Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet "ANR-Villes Durables VegDUD : Rôle du végétal dans le développement urbain durable ; une approche par les enjeux liés à la climatologie, l’hydrologie, la maîtrise de l’énergie et les ambiances" (2010-2013). Elle traite de la modélisation et de l’expérimentation de toitures et de façades végétales, en vue de l’évaluation de leurs impacts hygrothermiques sur les bâtiments et sur les microclimats urbains. Un modèle physique a été développé pour décrire les mécanismes de transferts couplés de chaleur et de masse au sein de la paroi végétale. L’implémentation de ce modèle dans un code de simulation thermique dynamique permet de prédire l’impact de la végétalisation sur la performance énergétique des bâtiments. L’extension de cette démarche à l’échelle d’une rue-canyon permet d’inclure l’interaction microclimatique dans la simulation thermohydrique des bâtiments. Sur le plan expérimental, une maquette reconstituant une scène urbaine est mise en place pour étudier l’impact de différentes typologies de parois végétales dans plusieurs configurations microclimatiques. La confrontation des résultats expérimentaux et ceux issus de la modélisation numérique a été entreprise à l’échelle du système constitué du bâtiment et du microclimat urbain environnant. Pour cela, l’étude du comportement d’un bâtiment et d’une rue végétalisés par rapport au comportement du même bâtiment et d’une rue témoins a permis d’évaluer l’incidence des transferts thermiques, hygrométriques et radiatifs de la végétalisation. Ceci a permis d’entreprendre la validation des outils de prédiction numérique développés. Les résultats de l’étude montrent que les transferts thermiques et hydriques sont fortement couplés et que le comportement thermique des parois végétales est tributaire de l’état hydrique du substrat de culture. Pour l’été comme pour l’hiver, les simulations numériques et les données expérimentales montrent que la végétalisation permet d’améliorer la performance énergétique des bâtiments et de réduire les îlots de chaleur urbains. / This study was conducted in the framework of the National Program "ANR-VegDUD Project : Role of vegetation in sustainable urban development, an approach related to climatology, hydrology, energy management and environments" (2010 -2013). It deals with the experimental and numerical modeling of green roofs and green facades to evaluate their thermohydric effects on buildings and urban microclimates. A physical model describing the thermal and water transfer mechanisms within the vegetated building envelopes has been developed. The model’s program has been implemented in a building simulation program. Using this tool, we are able to predict the impact of green roofs and green facades on building energy performance. This approach is extended to the street canyon in order to assess the microclimatic interaction in building simulation. An experimental mockup modeling an urban scene at reduced scale is designed to study the impact of different types of green roofs and walls. The comparison of the measurements carried out on vegetated buildings and streets with the reference highlights the hygrothermal and radiative impacts of vegetated buildings envelopes. In addition, these experimental data are used to verify and validate the reliability of developed tools. The results show that thermal and water transfers are strongly coupled. Hence, the thermal behavior of green roofs and green walls depend on the water availability within the growing medium. In summer and winter, measurements and numerical simulations show that green envelopes improve the energy efficiency of buildings and reduce the urban heat island.

Ce travail de thèse vise à comprendre et analyser les échanges thermiques qui ont lieu entre un bâtiment et son environnement en présence de parois végétalisées « intensives ». Nous présentons dans ce manuscrit, une démarche numérique et expérimentale sur l’évaluation de l’incidence thermique de ces Murs Végétalisés (MV). Une plateforme constituée de trois prototypes identiques (3 mini-laboratoires thermiques) sous conditions climatiques réelles a été conçue et instrumentée. Dans un premier temps, deux écrans permettant une variation rapide et graduelle des taux de couvertures de 10 à 100% ont été ajoutés devant les prototypes. Ainsi, plusieurs séries de mesures ont été effectuées et des réductions significatives au niveau des températures et des flux de chaleur ont été enregistrées et interprétées. Cette démarche expérimentale avait pour premier objectif de mettre en oeuvre une occultation artificielle et donc maîtrisée. Un premier modèle a été développé sur la base de l’écriture des équations de bilan des échanges thermiques entre la paroi à occultation variable et son environnement climatique. Ce modèle confronté aux résultats fournis par l’expérimentation apermis de valider les approches théoriques au niveau des transferts radiatifs et convectifs. Dans un deuxième temps, le premier modèle qui a été développé dans ce travail a été adapté au cas d’une occultation « réelle » par de la végétation (lierre ou vigne vierge) puis validé expérimentalement. Il a été finalement implémenté dans un code de simulation thermique dynamique de bâtiment (TRNSYS), et ainsi l’incidence thermique des murs végétalisés simples (intensifs) a pu