L’intérêt croissant pour les matériaux biosourcés dans le domaine de la construction se heurte à des difficultés quant à la simulation de leur comportement hygrothermique. En particulier, les matériaux isolants tels que les panneaux de fibres concentrent toutes les difficultés car ils sont peu conducteurs thermiquement, très hygroscopiques et très diffusifs à la vapeur d’eau. Conséquemment, en régime transitoire le couplage chaleur masse est exacerbé et les phases de l’eau ne sont pas à l’équilibre localement.Afin de mettre en évidence ce second phénomène, un nouveau dispositif expérimental a été développé. Il permet de soumettre un échantillon de quelques centimètres d’épaisseur à une perturbation de l’humidité relative sur sa face avant puis de mesurer simultanément l’évolution de l’humidité relative sur sa face arrière et de sa masse. En situation de non-équilibre, il existe un déphasage entre ces deux grandeurs que la formulation de transferts couplés classique n’arrive pas à prédire. Afin d’obtenir une prédiction correcte, une nouvelle formulation a été utilisée. Celle-ci se base sur l’emploi de fonctions mémoires caractérisant la diffusion microscopique. De manière à démontrer la capacité prédictive de la nouvelle formulation, ces fonctions ont été déterminées avec des essais gravimétriques réalisés sur de très petits échantillons à l’aide d’une balance à suspension magnétique. En parallèle, une analyse rigoureuse du couplage chaleur masse dans ces matériaux a permis de souligner l’impact sur leur caractérisation de différents paramètres macroscopiques.L’utilisation de la nouvelle formulation alimentée par les fonctions mémoires et les différents paramètres macroscopiques permet une excellente prédiction de l’humidité relative et de la masse. Cette nouvelle formulation validée expérimentalement est désormais utilisable dans des logiciels de simulation énergétique du bâtiment. / The growing interest in biosourced materials in the construction sector is confronted with difficulties in simulating their hygrothermal behavior. Insulating materials such as fiberboard concentrate all the difficulties because they are not very thermally conductive, very hygroscopic and very diffusive to water vapor. Consequently, in transient state, heat and mass coupling is exacerbated, and the phases of water are not in equilibrium locally.In order to highlight this second phenomenon, a new experimental device has been developed. It allows to subject a sample a few centimeters thick to a disturbance of relative humidity on its front face and then to simultaneously measure the evolution of relative humidity on its back face and its mass. In a situation of non-equilibrium, there is a phase shift between these two quantities that the classic coupled transfer formulation cannot predict. In order to obtain a correct prediction, a new formulation was used. It is based on the use of memory functions characterizing microscopic diffusion. In order to demonstrate the predictive capacity of the new formulation, these functions have been determined with gravimetric tests performed on very small samples using a magnetic suspension balance. In parallel, a rigorous analysis of the heat and mass coupling in these materials made it possible to highlight the impact of different macroscopic parameters on their characterization.The use of the new formulation fed by the identified memory functions and the various macroscopic parameters allows an excellent prediction of relative humidity and mass. This new formulation, experimentally validated, can now be used in energy simulation of the building.

Le secteur du bâtiment, responsable de plus de 40% de consommation d’énergie globale et un tiers des émissions de gaz à effet de serre mondial, est un des centres de préoccupations autour des sujets liés au changement climatique et l’indépendance énergétique. Le travail de recherche a exigé l’apport de connaissances supplémentaires et la création d’outils spécifiques orientés sur l’optimisation globale du management énergétique des bâtiments de type tertiaire. Une problématique industrielle est associée à ces enjeux de transitions énergétique et écologique, à savoir le frein observé à la mise en place de plans d’actions de rénovation. En effet, pour des opérations d’optimisation ou de rénovation de petites-moyennes envergures, les coûts initiaux d’études et de métrologie représentent plus de 50% de leur coût global. Cette mise de fonds induit un retour sur investissement très long. Face à ce paramètre financier prohibitif, beaucoup d’entreprises sont réticentes à mettre en place ce type d’action. L’objectif opérationnel a donc été de proposer une solution permettant de réduire drastiquement ces coûts préliminaires.Les aspects abordés dans la thèse sont : l’état de l’art du fonctionnement du bâtiment et des enjeux associés, la création d’un outil de collecte et de remontée des données de fonctionnement et de performance du bâtiment grâce à un réseau de mesure in-situ dédié, concomitant à l’élaboration d’un modèle thermique simplifié adjoint facilitant la compréhension de son comportement, puis l’identification de ses paramètres "observables" de conception et de fonctionnement par méthode inverse, et enfin le calcul de sa consommation énergétique optimale grâce à une méthode d’optimisation. Plus spécifiquement, l’approche sera orientée vers le développement d’outils pour promouvoir un accès facilité à la réduction des consommations unitaires auprès des entreprises au niveau national et l’intégration d’une intelligence pour l’optimisation énergétique des éléments climatiques du bâtiment ou son usage, ou encore une interface ergonomique homme-machine permettant un management efficace de son fonctionnement. Dans les faits, le problème observé est holistique et ne peut pas être pris en compte de manière sectorielle. Il est impératif d’y intégrer tous les processus impliqués dans le bâtiment et son usage (aspect comportemental des usagers). L’approche utilisée a été orientée afin de prendre en compte ultérieurement des paramètres autres que strictement énergétique, tel que les coûts ou le confort / The building field is responsible of about 40% of global energy consumption and a third of world greenhouse gas emissions. It is a main concern subject in climate change issues and fossil fuel independency. The aim of the PhD work is to bring more knowledge about thermal modeling and to create specific tools which are capable of globally optimize the office building energy management. The industrial purpose is associated with its area of expertise, which is advice in energy and ecologic transition. It concerns the difficulty to implement a retrofit action planning. Indeed, for small or middle retrofit actions, the initial study and metrology costs represent over 50% of the overall cost. This down payment induces a long return of investment. Faced with this prohibitive financial parameter, a lot of companies are reluctant to implement this type of actions. The proposed purpose is a solution that drastically reduces preliminary costs. The aspects addressed in this thesis are: the building operation state of art and its associated issues, the creation of reporting and collecting data tool of building operation and performance thanks to a dedicated in-situ measurement network, concomitant with the development of a simplified adjoin thermal model. It facilitates the understanding of its behavior. Then the final aspect are the two steps of optimization. The first is the observable building design and operation parameters with an inverse method, the second is the calculation of optimal energy consumptions. The approach is specifically oriented through the development of tools allowing a facilitated access to energy reduction action for national companies. This should assist the integration of an intelligence for energy optimization for building climatics and thermal equipments or usage. The result could be a new ergonomic man-machine interface for stock building effective management. In the facts, the problem is holistic and cannot be handle sectorally. It is imperative to integrate all the process involved in the building and its use (user behavior). The approach have been oriented to take later into account other parameters than strictly energy, as costs of comfort