Les matériaux hygroscopiques, et tout particulièrement le bois et ses dérivés possèdent des propriétés complexes rendant difficile la modélisation des transferts couplés de chaleur et de masse dans les parois incluant ces matériaux. De ce fait, très peu d'outils numériques sont aujourd'hui capables de prédire correctement la performance hygrothermique de l'habitat bois. L'objectif de ce travail est de caractériser expérimentalement les transferts chaleur-masse dans les parois des constructions bois afin de valider un outil numérique destiné à simuler le comportement hygrothermique des parois comportant des matériaux hygroscopiques. Dans un premier temps, les notions théoriques et les études antérieures sur les transferts couplés chaleur - masse sont présentés. Ensuite, nous donnons un descriptif détaillé du dispositif expérimental conçu pour caractériser les transferts couplés chaleur-masse dans les parois. Les expériences de caractérisation des performances hygrothermiques des parois fournies par les industriels partenaires du projet TRANSBATIBOIS dans lequel s'inscrit cette thèse sont également abordées. Nous détaillons par la suite les expériences réalisées ainsi que la phase de confrontation des résultats expérimentaux avec les résultats prédits par le code numérique BuildingPore et l'outil commercial WUFI. La troisième partie de ce travail est consacrée aux expérimentations à l'échelle de l'enveloppe. Nous y présentons une analyse de la performance hygrothermique et des consommations énergétiques des constructions bois à travers le suivi de modules-test exposés au climat extérieur. La dernière partie du travail est consacrée aux dispositifs de suivi de bâtiments. / Coupled heat and moisture transfer through hygroscopic materials, particularly wood and wood-based products are difficult to model. This is partly due to some specific and complex properties of these materials that are often not included in numerical models. Currently, only a few numerical models are able to predict accurately the hygrothermal performance of wooden building envelope. The aim of this work is to assess the heat and moisture transfer in wooden building envelope through experiments and validate the prediction capacity of a numerical model developed to simulate hygrothermal behavior of envelope including wooden materials. After giving a theoretical reminder of the coupled heat and moisture transfer through building envelope and reporting the results of previous studies in this field, we will give details of the experimental investigation on heat and moisture transfer through timber walls. Firstly, the experimental apparatus used for the wall tests is presented. Then, we will analysis the hygrothermal performance of wooden walls provided by the partners of the TRANSBATIBOIS project in which this work was achieved. Experimental works achieved for Buildingpore model validation and results of the comparisons between experimental assessment and numerical predictions with Buildingpore and WUFI are also reported. The third part of this study deals with the experimental assessment of wooden building envelopes exposed to climatic conditions. An analysis of the hygrothermal performance and the energy consumption of wooden test-cells is performed and reported in this part. The latest part concerns experimental works on buildings.