être évaluée à l’échelle réelle d’un bâtiment. Les résultats de simulations pour un climat tempéré montrent que la présence des plantes à feuilles persistantes a un impact négatif sur la demande énergétique hivernale. A l’inverse, en période estivale, les résultats montrent que les murs végétalisés ont un intérêt au niveau de la limitation des surchauffes. Leur présence réduit alors notablement la consommation énergétique nécessaire pour « climatiser » le bâtiment et améliore ainsi le confort thermique intérieur. / This PhD thesis aims to understand and analyse the heat exchanges that occur between a building and its environment in the presence of intensive vegetated walls. In this manuscript, a numerical and experimental approach to evaluate the thermal impact of green walls is presented. A platform composed of three identical prototypes (3 thermal mini-laboratories) under real weather conditions has been designed and instrumented. As a first step, two screens permitting a rapid and gradual variation of coverage rate from 10 to 100% were added to the prototypes. Thus, several series of measurements were performed and significant reductions in temperature and heat flow were recorded and interpreted. The primary objective of this experimental approach was to implement an artificial shading and thus controlled. A first model was developed based on the writing of heat exchanges energy balance equations between the wall with variable coverage rate and its climatic environment. This model confronted to the experimental results allowed the validation of the theoreticalapproaches at the level of radiative and convective heat transfer. Secondly, the first model that was developed in this work has been adapted to the case of a "real" occultation by vegetation (Ivy or Virginia creeper) then validated experimentally.It was finally implemented in a dynamic thermal simulation code (TRNSYS), and thus the thermal impact of green walls were evaluated at the real scale of a building. Simulation results in a temperate climate show that the presence of evergreen plants has a negative impact on winter energy demand. Conversely, in summer, the results show that green walls have an interest in limiting overheating. Their presence significantly reduces energy consumption needed to cool the building and improves the indoor thermal comfort.

Le phénomène de la Précarité Energétique (PE) ne cesse de gagner du terrain, il concerne 20,4% de la population françaises en 2016 contre 18,4% en 2013 (ONPE ; 2016). Ce constat oblige une attention particulière à la question de la performance énergétique des bâtiments.Malheureusement, cette performance est limitée aujourd’hui à la seule question de l’efficacité énergétique, or, il faudra prendre en compte la sobriété énergétique et le comportement des acteurs pour atteindre une vraie performance. Pour ce faire, nous avons mobilisé le parc de la copropriété qui est un parc avec une gouvernance complexe où la prise de décision commune pour voter les travaux est difficile à atteindre. Afin de répondre à ce problème complexe, une démarche délibérative établissant un dialogue entre les acteurs de la copropriété (syndic, conseil syndical, copropriétaires résidents et copropriétaires bailleurs), mais aussi avec les autres parties prenantes portant des connaissances sur la rénovation énergétique des bâtiments (architecte, thermicien, chargés d’opérations ...etc.), permettrait d’une part d’accompagner les copropriétaires à comprendre et à s’approprier les défis de la performance énergétique et d’une autre part de faire une évaluation pour comprendre comment les copropriétaires prennent des décisions sur des choix de performance énergétique dans une situation de précarité énergétique.Le défi de cette démarche est qu’à travers ce dialogue et évaluation, les copropriétés puissent faire des décisions performantes pour les travaux de rénovation même quand plusieurs de ces copropriétaires sont en situation de PE. / The phenomenon of fuel poverty continues to grow, it is affecting 20.4% of the French population in 2016 against 18.4% in 2013 (ONPE, 2016). This situation requires special attention to the issue of energy performance in buildings energy.Unfortunately, this performance, nowadays is only limited to the question of energy efficiency, it will be necessary to consider the energy saving and the behavior of the actors to achieve true performance. In order to do this, we have mobilized the park of the condominium housing which is a park with complex governance where common decision-making votes for needed tasks is difficult to achieve. To address this complex problem, a deliberative approach establishing a dialogue between co-owners (the managing office, union council, resident co-owners and lessor co-owners) but also with other stakeholders with knowledge on buildings energy renovation (Architect, heat engineer, operation manager…etc.), would enable the co-owners to understand and appropriate the challenges of energy performance and to make an assessment to understand how the co-owners take decisions on energy performance choices in a situation of fuel poverty.The challenge of this approach is that through this dialogue and evaluation, the condominiums housing can make efficient decisions for renovations even when several of its co-owners are in a fuel poverty situation.