Mémoire: Impact de l’inertie thermique sur le confort hygrothermique et la consommation énergétique du bâtiment: Cas de l’habitation de l’époque coloniale à Guelma - Archiguelma

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dimanche 3 avril 2016

Mémoire: Impact de l’inertie thermique sur le confort hygrothermique et la consommation énergétique du bâtiment: Cas de l’habitation de l’époque coloniale à Guelma




Option: architecture bioclimatique

Thème:
Impact de l’inertie thermique sur le confort   hygrothermique   et la consommation énergétique du bâtiment
Cas de l’habitation de l’époque coloniale à Guelma


Présentée par : 
Melle MEDJELEKH DALEL
Soutenue le 06/11/2006 








Résumé:

L’usage largement répandu des vitrages dans les façades de l’architecture moderne entraîne des problèmes de surchauffe, posés avec plus d’acuité même dans les régions tempérées et froides. En hiver c’est plutôt la structure de faible poids qui pose le problème de pertes de chaleur.



Alors l’utilisation excessive des moyens mécaniques de régulation thermique dans les constructions modernes, s’avère utile pour réaliser des microclimats favorables.

Mais avec l’introduction des énergies non naturelles, l’habitat perdit de son influence dans le processus énergétique. La technique consomme de l’énergie et pollue l’air par l’émission du CO2.

Les tentations des concepteurs de créer des ambiances intérieures confortables dans l’optique de l’économie de l’énergie sont matérialisées par l’apparition de nouveaux concepts.
L’architecture climatique, solaire, bioclimatique… Leur pari essentiel est de maîtriser naturellement les conforts d'été et d'hiver, en privilégiant des solutions simples et de bon sens.

Le but des constructions étant de réaliser des ambiances hygrothermiques favorables à l’être de l’occupant, en établissant une relation intelligente qui repose sur la bonne compréhension des échanges thermiques entre le dedans et le dehors.

L'inertie thermique des bâtiments, sujet de notre propos est derrière cette intelligente relation. Elle participe au bon rendement, à la bonne utilisation et au confort de la machine thermique.

A cet effet la présente étude pose le problème de la conception non étudiée de l’enveloppe (l’inertie) des maisons du point de vue dimensionnement (épaisseur) et le choix inadapté des matériaux de construction utilisés, sous nos climats. Ce ci conduit en fait à l’inconfort et par conséquent la consommation irrationnelle de l’énergie (électricité, gaz) à l’intérieur des habitations.

Une investigation menée sur une maison de l’époque coloniale à Guelma afin d’estimer le rôle de l’inertie sur le confort hygrothermique. En plus, une villa contemporaine choisie en comparaison pour évaluer l’impact de l’inertie thermique sur la consommation énergétique des
bâtiments.

Parallèlement une simulation à l’aide d’un logiciel informatique TRNSYS (version
14.1) effectuée pour valider les résultats de l’investigation, et permet de tester divers paramètres qui peuvent aboutir à des meilleures conditions.

Les résultats montrent que l’utilisation d’un matériau local adapté au climat de la région est à l’origine de la réalisation du confort hygrothermique et la consommation réduite de l’énergie.
L’inertie des matériaux doit être associée aux moyens de chauffage (d’appoint) et de refroidissement naturel (ventilation nocturne).




Sommaire:

Liste des figures
Liste des photos
Liste des tableaux
Nomenclature

Introduction et problématique

Introduction générale
1- Hypothèse
2- Objectifs
3- Cas d’étude
4- Méthodologie de recherche
5- Structure de la thèse

Chapitre I : Consommation énergétique

Introduction

I-1- L’énergie : définition et concept
I-2- La consommation mondiale de l’énergie
I-3- La consommation énergétique en Algérie
I-3-1- Consommation du gaz naturel en Algérie
I-3-2- Consommation de l’électricité en Algérie
I-4- La consommation énergétique à Guelma
I-4-1- La consommation du gaz naturel
I-4-2- La consommation de l’électricité
I-5- Le soleil source d’énergie renouvelable
I-6- Pour une architecture consciente de l’énergie


