Études des écoulements de convection forcée et mixte dans un composant pariétodynamique avec source de chaleur intégrée : contribution à lacaractérisation thermique d'éléments actifs de façade de bâtiments.

'Studies of forced and mixed convection flows in a componentpariétodynamique with integrated heat source: contribution to thethermal characterization of active facade elements of buildings.

• Auteur / Autrice : Salem Zeiny
• Direction : Stéphane Lassue, Yassine Cherif
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur Génie Civil
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 01/12/2023
• 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-Artois
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Fohanno
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Lassue, Stéphanie Giroux-julien, Yassine Cherif, Rémy Greffet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Fohanno, Stéphanie Giroux-julien

Mots clés

Mots clés libres

Mécanique des fluides

Energie solaire

Efficacité énergétique

Thermique du bâtiment

Thermal building

Fluid mechanics

Energetic efficiency

Solar energy

Résumé

En matière d’efficacité énergétique des bâtiments, les objectifs européens et nationaux sont très ambitieux, tant au niveau de la construction neuve que de la réhabilitation. Les démarches utiles d’augmentation des épaisseurs d’isolant dans les parois sont maintenant dépassées si l’on veut atteindre les niveaux de performances fixés par les réglementations futures (RT2020, Label BEPOS, nZEB, etc...). Pour aller plus loin, plusieurs pistes sont étudiées. Entre autres, émergent actuellement de nombreuses propositions de parois d’enveloppe, actives ou adaptatives et multifonctionnelles. Leurs propriétés varient en fonction des conditions climatiques et/ou des besoins du bâtiment afin d’assurer le confort de ses occupants. Du point de vue de l’efficacité énergétique, il est envisageable de mettre en œuvre des parois à coefficient transmission thermique surfacique U variable, opaques ou ajustant la transmission lumineuse en fonction des besoins et qui sont également le siège d’écoulements d’air permettant le préchauffage de l’air neuf de ventilation, voire même capables d’assurer le chauffage de bâtiments très bien isolés. Dans ce contexte, il est nécessaire de proposer de nouvelles méthodes de caractérisation de ces parois au regard des méthodes statiques existantes, pour mieux prendre en compte leur contribution au bilan énergétique des constructions et il est d’autre part envisageable d’en faire des objets connectés, pilotables aux propriétés ajustables en fonction des conditions thermiques. Dans cette thèse, un composant pariétodynamique à propriétés variables et équipé d'une source de chaleur interne est étudié expérimentalement en laboratoire (mesures thermiques), puis en façade d'un bâtiment de l'université. Une modélisation numérique détaillée est établie, afin d’étudier les phénomènes complexes de transferts thermiques et de circulation d'air dans ce système comportant deux lames d'air connectées entre elles. Cette modélisation est réalisée à l'aide de la MFN, permettant ainsi de calculer les coefficients d'échanges convectifs pour chaque position dans ces lames d'air. Cette étude vise également à déterminer les indicateurs de performance de la fenêtre pariétodynamique chauffante, en testant l'influence de différents paramètres, comme le débit d'air et la puissance injectée. Un second modèle numérique en 3D est mis en place, il représente le dispositif in-situ et sert à étudier les échanges thermiques au niveau des vitres de la fenêtre en période nocturne et hivernale.

When it comes to energy efficiency in buildings, European and national targets are highly ambitious for both new-build and refurbishment projects. The useful approach of increasing insulation thickness in walls is now outdated if we are to achieve the performance levels set by future regulations (RT2020, BEPOS label, nZEB, etc.). To go further, several avenues are being explored. For example, a number of proposals for active, adaptive and multifunctional envelope walls are currently emerging. Their properties vary according to climatic conditions and/or the needs of the building, to ensure the comfort of its occupants. From the point of view of energy efficiency, it is conceivable to implement walls with variable U-value thermal transmittance, opaque or adjusting light transmittance according to needs, and which are also the base of air flows enabling the preheating of new fresh air, or even capable of providing heating for very well-insulated buildings. In this context, it is necessary to propose new methods for characterizing these walls in relation to existing static methods, in order to better take into account their contribution to the energy balance of buildings. It is also conceivable to turn them into connected, controllable objects with properties that can be adjusted according to thermal conditions. In this thesis, a parietodynamic component with variable properties and an internal heat source is studied experimentally in the laboratory (thermal measurements), then on the facade of a university building. A detailed numerical model is implemented to study the complex phenomena of heat transfer and air circulation in this system consisting of two connected air gaps. This modeling is carried out using CFD, allowing the calculation of convective heat transfer coefficients for each position within these air gaps. This study also aims to determine the performance indicators of the heated supply-air window by testing the influence of different parameters such as air flow rate and injected power. A second 3D numerical model is established, representing the insitu device and serving to study thermal exchanges at the window glass level during nighttime and winter periods.