L'application de la ventilation naturelle peut contribuer sensiblement à la réduction des besoins de climatisation et à l'amélioration du confort d'été dans les immeubles de bureaux. Dans cette thèse, une configuration simple de ventilation naturelle, c'est-à-dire la ventilation mono-façade, est étudiée expérimentalement et par simulation. Après avoir examiné les phénomènes qui contribuent au renouvellement de l'air, on évalue la validité et l'applicabilité des modèles existants afin de calculer le débit de ventilation, en comparant leurs résultats avec ceux d'une campagne de mesures effectuée dans une pièce expérimentale. Ensuite, on valide l'utilisation de la CFD, avec trois modèles différents de turbulence, pour la simulation de la ventilation naturelle mono-façade, par comparaison avec les essais. Les résultats d'un des modèles de turbulence (RANS RSM) sont utilisés pour l'établissement d'une nouvelle corrélation pour le calcul du débit de ventilation. Celle-ci apporte des améliorations par rapport aux corrélations existantes, en particulier lorsque l'ouverture est située sous le vent. Cette nouvelle corrélation est couplée à un modèle thermique dynamique afin d'évaluer le potentiel de rafraîchissement de la ventilation naturelle mono-façade dans des immeubles de bureaux neufs. En particulier, on étudie la réduction des besoins de climatisation dans des immeubles climatisés et le nombre d'heures d'inconfort en l'absence de climatisation. L'influence de plusieurs paramètres est considérée : climat, orientation, inertie, taux de surface vitrée, apports internes et stratégie de ventilation (diurne, nocturne et diurne + nocturne). Les simulations montrent des réductions importantes des besoins de refroidissement, entre 30 et 90%. Il est possible de se passer de climatisation, sans générer d'inconfort, à condition de privilégier une inertie lourde et de maitriser les apports internes et solaires.

Face à la nécessité de réduire les consommations énergétiques ainsi que les émissions de CO2 dans le secteur du bâtiment, nous voyons se succéder des réglementations thermiques de plus en plus strictes. Ainsi, en 2020, tous les bâtiments neufs devront être à énergie positive. Le recours à des stratégies passives, exploitant les ressources de l'environnement, est un point clé pour atteindre cet objectif.En climat méditerranéen, caractérisé des étés chauds et secs, la ventilation naturelle peut apporter un confort thermique acceptable si celle-ci est utilisée intelligemment. Son efficacité est cependant très dépendante des conditions météorologiques locales et peut varier grandement d'un site à l'autre. Malgré la simplicité de ce type de système, sa gestion peut également s'avérer complexe si l'utilisateur ne dispose pas d'informations suffisantes et n'est pas présent en permanence dans le bâtiment. Cela met en avant l'intérêt de disposer d'outils adaptés à son étude, ainsi que de proposer un pilotage simple et optimisé du bâtiment, basé sur le confort de l'occupant.Afin d'évaluer le potentiel de la ventilation naturelle sans avoir recours à une lourde campagne expérimentale ou à une phase de modélisation complexe, nous proposons tout d'abord des indicateurs climatiques permettant d'obtenir une première vue du site étudié.À partir d'une approche expérimentale et numérique en conditions réelles, nous nous intéressons ensuite à la problématique de la mesure dans les bâtiments ventilés naturellement et notamment à celle du débit d'air. L'instrumentation d'un bâtiment résidentiel de l'IESC, situé sur le site de l'Université de Corse et du CNRS, permet le développement et le test de différents modèles simplifiés et adaptés au cas d'étude. La partie aéraulique est traitée à l'aide d'outils statistiques tandis la partie thermique repose sur une modélisation par analogie électrique. Un cas d'application du modèle thermo-aéraulique ainsi développé est finalement proposé pour illustrer ses possibilités d'utilisation sur différents modes de gestion de la ventilation naturelle. / The need to reduce energy consumption and CO2 emissions in buildings leads to more and more stringent thermal regulations succeeding one another. In 2020, all new buildings should be positive energy buildings producing more energy than they use. Passive strategies, exploiting the resources of the environment, are a key point to meet this objective.In Mediterranean climate, characterized by hot and dry summers, natural ventilation can provide thermal comfort when used wisely. However, its efficiency is highly dependent on local weather conditions and can vary greatly from one site to another. Despite the simplicity of this type of system, its operation can be complex if the user does not have sufficient information and is not always present in the building. This shows the interest of developing appropriate tools for its study and implementing a simple and optimized control on the building, based on occupant comfort.To assess the potential of natural ventilation without the need of complex experimental measurement or modelling, we propose first of all several climate indicators which can give a first view of a site.Then, based on full-scale experimentations and numerical studies, we focus on the problem of measurement in naturally ventilated buildings with particular attention to the airflow rate. The instrumentation of a residential building at IESC (University of Corsica and CNRS) allows to develop and to test simplified models adapted to the case study. The airflow rate is obtained by statistical tools and the thermal model is based on an electrical analogy. Finally, an application of the coupled thermal and airflow model is proposed to highlight its possibilities on different natural ventilation control modes.

