux d’atténuation (réduction des besoins énergétiques) et d’adaptation (confort thermique estival, réduction du risque sanitaire en période de canicule) au changement climatique. La méthodologie a pour vocation d’être adaptable à différents types de bâtiments et de climats. Dans ce but, nous avons développé des fichiers météorologiques contenant des séquences typiques, ainsi que des vagues de chaleur futures. Par la suite, des méthodes d’analyse de sensibilité et d’optimisation couplées à des simulations thermiques dynamiques du bâtiment ont permis d’évaluer le potentiel de différentes techniques de rafraîchissement passif utilisées pour diminuer la surchauffe d’été en climats futurs. Les résultats de ces travaux de recherche mettent en évidence que les stratégies évaluées sont efficaces pour maintenir un confort thermique estival lors des étés futurs types à Paris et à La Rochelle. Cependant, à Carpentras, pour un été type futur, et pour ces trois villes en périodes de canicules futures récurrentes, les limites de ces solutions sont mises en exergue. En effet, les résultats de l’étude montrent que les occupants sont exposés à la chaleur lors de plusieurs jours consécutifs au-dessus de seuils à la fois diurnes et nocturnes ce qui résulte en un risque sanitaire pour les personnes vulnérables. Ces séquences ne sont pas détectées en utilisant des fichiers futurs types uniquement, ce qui démontre la pertinence de ces travaux. La combinaison d’enveloppes de bâtiments optimisées, de stratégies de rafraîchissement et d’adaptation des occupants se révèle être nécessaire afin d’atténuer le risque sanitaire récurrent auguré pour le milieu du siècle en France.

Due to climate change projecting increased heatwaves occurrence, ensuring that buildings designed and built today will be adapted to future warmer temperatures is essential. The scope of this Ph.D. is to propose a methodological contribution to the design of buildings that both mitigate (minimize yearly energy needs) and adapt (minimize summer indoor overheating, limit health-heat-related risk) to climate change. The methodology can be applied to any building case study in any climate. For this purpose, bias-adjusted weather files containing both present, future typical conditions and future heatwave periods were developed. The potential of different passive cooling mitigation and adaptation strategies to reduce summer indoor overheating is evaluated using these weather files through dynamic thermal simulations, sensitivity analysis and optimization methods. The results of this research work highlight that for the building case study, the evaluated strategies (buffer spaces, thermal mass, roof optical properties, glazing ratio, ventilative cooling) have a strong capacity to enable summer thermal comfort in future typical summers in Paris and in La Rochelle. However, in Carpentras, and under recurring heatwaves in all three cities, the limits of these mitigation and adaptation measures are recognized. In fact, the future heatwaves consistently lead to consecutive days of indoor overheating exposure during both daytime and nighttime for building occupants, leading to a health-heat-related risk especially for the most vulnerable. These sequences are not detected when using only future typical years, which stresses the relevance of this work. Only the combination of optimized building envelopes, ventilative cooling strategies and adaptive opportunities from building occupants (solar control, increased indoor air velocities) have the potential to offset the projected recurring health-heat-related risk, particularly elevated in the South of France.