Effet de l'incorporation de plusieurs familles de MCP dans une matrice gypseuse sur le confort thermique de l'habitat : Investigations expérimentales et numériques
Auteur / Autrice : | Marwa El Yassi |
Direction : | Yannick Melinge |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie civil - Cergy |
Date : | Soutenance le 21/12/2022 |
Etablissement(s) : | CY Cergy Paris Université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (Cergy-Pontoise, Val d'Oise ; 2006-....) |
Jury : | Examinateurs / Examinatrices : Yannick Melinge, Florence Collet-Foucault, Jean Castaing-Lasvignottes, Frédérik Kuznik, Stéphane Ginestet, Ikram Darcherif, Alexandre Pierre |
Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Collet-Foucault, Jean Castaing-Lasvignottes |
Mots clés
Résumé
Dans le contexte actuel de l'amélioration de la performance thermique des bâtiments, ce travail de recherche s'inscrit dans trois objectifs de développement durable (ODD) énoncés par l'ONU dans son agenda 2030 : Innovation et infrastructure, villes et communautés durables ainsi que la lutte contre le changement climatique.Cette thèse s'appuie sur la volonté d'apporter une analyse sur une solution innovante à intégrer dans la structure du bâtiment pour une économie d'énergie dans l'existant. Dans une optique d'amélioration en inertie et confort thermique en période estivale, les matériaux à changement de phase sont utiles dans un système passif.Les travaux sont initiés par le choix de plusieurs types de matériaux à changement de phase présents dans la littérature et le développement de protocoles de caractérisation thermique se produisant dans un intervalle de température de confort pour l'habitat. L'étude proposée passe par l'inclusion de trois matériaux à changement de phase dans le plâtre avec différents dosages massiques de ces matériaux rapportés à la masse de la matrice liante.La démarche est de caractériser dans un premier temps, les différents MCP avant et après inclusion dans le plâtre, dans le but de soulever le potentiel que peut apporter l'ajout de ces MCP sur les propriétés thermo-physiques du mélange. L'évaluation des performances thermiques des mélanges se base sur des mesures expérimentales.Dans un second temps, les données expérimentales sont exploitées pour une modélisation (CFD) développée sur Ansys Fluent via la méthode des volumes finis (MVF). Suite à une validation du modèle choisi, l'étude du comportement thermique pour le cas d'une paroi est effectuée pour tous les mélanges Plâtre/MCP. Ces études numériques ont permis de mener une comparaison de la réponse thermique d'une paroi avec et sans MCP, en variant le type d'intégration (directe, imprégnation et micro-encapsulation), de transition (solide-liquide et solide-solide), et la teneur en MCP.Les résultats expérimentaux obtenus ont permis de souligner un apport en stockage d'énergie thermique que peuvent apporter les MCP dans le plâtre, qui évolue avec la teneur en MCP, une augmentation de la capacité thermique massique qui atteint 42% pour les mélanges Plâtre/MCP et une amélioration du caractère isolant avec une réduction de la conductivité thermique jusqu'à 48% en comparaison avec le plâtre de référence.Les études numériques ont présenté une possibilité d'atténuer et optimiser les températures intérieures d'une paroi avec MCP soumise à des conditions de type convection naturelle, et qui s'amplifie avec l'augmentation de la teneur en MCP. Une attention particulière a été apportée à la bonne combinaison entre les propriétés thermiques et physiques du composite pour un résultat significatif.Pour pallier les problèmes d'endommagement des MCP micro-encapsulés dans la matrice, induits par le processus du malaxage conventionnel, l'impression 3D par liaison sélective a été adoptée pour l'étude de la faisabilité des échantillons à base de Plâtre et MCP micro-encapsulés. Cette étude a aussi permis d'évaluer les performances thermiques des composites imprimés et a mis en avant une réduction de la conductivité thermique qui peut atteindre jusqu'à 64% en comparaison avec les échantillons mélangés et homogénéisés.