Depuis quelques années, d'importants efforts ont été réalisés sur l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments qui représentent le premier poste de consommation énergétique en France. Les exigences de la nouvelle réglementation thermique 2012 illustrent bien ces évolutions avec une consommation conventionnelle d'énergie primaire comprenant l'ensemble des postes (chauffage, climatisation, éclairage, ventilation, eau chaude sanitaire), déduction faite de l'électricité produite sur place, qui devra être inférieure à 50 kWh.m2.an-1 d'énergie primaire. La réponse à cette nouvelle exigence se fera par l'adoption de technologies constructives conduisant à une consommation pour le chauffage équivalente aux constructions dites " passives " (environ 15 kWh.m2.an-1) et dont le recours à la climatisation est limité voir inexistant. Il s'agit pour cela de limiter toutes les contributions à l'échauffement du bâtiment et éventuellement de lui adjoindre un système de rafraichissement à coefficient de performance élevé. Après avoir montré par l'exemple qu'un bâtiment à ossature à faible inertie en métropole, par sa capacité de stockage thermique limitée, est prédisposé à des problèmes de surchauffe, nous avons construit cette thèse autour de deux axes d'amélioration, dédiés aux constructions à ossature, que sont : - La limitation des charges solaires transmises au travers de l'enveloppe en faisant appel à une spécificité des constructions à ossature qu'est la présence d'un espace naturellement ventilé en sous-face du parement extérieur que nous utiliserons afin d'extraire une partie des charges solaires incidentes; - Le couplage de ces bâtiments " légers " à un échangeur air/masse qui contient l'inertie nécessaire au maintien des conditions de confort estivales lorsque la réduction de température nocturne le permet. Basée sur une approche numérique et expérimentale en vrai grandeur et en conditions réelles, nous proposons d'aborder tour à tour chacune de ces stratégies d'amélioration du confort qui trouvent leurs applications aussi bien en climat chaud et sec qu'en climat tropical.

Depuis quelques années, d'importants efforts ont été réalisés sur l'amélioration de la performance énergétique des bâtiments qui représentent le premier poste de consommation énergétique en France. Les exigences de la nouvelle réglementation thermique 2012 illustrent bien ces évolutions avec une consommation conventionnelle d'énergie primaire comprenant l'ensemble des postes (chauffage, climatisation, éclairage, ventilation, eau chaude sanitaire), déduction faite de l'électricité produite sur place, qui devra être inférieure à 50 kWh.m2.an-1 d'énergie primaire. La réponse à cette nouvelle exigence se fera par l'adoption de technologies constructives conduisant à une consommation pour le chauffage équivalente aux constructions dites « passives » (environ 15 kWh.m2.an-1) et dont le recours à la climatisation est limité voir inexistant. Il s'agit pour cela de limiter toutes les contributions à l'échauffement du bâtiment et éventuellement de lui adjoindre un système de rafraichissement à coefficient de performance élevé. Après avoir montré par l'exemple qu'un bâtiment à ossature à faible inertie en métropole, par sa capacité de stockage thermique limitée, est prédisposé à des problèmes de surchauffe, nous avons construit cette thèse autour de deux axes d'amélioration, dédiés aux constructions à ossature, que sont : - La limitation des charges solaires transmises au travers de l'enveloppe en faisant appel à une spécificité des constructions à ossature qu'est la présence d'un espace naturellement ventilé en sous-face du parement extérieur que nous utiliserons afin d'extraire une partie des charges solaires incidentes; - Le couplage de ces bâtiments « légers » à un échangeur air/masse qui contient l'inertie nécessaire au maintien des conditions de confort estivales lorsque la réduction de température nocturne le permet. Basée sur une approche numérique et expérimentale en vrai grandeur et en conditions réelles, nous proposons d'aborder tour à tour chacune de ces stratégies d'amélioration du confort qui trouvent leurs applications aussi bien en climat chaud et sec qu'en climat tropical. / Building sector is the most important energy consumer in France, and one of the field where there is the highest potential for improvement. In recent years, building energy consumption has been the subject of continuously up-dated regulations aimed at reducing its impact. As an example, the latest national thermal regulation (RT 2012) makes it compulsory to respect the limits previously introduced by RT 2005 as a voluntary label, corresponding to the definition of guil{Low energy consumption buildings} (BBC); in order to get such a label, a building should have a primary energy consumption lower than 50 kWh.m2.an-1, calculated by making a balance between consumptions (heating, cooling, domestic hot water, lighting, ventilation) and local electricity production. In order to respond to this new requirement, appropriate architectural and technological solutions have to be used. As a results, heating needs should be limited to approximately 15 kWh.m2.an-1 - by improving the building insulation or by adopting passive solar techniques - and summer thermal comfort should be achieved with a minimum primary energy waste. Therefore, internal heat gains and external solar transmission must be limited and, if necessary, low energy cooling systems could be used. In the present work, we firstly studied the case of a low thermal inertia building. The simulation results show that this construction typology is subject to uncomfortable temperature swing. Afterwards, two propositions leading to the improvement of summer thermal comfort were developed. The first, dedicated to warm and humid climates, consists in limiting solar transmission through the wall by using a gap, generally integrated in a timber frame structure, to eliminate part of the absorbed heat by means of natural ventilation. Then, the increase of the building thermal inertia through the association of an air/mass storage system was assessed, which is especially suitable in warm and dry climates. Both propositions were based both on numerical studies and on experimentation performed on a full-scale test rig installed at CSTB (Scientific and Technical Centre for Building research).