Aujourd’hui à de nombreuses études sur la thermique du bâtiment pour réduire la consommation d’énergie tout en préservant le confort des usagers sont proposées. Le travail présenté ici met en avant les performances d’une technique d’isolation active par un dispositif de bardage extérieur de ce fait soumis au rayonnement solaire incident. L’étude expérimentale mise en oeuvre a permis de caractériser les échanges thermiques à l’intérieur de la lame d’air verticale (circulante ou non circulante), qui sont la clef de ce type de dispositif, en fonction des différents paramètres retenus comme pertinents. Le terme moteur est bien évidemment l’éclairement solaire. La distance parement extérieur mur support, i.e. l’épaisseur de la lame d’air, conditionne un rapport d’aspect et influe donc sur la vitesse de l’air circulant ou sur le volume tampon en situation non circulante et donc sur les échanges thermiques. Enfin les caractéristiques thermiques du parement extérieur, ici une lame de pin maritime ou un bois aggloméré, impactent assez fortement sur l’évolution temporelle des différentes. Une modélisation globale du comportement de la cheminée solaire que constitue le bardageet quelques simulations numériques ont permis de conforter ces différents résultats expérimentaux. On retiendra qu’en été, la solution optimale est un dispositif de bardage avec peu d’inertie thermique et un écoulement d’air rapide alors qu’en hiver, un dispositif avec inertie et sans écoulement contribue à assurer un bon volant thermique. / Today many studies on thermal building to reduce energy consumption while maintaining user comfort are proposed. The work presented here highlights the performance of an active isolation technique by means of exterior cladding thus subjected to solar radiation.The experimental study has been used to characterize the heat transfers inside the vertical cavity (air circulating or not), which are the key to this type of device, depending on various parameter staken as relevant. The driving factor is of course the solar irradiance. The thickness of the air gap induces an aspect ratio and thus affects the speed of the air flowing or the buffer volume and therefore the heat exchanges. Finally, the thermal characteristics of the cladding here maritime pine or chipboard, impact quite strongly on the temporal evolution of the different temperatures.The cladding and the vertical cavity act as a solar chimney, a global modeling of its behavior and some numerical simulations have strengthened the experimental results. We note that in summer, the optimal solution is a device of cladding with little thermal mass an drapid air flow while in winter, a device with large thermal mass and without flow helps to ensure a good thermal flywheel.

Cette thèse porte sur la modélisation numérique des écoulements ouverts de convection naturelle au sein d'un canal vertical asymétriquement chauffé à flux constant. Elle s'inscrit dans un contexte national de comparaison associant approches numériques (benchmark de la Société Française de Thermique SFT) et expérimentales. La particularité de ce type d'écoulement réside dans le fait que le moteur du mouvement est situé au sein même de l'écoulement, rendant alors difficile la modélisation des interfaces et par conséquent la définition des conditions aux limites à appliquer aux frontières ouvertes du domaine de calcul. Nous proposons ici deux approches numériques de modélisation de ce type d'écoulement. La première approche consiste à inclure à la fois le canal vertical et son environnement extérieur dans le domaine de calcul. Cette approche intègre les interactions canal - environnement extérieur de manière implicite et nous permet d'obtenir une description complète de l'écoulement et ainsi de caractériser les interfaces du canal. Sur la base de ces simulations, des solutions numériques de référence modélisant un écoulement de convection naturelle dans un canal vertical immergé dans un environnement infini sont établies. La deuxième approche consiste à restreindre le domaine de calcul aux limites géométriques du canal. Plusieurs méthodes de résolution et modélisation des interfaces sont alors proposées et comparées avec les solutions de référence précédentes. Une approche originale basée sur des conditions limites de type Robin pour la pression motrice montre ainsi de très bon accords avec les solutions de référence. / This thesis focuses on the numerical modeling of natural convection flows in a vertical channel asymmetrically heated at constant heat flux. It takes place in a national context of comparison of numerical approaches (benchmark of the French Thermic Society SFT) and experimental approaches. The main issues result in the fact that the driving forces lie within the computational domain so inlet and outlet flow cannot be a priori prescribed. Therefore it is difficult to model the interfaces and to prescribe boundary conditions at the open frontiers of the computational domain. We propose two numerical approaches for modeling this type of flow. In the first approach the numerical domain includes the vertical channel and its external surroundings in the computational domain. This approach implicitly integrates interactions between the channel and its external environment. This allows us to obtain a complete description of the flow and thus to characterize the channel interfaces. Based on these simulations, numerical reference solutions which are modeling a natural convection flow in a vertical channel immersed in a infinite environment are established. In the second approach the computational domain is restricted to the geometric limits of the channel. Several methods for the numerical resolution and for modeling of the interfaces are proposed and then compared with the previous reference solutions. An original modeling based on Robin boundary conditions for the driving pressure is described and shows very good agreement with the reference solutions.

