Lors d’une démarche de modélisation énergétique d’un bâtiment, la prise en compte de l’enveloppe solaire reste souvent imprécise. L’objet du travail présenté ici est la description détaillée de solutions de protections solaires, induisant un tirage thermique (bardage, store), dans un objectif de modélisation et de valorisation pour répondre aux besoins d’industriels du secteur ; la caractérisation des performances permet alors d’assister la maitrise d’œuvre en phase conception.La mise en place d’une plateforme expérimentale – mur exposé sud muni d’une protection solaire devant lame d’air – a permis la mesure de températures d’airs et d’éléments solides présents dans le système, de vitesses d’écoulement dans la lame d’air ouverte, et du flux radiatif incident. Deux types de bardage bois, un type de store et un type de métal déployé ont été considérés.Parallèlement, un modèle 1D amélioré de transfert de chaleur dans le système étudié est développé. Trois familles de modèle de convection dans la lame d’air sont identifiées, présentées et intégrées dans le modèle global. La description de l’écoulement dans la lame d’air est retenue à partir d’analyses des résultats expérimentaux.Un modèle simplifié d’intégration de tels systèmes de protections solaires dans des plateformes de simulation thermique de bâtiments est proposé, basé sur la paramétrisation des sollicitations extérieures par le facteur solaire. La méthode de calcul du facteur solaire est présentée. Le caractère intrinsèque facteur solaire et son intérêt sont discutés notamment à partir d’analyse de sensibilités. / During the design process of a building, the energetic modelling of the solar envelop is often imprecise. The purpose of the present work is the detailed description of solar shading devices that induce a chimney effect such as claddings or blinds, which would allow their promotion in order to meet the industrial needs of the sector. An experimental platform – south facing wall with a shading solar device that define an air gap – has been set up and allow the measurement of temperatures, air flows in the ventilated air gap, and the incident solar radiation. Two different wooden claddings, one type of blinds and one type of expanded metal were considered.A 1D model has been developed by considering precisely the heat transfers in the system. Three families of convection model are identified, presented and integrated in the overall model. The description of the airflow in the air gap is chosen from analysis of the experimental results.A simplified model that allows the integration of such solar shading devices in a building simulation platform has been developed; it is based on the parameterization of external solicitations as function of the shading device properties. The calculation method of the solar factor is presented. The intrinsic nature of the solar factor is then discussed using sensibility analysis.

Lors d'une démarche de modélisation énergétique d'un bâtiment, la prise en compte de l'enveloppe solaire reste souvent imprécise. L'objet du travail présenté ici est la description détaillée de solutions de protections solaires, induisant un tirage thermique (bardage, store), dans un objectif de modélisation et de valorisation pour répondre aux besoins d'industriels du secteur ; la caractérisation des performances permet alors d'assister la maitrise d'œuvre en phase conception.La mise en place d'une plateforme expérimentale - mur exposé sud muni d'une protection solaire devant lame d'air - a permis la mesure de températures d'airs et d'éléments solides présents dans le système, de vitesses d'écoulement dans la lame d'air ouverte, et du flux radiatif incident. Deux types de bardage bois, un type de store et un type de métal déployé ont été considérés.Parallèlement, un modèle 1D amélioré de transfert de chaleur dans le système étudié est développé. Trois familles de modèle de convection dans la lame d'air sont identifiées, présentées et intégrées dans le modèle global. La description de l'écoulement dans la lame d'air est retenue à partir d'analyses des résultats expérimentaux.Un modèle simplifié d'intégration de tels systèmes de protections solaires dans des plateformes de simulation thermique de bâtiments est proposé, basé sur la paramétrisation des sollicitations extérieures par le facteur solaire. La méthode de calcul du facteur solaire est présentée. Le caractère intrinsèque facteur solaire et son intérêt sont discutés notamment à partir d'analyse de sensibilités.

Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la caractérisation des transferts de chaleur et de masse dans les parois multicouches des bâtiments à ossature bois. Un code instationnaire permettant de simuler les transferts de chaleur et de masse dans une lame d'air en géométrie bidimensionnelle, qui est un élément de la paroi multicouches, a été développé et validé. Les validations numériques en régimes transitoire et stationnaire ont porté sur la totalité des modes de transfert (conduction, écoulement en convection naturelle et forcée, rayonnement entre surfaces, transfert massique et condensation surfacique). Ensuite, ce code intégrant la présence d'une lame d'air dans la paroi a été couplé au code Transpore développé au LERFOB. Ce dernier traite rigoureusement les transferts dans les matériaux solides hygroscopiques. Pour la validation expérimentale du code complet couplé, une cellule expérimentale a été construite et instrumentée pour étudier le comportement hygrothermique des parois étudiées. Cette cellule, régulée thermiquement et hygroscopiquement en température et en humidité relative, a été mise en place au CRITT BOIS d'Epinal. Des comparaisons entre les résultats expérimentaux et numériques sont également présentées et discutées. De nombreuses campagnes de caractérisation thermique sur divers matériaux (isolants à base de fibres de bois, bois massifs, ...) ont également été menées. L'influence de la température et de l'humidité sur la conductivité thermique et la chaleur spécifique a été largement analysée / This thesis focuses on modeling and characterization of heat and mass transfer in a wooden building envelope. A code which simulates unsteady heat and mass in an air layer in two-dimensional geometry, which is part of the multi-layer wall, was developed and validated. Numerical validations that include all transfer modes were achieved for unsteady and steady states regimes (conduction, convection, surface-to-surface radiation, mass transfer and surface condensation). Then, the code developed for the air layer at the LEMTA was coupled to the code Transpore used at the LERFOB. The latter one deals with the transfer in hygroscopic solid materials. For the experimental validation of the fully coupled code, an experimental cell was constructed and instrumented to study the hygrothermal behavior of the studied walls. This cell which is thermally and hygroscopicly controlled was set up at the CRITT BOIS. Comparisons between the experimental and numerical results are presented and discussed. Besides, several experiments of thermal characterization of various materials (insulators containing wood fibers, solid wood ...) were also conducted. The influence of temperature and moisture on thermal conductivity and specific heat was largely investigated