L’objectif général de la thèse est de progresser dans la compréhension du comportement multi-physique des bâtiments en bois et d’améliorer l’évaluation de leur performance énergétique associée au confort hygrothermique. Les professionnels du secteur, ainsi que des études scientifiques, montrent des écarts entre les calculs et les mesures de performance (consommations, confort) de ces bâtiments. Les raisons de ces écarts ne sont pas encore bien élucidées : l’impact de l’humidité et de la chaleur latente dans ces constructions sont souvent mis en avant comme explication probable, bien que cela reste encore du domaine de la recherche. Les travaux les plus récents montrent que les fondements se situent probablement au niveau du comportement hygrothermique des matériaux à la base de bois en régime instationnaire. Ce travail de thèse se focalisera principalement sur deux échelles d’études : échelle matériau et échelle bâtiment. L’un des axes de travail de la thèse portera sur la caractérisation expérimentale des propriétés hygroscopiques de matériaux à base de bois et sur leur modélisation. Le second axe de travail portera sur l’intégration à l’échelle bâtiment de ces matériaux : en modélisation, intégrer l’impact des propriétés spécifiques de ces matériaux dans les assemblages constituants les parois, puis dans les bilans complexes à l’échelle du bâtiment. Une étude expérimentale portera sur une pièce de vie avec une forte présence de bois dans l’enveloppe du bâtiment pour caractériser le confort hygrothermique, et quantifier l’apport de l’inertie hygrique de l’enveloppe sur la performance de l’ambiance en termes de confort. Le cas échéant, des mesures seront également réalisées à l’échelle « paroi » d’une part, sur des constructions réelles d’autre part / The general aim of the thesis is to advance the understanding of multi-physical behavior of wooden buildings and improving the assessment of their energy performance with comfort hygrothermal. Sector professionals and scientific studies show the differences between the calculations and performance measures (consumption, comfort) of these buildings. The reasons for these differences are not yet well understood: the impact of moisture and latent heat in these constructions are often put forward as a likely explanation, although this is still research. The most recent studies show that the foundations are likely to fall at the hygrothermal behavior of materials at the base of wooden unsteady. This work will focus primarily on two studies scales: scale and scale building material. One of the lines of work of the thesis will focus on the experimental characterization of hygroscopic properties of wood-based materials and their modeling. The second strand of work will focus on building wide integration of these materials in modeling, integrating the impact of specific properties of these materials in the walls constituent assemblies and in complex balance sheets at the building scale . An experimental study will focus on a living room with a large presence of wood in the building envelope to characterize the hygrothermal comfort, and quantify the contribution of Hygric inertia of the envelope on performance in terms of the atmosphere comfort. If necessary, measures will also be drawn to scale "wall" on one hand, on real structures on the other

Le caractère fortement hydrophile des isolants thermiques bio-sourcés, a montré que les modèles classiques de transfert thermique ne sont pas suffisamment adaptés pour leur caractérisation thermique. Ce travail de thèse vise à répondre à cette problématique par des approches expérimentale et théorique des transferts couplés chaleur-humidité. Dans l’approche expérimentale, un isolant thermique en feutre de fibres de lin (FFL) a été développé puis caractérisé, dans différents états hygrométriques, au moyen d’un dispositif Plan Chaud asymétrique. Des isothermes d’adsorption de l’humidité corrélés aux modèles théoriques GAB, GDW et Park permettent une caractérisation hydrique de cet isolant. Dans l’approche théorique, un modèle physique, de transfert couplé chaleur-humidité au sein de l’isolant FFL humide, est proposé. Il est résolu numériquement, en configuration 3D transitoire, par la méthode de éléments finis sous COMSOL Multiphysics et par la méthode des différences finies, en configuration 1D transitoire, sous MATLAB. La méthode de Levenberg-Marquardt couplée avec le modèle direct 1D transitoire et les températures mesurées a permis d’estimer la conductivité thermique apparente de l'échantillon étudié avec une erreur relative inférieure à 6% par rapport aux mesures expérimentales, validant ainsi les modèles théoriques. / The conventional heat transfer models are not sufficiently suitable for thermal characterization of bio-sourced thermal insulating materials due to their strongly hydrophilic nature. The proposed work in this PhD thesis aims to answer this problem with experimental and theoretical approaches of coupled heat-moisture transfers. In the experimental approach, a thermal insulating material based on Flax Fiber Felt (FFF) is developed and then characterized at different hygrometric conditions with an asymmetric hot plate device. The humidity diffusion characterization of the samples is done using the GAB, GDW and Park theoretical moisture adsorption isotherm models. In the theoretical approach, a physical model of heat and mass transfer is proposed. It is solved numerically, in transient 3D configuration, by the finite element method under COMSOL Multiphysics and, in transient 1D configuration, by the finite difference method under MATLAB. The Levenberg-Marquardt method coupled with the 1D transient direct model and the measured temperatures made it possible to estimate the apparent thermal conductivity of the studied sample with a relative error of less than 6% compared to the experimental measurements, thus validating the theoretical models.