Cette thèse présente une étude numérique d’un séchoir solaire indirect à convection naturelle destiné à sécher les produits agricoles (les figues). La première partie analyse un séchoir solaire contenant une chambre de séchage couplée à un absorbeur inversé et une cheminée solaire. Les simulations ont été faites afin de déterminer les champs dynamique et thermique sous l’influence de la variation de la configuration de la cheminée solaire et la taille de l’ouverture d’admission. Les équations de conservations basées sur le modèle de turbulence k-ε standard sont résolues par la méthode des volumes finis à l’aide du code commercial ANSYS-Fluent. La deuxième partie analyse l’effet d’ajouter un stockage thermique sous forme d’un lit en gravier dans la chambre de séchage. Le lit est modélisé comme un milieu poreux. En plus, cette étude propose l’utilisation d’une deuxième entrée d'air dans la chambre de séchage afin d’assurer une distribution thermique plus homogène au niveau des claies et de garantir un séchage plus uniforme. / This thesis presents a numerical study of an indirect natural convection solar dryer for drying agricultural products (Figs). The first part analyzes a solar dryer containing a drying chamber coupled to a reversed absorber and a solar chimney. Simulations were made to determine the dynamic and thermal fields under the influence of the variation of the solar chimney configuration and the size of the inlet opening. The governing equations based on the standard k-ε turbulence model are solved by the finite volume method using the ANSYS-Fluent commercial code. The second part analyzes the effect of adding a thermal storage in the form of a gravel bed in the drying chamber. The bed is modeled as a porous medium. Furthermore, this study proposes the use of a second air inlet in the drying chamber in order to ensure a more homogeneous thermal distribution at the level of the racks and to guarantee a more uniform drying.

Les conditions actuelles de réchauffement de la planète ont mené aux pays du monde à s'engager dans la durabilité et l’efficacité énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. En tant que troisième consommateur d'énergie, le bâtiment représente un élément clé envers l'efficacité énergétique et de la stabilisation de la température globale. Plusieurs solutions existent pour la réalisation de ces objectifs, et les travaux présentés tout au long de cette thèse concernent un composant solaire particulier à la construction externe du bâtiment, appelé cheminée solaire. Cette thèse de doctorat porte sur l'analyse expérimentale et numérique des dispositifs de stockage d'énergie, sous forme de matériaux à changement de phase (PCM), afin d'optimiser les performances de cette technologie solaire. Le but de cette étude est de caractériser l’impact des panneaux Rubitherm RT44 PCM sur une cheminée solaire en laboratoire et in situ afin de permettre une comparaison avec la version classique. De plus, un modèle numérique a été développé et testé dans le but d'obtenir un outil numérique capable de représenter le comportement d'une cheminée solaire. Enfin, une optimisation à deux objectifs du modèle numérique de cheminée solaire intégrée PCM a été réalisée afin de déterminer certains des paramètres optimaux de ce type de technologie afin d’obtenir le flux d’air sortant le plus élevé possible, tout en maintenant une température suffisamment élevée dans la cheminée atteindre la gamme de fusion des PCM. / The current global warming conditions have led nations across the world to commit into energetic sustainability and greenhouse gas emission reduction. Being the third greatest energetic consumer, the building represents a major key towards energy efficiency and global temperature stabilization. Several solutions exist for the accomplishment of these goals, and the works presented throughout this dissertation concerns a particular external building solar-driven component known as solar chimney. This PhD thesis focuses on the experimental and numerical analysis of energy storage devices, in the form of Phase Changing Materials (PCMs), for the optimisation of the performance of this solar technology. The aim of this study is to characterize the impact of Rubitherm RT44 PCM panels on a solar chimney under laboratory and in-situ conditions to carry out a comparison against the classic version. Additionally, a numerical model was developed and tested in the interest of obtaining a numerical tool capable of representing the behaviour of a solar chimney. Finally a bi-objective optimization of the PCM integrated solar chimney numerical model was carried out in order to determine some of the optimal parameters of this type of technology to obtain the highest exiting air flow, all while maintaining a high enough temperature across the chimney to reach the fusion range of the PCMs.