L’évolution actuelle des exigences en termes de performance énergétique des bâtiments a fait apparaître de nouveaux enjeux et problématiques scientifiques, dont ceux liés à l’humidité. Cette étude s’appuie sur une cellule expérimentale construite sur la technologie des maisons à ossature bois et soumise aux conditions climatiques réelles de Grenoble. L’instrumentation de ce bâtiment et le suivi de l’évolution en température et en humidité dans les différentes couches de l’enveloppe permettent de définir des séquences nécessaires à la validation de modèles numériques. Dans cet objectif, un modèle existant nommé HAM-Tools a été utilisé pour simuler les transferts couplés de chaleur, d’air et d’humidité à l’échelle du bâtiment. La démarche de validation a été décomposée en plusieurs étapes, de manière à cibler des transferts spécifiques et d’en améliorer la modélisation. Ces études localisées concernent les transferts couplés de chaleur et de masse à travers les parois solides, la modélisation des transferts de chaleur à travers une lame d’air ventilée et enfin la modélisation du renouvellement de l’air intérieur en conditions naturelles. Pour estimer la précision globale du modèle, c'est-à-dire à l’échelle du bâtiment, une séquence expérimentale a été simulée en prenant en compte l’ensemble des transferts couplés simultanément. Les performances du modèle sont discutées à partir des mesures locales, c'est-à-dire dans les parois, puis globales. La bonne concordance entre mesures et résultats de simulation permet de conclure sur la validité et la généricité de la démarche mise en œuvre et les hypothèses de simulation. Plus particulièrement, il est apparu que l’outil de modélisation permet de prédire correctement le comportement moyen des parois en humidité et en température. Il est donc envisageable de l’utiliser pour simuler et estimer l’impact des constituants des parois en termes de durabilité, de performances énergétiques et de confort de l’occupant. / As energy saving is so important in buildings nowadays, envelopes performances have to be more efficient and have to deal with more obligations, such as moisture accumulation and mould growth. This study relies on an experimental wooden frame house exposed to the natural conditions of Grenoble, France. It has been widely instrumented so the wall’s temperature and humidity is monitored at different depths. As a consequence, complete dataset are available and can be used to validate numerical model. In this work, an existing numerical model named HAM-Tolls has been used to simulate the heat, air and moisture coupled transfers at the building scale. The method developed here consists in validating the numerical model step by step, with studying specific transfers separately. The first step deals with heat and mass transfers across the walls. Then, the heat transfers across a ventilated air gap and the air change rate under natural conditions have been studied much in detail. The final step of this works consists in simulating simultaneously every transfer at the building scale. This latest simulation’s results were compared both on a local and on a global point of view with the measurements. As they were found to be in good agreement, this allows concluding on the methodology efficiency, the validity of the modelling assumption and gives good hope with extending this methodology to other studies. Specifically, the simulation tool is able to predict correctly the average temperature and humidity content within the walls. Therefore, it should be suitable with estimating the wall components influence on the wall durability, its energy efficiency and its impact on the occupant’s thermal comfort.

L'évolution actuelle des exigences en termes de performance énergétique des bâtiments a fait apparaître de nouveaux enjeux et problématiques scientifiques, dont ceux liés à l'humidité. Cette étude s'appuie sur une cellule expérimentale construite sur la technologie des maisons à ossature bois et soumise aux conditions climatiques réelles de Grenoble. L'instrumentation de ce bâtiment et le suivi de l'évolution en température et en humidité dans les différentes couches de l'enveloppe permettent de définir des séquences nécessaires à la validation de modèles numériques. Dans cet objectif, un modèle existant nommé HAM-Tools a été utilisé pour simuler les transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité à l'échelle du bâtiment. La démarche de validation a été décomposée en plusieurs étapes, de manière à cibler des transferts spécifiques et d'en améliorer la modélisation. Ces études localisées concernent les transferts couplés de chaleur et de masse à travers les parois solides, la modélisation des transferts de chaleur à travers une lame d'air ventilée et enfin la modélisation du renouvellement de l'air intérieur en conditions naturelles. Pour estimer la précision globale du modèle, c'est-à-dire à l'échelle du bâtiment, une séquence expérimentale a été simulée en prenant en compte l'ensemble des transferts couplés simultanément. Les performances du modèle sont discutées à partir des mesures locales, c'est-à-dire dans les parois, puis globales. La bonne concordance entre mesures et résultats de simulation permet de conclure sur la validité et la généricité de la démarche mise en œuvre et les hypothèses de simulation. Plus particulièrement, il est apparu que l'outil de modélisation permet de prédire correctement le comportement moyen des parois en humidité et en température. Il est donc envisageable de l'utiliser pour simuler et estimer l'impact des constituants des parois en termes de durabilité, de performances énergétiques et de confort de l'occupant.