Conclusion

Chapitre II : Climat et confort dans l’habitat

II-1- Climat et analyse climatique

Introduction

II-1-1- Echelles de climat
II-1-2- Analyse des éléments du climat
II-1-2-1* L’étude de soleil
II-1-2*1-a- Les radiations solaires
II-1-2*1-b- Température de l’air
II-1-2*1-c- L’humidité
II-1-2*1-d- L’évaporation
II-1-2*1-e- Les précipitations
II-1-2*1-f- Le vent
II-1-2*1-g- La végétation
II-1-3- Classification du climat dans le monde
II-1-3-1* La classification génétique des climats
II-1-3-2* La classification climatique à partir des indices
II-1-4- Classification du climat en Algérie
II-1-4-1* Climat de Guelma
II-1-4-1*a- Diagramme ombrothermique de Guelma
II-1-4-1*b- Diagramme solaire de Guelma
II-1-4-1*c- Diagramme en thermoisoplèthes de Guelma
II-1-5- Microclimats de la ville
II-1-5-1* Eléments influençant le microclimat
II-1-5-1*a- Relief
II-1-5-1*b- Hydrologie
II-1-5-1*c- L’agriculture
II-1-5-1*d- Potentialités forestières
II-1-5-1*e- Les sources thermales

Conclusion

II-2- Confort et analyse bioclimatique
II-2-1- Confort dans l’habitat
II-2-1-1* Le confort thermique
II-2-1-1*a- Echange de chaleur entre l’homme et son environnement
II-2-1-1*a-1/ La régulation physiologique
II-2-1-1*a-2/ La régulation comportementale
II-2-1-2* Les outils d’évaluation du confort thermique
II-2-1-3* Le confort hygrothermique
II-2-1-4* Analyse bioclimatique de la ville de Guelma
II-2-1-4*a- Application de la méthode de S. Szockolay
II-2-1-4*b- Les tables de Mahoney

Conclusion

Chapitre III : Les principes de l’inertie thermique

Introduction

III-1- Exemples d’application de l’inertie thermique dans la construction
III-1-1- L’architecture troglodytique
III-1-2- L’architecture massive
III-1-3- L’architecture des igloos
III-2- Inertie thermique: concepts et définitions
III-2-1- Masse thermique et inertie thermique
III-3- Rappel des grandeurs physiques fondamentales en thermique
III-3-1- Notion de température
III-3-2 - Définition de chaleur
III-3-2 -1* Chaleur sensible
III-3-2 -2* Chaleur latente
III-3-2 -3* Quantité de chaleur
III-3-2 -4* Flux de chaleur
III-3-3 - Modes de transfert de chaleur
III-3-3 -1* Conduction
III-3-3-2* Convection
III-3-3-3* Rayonnement
III-3-3-4* Evaporation ou conduction
III-4- Transfert de chaleur à travers une paroi opaque
III-5- Types d’inertie
III-6- Les principes de l’inertie thermique
III-7- Les méthodes à quantifier la capacité du stockage thermique
III-7-1- La méthode de l’admittance
III-7-2- La méthode de la capacité de la chaleur diurne
III-8- L'inertie thermique et les mécanismes de transfert de chaleur
III-8-1- Le mécanisme du transfert de chaleur
III-8-2- Le mécanisme de distribution de chaleur
III-8-3- Le mécanisme de stockage de chaleur
III-9- Autres Concepts en rapport avec l'inertie thermique
III-9-1- La constante de temps
III-10- Paramètres affectant la performance de l'inertie thermique
III-10-1- Conditions du climat
III-10-2- Propriétés thermiques des matériaux de construction
III-10-2-1* Choix des matériaux et des isolants pour la construction
III-10-3- Ventilation
III-10-4- L'inertie thermique et l'isolation
III-10-5- Occupation et gains de chaleur internes
III-10-6- Les fenêtres
III-10-7- Emplacement et distribution de l'inertie thermique
III-11- L’inertie et la réglementation thermique en Algérie