À une époque où les conditions matérielles de l’existence différaient profondément de celles qui sont aujourd’hui les nôtres, quel était l’impact des variations saisonnières de températures sur les individus et sur la société ? Comment les hommes et les femmes du passé enduraient-ils le froid de l’hiver et tentaient-ils de s’en préserver ? Quelle était l’efficience des moyens mis en œuvre pour lutter contre le froid et quelles pouvaient être les températures qui régnaient l’hiver à l’intérieur des habitations ? À la suite des intuitions pionnières de Lucien Febvre ou de Robert Mandrou, ce travail, à la croisée de l’histoire du corps et de celle des sensibilités, tente de de retracer la généalogie de notre rapport sensible au monde. La première partie de la thèse, après avoir évoqué les apports et les limites des différents types de sources dépouillées, est consacrée à étudier la manière dont les fluctuations de températures sont perçues, notées et pensées à des époques où le froid et la chaleur sont davantage des expériences sensibles que des grandeurs physiques mesurables. On y étudie aussi la manière dont les vagues de froid impactent, plus qu’aujourd’hui, la vie quotidienne et posent aux individus et à la société d’insolubles difficultés. En s’interrogeant sur la figure récurrente du “grand hiver”, on en vient à montrer que ces descriptions d’hivers rigoureux révèlent tout autant une réalité climatique objective qu’une extrême vulnérabilité des sociétés anciennes face au froid. La seconde partie centrée autour de la question de la civilisation matérielle tente de retracer les différentes stratégies mises en œuvre pour lutter contre les assauts de l’hiver. On y étudie ainsi la place et le rôle de la cheminée dans l’habitation ainsi que la manière dont elle constitue un trait de civilisation qui conditionne des manières d’habiter et des attitudes corporelles qui n’échappent pas au processus de civilisation. Les médiocres performances calorifiques de la cheminée expliquent le recours nécessaire à des sources de chaleur portatives et la mise en place de multiples stratégies de lutte contre le froid qui varient en fonction des régions et des milieux sociaux. La France préindustrielle apparaît ainsi comme un monde de l’économie permanente et de la chaleur rare où le souci constant de l’économie du combustible explique la cohabitation recherchée avec les bêtes, l’entassement des corps dénoncés par les médecins des Lumières et l’existence de certaines formes de sociabilité. En essayant de reconstituer la cohérence d’un système et d’habitus aujourd’hui disparus, on est naturellement amené, dans une troisième partie, à poser la question de la sensibilité — au sens physiologique mais aussi social du terme — au froid et à la chaleur ainsi que celle de son évolution. Dans un essai d’archéologie du corps, on tente de reconstituer les climats intérieurs des habitations d’autrefois en s’efforçant de déterminer les températures de confort. L’accoutumance à des températures intérieures relativement basses au regard de nos exigences actuelles amène à souligner le caractère socialement et culturellement construit des seuils de tolérance et à interroger le rapport à l’inconfort et à la douleur puisque le froid, s’il est enduré, n’en provoque pas moins souffrances et lésions corporelles. En étudiant les cheminements sinueux de la réflexion technique relative à la question du chauffage qui se développe au cours du XVIIIe siècle, on est aussi amené à s’interroger sur les interactions complexes entre la société, les évolutions scientifiques et technologiques et l’évolution des seuils de tolérance individuels et sociaux au froid et à la chaleur. Le XVIIIe siècle apparaît ainsi comme un siècle charnière où s’exprime pour la première fois ouvertement une demande sociale de chaleur (condamnée par les moralistes et les médecins) qui préfigure notre besoin insatiable de confort..... / At the time when material conditions in our existence deeply differed from those we know nowadays, what was the impact of the change in the seasonal temperatures on the individuals and society? How did the men and women of the past endured winter cold and how did they strive to protect themselves from it? How efficient were the means used to fight the cold and what could the indoor temperatures be in winter? After the first intuitions sensed by Lucien Febvre and Robert Mandrou, this work, at the crossroads of the history of the body and that of sensitivity, tries to trace out the genealogy of our sensitive relation to the world. After mentioning the contributions and the limits found in various types of studied sources, the first part of this dissertation is devoted to the way the change in temperatures were perceived, noted or thought at a time when cold and heat were more perceptible experiences than measurable physical quantities. It also deals with the way the cold spells affected daily life and that more than today troubled both the individuals and society with unsolvable difficulties. Wondering about the recurring figure of the “great winter”, it shows that those descriptions of harsh winters revealed a climatic reality as much as the old societies’ extreme vulnerability to the cold. The second part revolving around the question of the material civilization tries to recount the different strategies used to fight the onslaught of winter weather. Thus it studies the role and importance of fire places in homes as well as the way it brought a feature of civilization which changed both the living conditions and the physical attitudes that were implied in the process of civilization. The poor calorific value of fire places explained the necessary resort to mobile heating sources and the establishment of numerous strategies to fight the cold, which changed according to the regions and the social standing. Thus, Preindustrial France was understood as a world of permanent economy and of scarce heat where the constant question of the combustible material economy could explain the importance of living with cattle, of overcrowded places - denounced by the doctors in the Age of Enlightenment - and the existence of certain forms of social skills. Trying to recreate the coherence of a system and habitus that have disappeared today, a third part naturally raises the question of sensitivity – in the physiological but also social meaning of the term – to cold and heat and its evolutions. In an essay on the archeology of the body, we tried to recreate the conditions inside the dwellings of the past, in an effort to determine the comfort temperature. The compliance with relatively low indoor temperatures regarding our current demands led us to underline that our capacity to acceptance had been culturally and socially built up and to question our relation to discomfort and pain since the cold, even though it was supported, entailed suffering and physical damage. Pondering over the technical reflection to the heating issue that had developed throughout the 18th century, we were led to go over the complexity of the interaction between society, scientific and technologic evolution and the individual and social acceptance to the cold and heat. The 18th century seemed to be the turning point where for the first time a social demand for heat had been overtly expressed (though condemned by both moralists and doctors) which heralded our unquenchable need for comfort. The expression for that social demand did not necessarily mean that it would be universally satisfied. Consequently, the old thermal regime would be lasting beyond this studied period…