Etude de la rénovation hygrothermique de parois anciennes utilisant des matériaux biosourcés

Study of the hygrothermal renovation of old walls using biobased materials

• Auteur / Autrice : Marina Malagoni De Almeida
• Direction : Stéphane Ginestet, Gilles Escadeillas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 11/07/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMDC - Laboratoire Matériaux et Durabilité des Constructions de Toulouse - Laboratoire Matériaux et Durabilité des constructions / LMDC
• Jury : Président / Présidente : Helena Carasek
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Antczak, Sandra Garcia Gallego
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Collet-Foucault, Karim Limam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Éco-matériaux

Mots clés libres

Matériaux bio-Sourcés

Rénovation bâtiment historique

Transferts de chaleur et de masse

Isolation par l’intérieur

Performance hygrothermique

Bio-Based materials

Historical building refurbishment

Heat and mass transfer

Internal insulation

Hygrothermal performance

Résumé

Secteur clé de la lutte contre le changement climatique et de la transition énergétique, le bâtiment doit repenser et transformer son activité tant pour les constructions neuves que pour les bâtiments existants. Si d’un côté la règlementation thermique évolue et conduit le secteur du bâtiment à s’engager de plus en plus dans des démarches de qualité environnementale ; de l’autre les centres anciens des petites et moyennes villes en Europe font face à la dégradation de son centre historique à cause d’un manque de qualité de l’habitat que seuls les travaux de rénovation et d’amélioration de l’efficacité énergétique peuvent combattre.De son côté, la rénovation des bâtiments anciens est un défi, notamment pour trouver des solutions énergétiquement efficaces et capables de préserver la valeur architecturale de la façade extérieure. Les choix techniques sont limités, l’isolation par l’extérieur est quasi systématiquement exclue au profit de l’isolation par l’intérieur.Cette technique peut bouleverser l’équilibre hygrothermique de la paroi et est susceptible d’entraîner une modification de sa capacité de séchage, un risque de condensation interstitielle et l’apparition de moisissures. Il est donc essentiel d’utiliser des matériaux compatibles avec le bâti ancien et de valider la performance hygrothermique de la paroi après isolation en s’appuyant sur des outils et des méthodes fiables qui permettent de qualifier au mieux les matériaux et techniques d’isolations choisies.L’utilisation des matériaux biosourcés apparaît donc comme levier pour solutionner à la fois l’adéquation des bâtiments anciens aux exigences énergétiques et environnementales, et aussi pour préserver le patrimoine.Dans ce contexte, ce projet de recherche de thèse vise à développer un matériau biosourcé à faible impact environnemental pour usage en rénovation du bâti ancien. Dans un premier temps une étude sur sa formulation et procédure de fabrication est menée, et ses propriétés physiques permettant son usage en rénovation sont vérifiées. Ensuite il est appliqué en rénovation de façade du côté intérieur d’un bâtiment ancien localisé au centre historique de la ville de Cahors et son comportement thermohydrique in-situ est analysé à l’aide d’un banc expérimental. Finalement, une modélisation des transferts de chaleur et de masse à l’intérieur de la paroi rénovée est effectuée à l’aide du logiciel Delphin et les résultats sont comparés avec les données obtenues sur le banc.Les analyses menées montrent que l’utilisation du matériau développé dans cette étude est souhaitable pour la rénovation des bâtiments anciens grâce à son efficacité thermohydrique. Le modèle numérique mis en place peut être utilisé comme outil pour qualifier les matériaux et techniques de rénovation avant leur mise en œuvre.

A key sector in the fight against climate change and the energy transition, the building sector must rethink and transform its activity for both new constructions and existing buildings. If, on the one hand, thermal regulations are changing and are leading the building sector to engage more and more in environmental quality approaches; on the other hand, the old centers of small and medium-sized towns in Europe are facing the degradation of their historic center due to a lack of quality of habitat that only renovation works and improvements in energy efficiency can fight.For its part, the renovation of old buildings is a challenge, in particular to find energy-efficient solutions capable of preserving the architectural value of the exterior facade. The technical choices are limited, insulation from the outside is almost systematically excluded in favor of insulation from the inside.This technique can disturb the hygrothermal balance of the wall and is likely to lead to a modification of its drying capacity, a risk of interstitial condensation and a risk of mold growth. It is therefore essential to use materials compatible with the old building and to validate the hygrothermal performance of the wall after insulation by relying on reliable tools and methods which make it possible to best qualify the materials and insulation techniques chosen.The use of biobased materials therefore appears as a lever to solve both, the adequacy of old buildings to energy and environmental requirements, and also to preserve heritage.In this context, this thesis aims to develop a biobased material with low environmental impact for use in the renovation of old buildings. Initially, a study on its formulation and manufacturing procedure is carried out, and its physical properties allowing its use in renovation are verified. Then it is applied on the interior side of an old building facade located in the historic center of the city of Cahors and its in-situ hygrothermal behavior is analyzed using an experimental bench. Finally, a modeling of the heat and mass transfers inside the renovated wall is carried out using the Delphin software and the results are compared with the field data obtained from the experimental bench.The analyzes carried out show that the use of the material developed in this study is desirable for the renovation of old buildings thanks to its hygrothermal efficiency. The developed numerical model can be used as a tool to qualify renovation materials and techniques before their implementation.