Contribution à l'Etude des Parois Complexes en Physique du Bâtiment : Modélisation, Expérimentation et Validation Expérimentale de Complexes de Toitures incluant des Produits Minces Réfléchissants en climat tropical humide
Résumé
Bio-climatic design of building envelopes is of great importance when dealing with energy savings and thereby constitutes an essential issue. It necessitates the energy performance knowledge of envelope and system components and aims at avoiding the need for heating or cooling devices, highly energy-consuming. In this framework, passive technologies are entirely indicated, as they allow to regulate the thermal behaviour of buildings by using natural means, without supplementary energy contribution. Complex walls are an example, and can be defined as an assembly of materials, separated by one or several air layers. We are interested in these works in a typical complex wall, including a radiant barrier (RB). RB are used in thermal building insulation and consist of a thin sheet or coating of a highly reflective material, usually aluminium, applied to one or both sides of a number of substrates materials. Because of their thermophysical properties and their thickness, these products are not all included in the thermal insulation definition, according to the French norm NF-P-75-101. The main consequence is that their thermal performances are not certified. In addition, their placement in a wall requires the presence of one or several air layers, contiguous to the reflecting faces. The wall thus constituted is a complex wall,in which a coupled energy transfer occurs. In order to improve the knowledge of the thermal behaviour of a such wall, it is necessary to elaborate a convenient mathematical model. Preceding remarks illustrate the French problematic around RB, with two aspects: the first one is related to their field performances and the second to research purposes. To point out elements of answer, a methodology in two parts is proposed. The first is experimental and consists in the determination of the thermal characteristics of a complex roof including a RB, from data obtained using an experimental platform in field conditions ; the second deals with the mathematical modelling of a complex roof with a dedicated prototype of building simulation code. The two parts are combined in an experimental validation step, leading to the evaluation of the predictions of the simulation code with respect to experimental data.
La conception bioclimatique des enveloppes des bâtiments s'intègre dans une démarche de maîtrise de l'énergie et constitue de ce fait un enjeu primordial. Elle nécessite la connaissance des performances énergétiques des composants d'enveloppe et des systèmes associés et doit permettre d'éviter le recours à des dispositifs de chauffage ou de refroidissement, forts consommateurs d'énergie. Dans ce cadre, les technologies passives sont tout à fait indiquées, dans la mesure où elles permettent de réguler les conditions d'ambiance en utilisant des moyens naturels, sans apport énergétique supplémentaire. Les parois complexes en sont un exemple, et se présentent sous la forme d'une juxtaposition de matériaux,séparés par une ou des lames d'air. Nous nous intéressons dans ces travaux à un type particulier de paroi complexe,incluant un produit mince réfléchissant (PMR). Ces derniers sont utilisés en solation thermique des bâtiments et se présentent sous la forme de minces membranes dont les faces sont recouvertes d'aluminium. Compte-tenu de leurs propriétés thermophysiques et de leur épaisseur, ces produits n'entrent pas tous dans la définition des isolants thermiques, selon la norme NF-P-75-101. Le principale conséquence qui en découle est que leurs performances thermiques ne sont pas certifiées par les organismes de référence. En outre, leur mise en oeuvre dans une paroi nécessite la présence d'une ou plusieurs lames d'air, contiguës aux faces réfléchissantes. La paroi ainsi constituée est une paroi complexe, siège de transferts énergétiques couplés. Afin de cerner le comportement thermique d'une telle paroi, il est nécessaire de proposer une modélisation adaptée. Les remarques précédentes illustrent la double problématique des PMR, l'une à caractère réglementaire, l'autre à caractère scientifique. Afin d'apporter des éléments de réponse, une méthodologie en deux volets est proposée. Le premier est expérimental et consiste en la détermination des caractéristiques thermiques de toitures complexes intégrant des PMR, au départ d'une plate-forme expérimentale en environnement naturel ; le second traite de la modélisation d'une toiture complexe au départ d'un prototype de code de calcul dédié, s'apparentant à un code de simulation du comportement énergétique des bâtiments. Les deux volets sont conciliés dans une démarche de validation expérimentale, menant à l'évaluation des prédictions du code de calcul relativement à des données issues d'expérimentations.