La pierre naturelle dans un contexte d'évolution réglementaire environnementale de la construction, étude des transferts hygrothermiques au sein de composants d'enveloppes de bâtiments.

Natural stone in a context of environmental regulatory changes in construction, study of hygrothermal transfers within building envelope components.

• Auteur / Autrice : Tristan Pestre
• Direction : Emmanuel Antczak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur Génie Civil
• Date : Soutenance le 08/10/2021
• Etablissement(s) : Artois
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : LGCgE - Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement
• Jury : Président / Présidente : Thierry Langlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Antczak, Thierry Langlet, Walter Bosschaerts, Stéphane Ginestet, Tingting Vogt Wu, Franck Brachelet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Walter Bosschaerts, Stéphane Ginestet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Propriétés mécaniques

Calcaire

Aspect environnemental

Constructions

Constructions -- Propriétés thermiques

Mots clés libres

Pierre natruelle calcaire

Propriétés hygrothermiques

Transferts couplés de chaleur et d'humidité

Analyse de cycle de vie

Natural limestone

Hygrothermal properties

Coupled heat and moisture transfers

Life cycle analysis

Résumé

Dans un contexte de transition énergétique français, mais également international, le secteur de la construction reste l’un des plus impactant sur l’environnement et se doit d’évoluer pour en limiter les conséquences. En réaction, l’État a mis en place une expérimentation, « bâtiment à énergie positive et réduction carbone », préfigurant la future réglementation thermique des bâtiments, qui deviendra également environnementale.La plupart des matériaux naturels, locaux et peu transformés, ont des avantages environnementaux indéniables et les filières de proximité dont ils sont issus disposent de potentiels économiques et sociaux intéressants. Ces matériaux peuvent alors parfaitement s’intégrer dans une démarche de développement durable. Cependant, il est indispensable de connaître leur comportement physique pour pouvoir optimiser leur usage dans des constructions performantes, saines, confortables et durables.Ces travaux de recherche ont pour objectif de valoriser la pierre naturelle massive pour la construction de bâtiments énergétiquement performants et environnementalement respectueux.Une douzaine d’échantillons de roches a été caractérisée d’un point de vue thermique (résistance thermique et capacité thermique), d’un point de vue hydrique (absorption d’eau à pression atmosphérique, perméabilité à la vapeur d’eau, capacité tampon hydrique, sorption et désorption hygroscopique) et d’un point de vue environnemental (analyse de cycle de vie des maçonneries en pierres). Les résultats expérimentaux obtenus, s’ajoutant à la base de données du Centre Technique de Matériaux Naturels de Construction, ont permis de réaliser des études statistiques sur les pierres naturelles calcaires. Les perspectives seraient de pouvoir estimer leurs caractéristiques physiques et de les intégrer dans des modules de modélisation des informations du bâtiment (BIM) en plein développement.Les propriétés hygrothermiques des pierres ont également été utilisées comme données d’entrées pour étudier les transferts couplés de chaleur et d’humidité à plusieurs échelles, de la paroi au bâtiment. L’approche numérique a été comparée aux approches expérimentales (chambre bi-climatique et instrumentation in-situ d’une villa). L’objectif est de valider les modèles numériques utilisés et les résultats issus de la caractérisation en laboratoire. Enfin, une étude de simulation thermique dynamique comparative permet de dresser un état des lieux des performances énergétiques de constructions en pierres naturelles dans le contexte de la RE2020.

« Natural stone in a context of environmental regulatory evolution of the construction, study of heat and moisture transfers in building envelope components ».In the context of French and international energy transition, the construction sector remains one of the most impacting on the environment and must evolve to limit the consequences. In response, the State has set up an experimentation, "positive energy building and carbon reduction", foreshadowing future thermal regulations for buildings, which will also become environmental (LCA).Most natural, local, and minimally processed materials have undeniable environmental advantages and the local sectors from which they come have interesting economic and social potential. These materials can then be perfectly integrated into a sustainable development approach. However, it is essential to know their physical behavior in order to be able to optimize their use in efficient, healthy, comfortable and durable constructions.The objective of this research is to develop massive natural stone for the construction of energy efficient and environmentally friendly buildings.A dozen rock samples were characterized from a thermal point of view (thermal resistance and thermal capacity), from a hydric point of view (absorption of water at atmospheric pressure, permeability to water vapor, water buffer, and hygroscopic sorption/desorption) and an environmental point of view (life cycle analysis of stone masonry). The experimental results obtained, in addition to the database of the Technical Center for Natural Building Materials, made it possible to carry out statistical studies on natural limestone. The prospects would be to estimate their physical characteristics and integrate them into developing building information modeling (BIM) modules.The hygrothermal properties of stones were also used as input data to study the coupled heat and mass transfers at several scales, from the wall to the building. The digital approach was compared to experimental approaches (bi-climatic chamber and in-situ instrumentation of a villa). The objective is to validate the numerical models used and the results of the characterization in the laboratory. Finally, a comparative dynamic thermal simulation study makes it possible to draw up an inventory of the energy performance of natural stone constructions in the context of the new regulation “RE2020”.