Chapitre IV : Efficacité de l’inertie thermique

Introduction

IV-1- Travaux expérimentaux et analytiques caractérisant la performance de l'inertie thermique en été sous différents climats
IV-1-1- Expérience au nord-est saharien « Ghardaia »
IV-1-2- Expérience en France
IV-2- Travaux expérimentaux et analytiques caractérisant la performance de l'inertie thermique en été sous différents climats avec l’effet de la ventilation nocturne
IV-2-1- Expériences en climats chauds et secs
IV-2-1-1* Expérience au Khartoum
IV-2-1-2* Expérience au Jaipur, en Inde
IV-2-1-3* Expérience au sud de Californie
IV-2-2- Expériences en climats chauds et humides
IV-2-2-1* Expérience en Israel
IV-2-2-2* Expérience en Australie
IV-2-2-3* Expérience au sud du Brésil
IV-3- Travaux expérimentaux et analytiques caractérisant la performance de l'inertie thermique en été dans le stockage de la fraîcheur nocturne
IV-3-1- L’expérience de Hollmuller et al
IV-4- Travaux expérimentaux et analytiques caractérisant la performance de l'inertie thermique en hiver
IV-5- Travaux expérimentaux et analytiques caractérisant la performance de l'inertie thermique en hiver dans la consommation énergétique
IV-5-1- Expérience à Stockholm
IV-6- Paramètres généraux affectant la performance thermique du bâtiment en rapport avec l’inertie
IV-6-1- L’orientation et la forme du bâtiment
IV-6-1-1* Rapport de l’orientation et l’inertie thermique du bâtiment
IV-6-2- La couleur
IV-6-2-1* Rapport de la couleur et l’inertie thermique
IV-6-2-2* La couleur du toit
IV-6-2-3* L’albédo
IV-6-3- Le rapport de forme : volume/surface
IV-6-4- Les surfaces vitrées
IV-6-4-1- Systèmes de contrôle solaire
IV-6-4-1*a- L’occultation avec la végétation
IV-7- Les caractéristiques de la masse thermique
IV-7-1- Caractéristiques du mur externe
IV-7-1-1* Le choix des matériaux pour le mur externe
IV-7-2- Caractéristiques des cloisons internes
IV-7-3- La façade double peau
IV-8- L’inertie et l’isolation thermique
IV-8-1- Epaisseur de l’isolation
IV-8-2- L’isolation et l’économie d’énergie
IV-8-3- L’effet des ponts thermiques
IV-8-4- Le choix des matériaux isolants

Conclusion


Chapitre V : Investigation : cas d’étude et méthodologie de travail

Introduction

V-1- Critères de choix de la ville de Guelma
V-2- Critères choix de la maison de l’époque coloniale
V-3- Descriptif de la maison de l’époque coloniale
V-4- Programme et objectifs
V-4-1- Les appareils de mesures utilisés
V-4-2- Techniques de déroulement de mesures
V-4-2-1* Cas du R.D.C : Période estivale
V-4-2-2* Cas de l’étage : Période estivale
V-4-2-3* Cas du R.D.C : Période hivernale
V-4-2-4* Cas de l’étage : Période hivernale
V-4-2-5* Scénarios spécifiques aux pièces testées
V-5- Descriptif de la villa contemporaine
V-6- Rappel des hypothèses
V-7- Evaluation


Chapitre VI : Interprétation des résultats de l’investigation

Introduction

VI-1- Evaluation du rôle de l’inertie sur le confort hygrothermique
VI-1-1- Interprétation des résultats : Période estivale en R.D.C
VI-1-1-1* Etude comparative de la température moyenne intérieure et extérieure
VI-1-1-2* Etude des températures moyennes surfaciques internes et externes
VI-1-1-3* Etude de l’écart de température moyenne intérieure et extérieure
VI-1-1-4* Etude des températures moyennes maximales, minimales intérieures et extérieures VI-1-1-5* Etude de l’humidité moyenne intérieure et extérieure
VI-1-1-6* Evaluation du confort thermique
VI-1-2- Interprétation des résultats : Période estivale en étage
VI-1-2-1* Etude comparative de la température moyenne intérieure et extérieure
VI-1-2-2* Etude de l’humidité moyenne intérieure et extérieure
VI-1-3- Interprétation des résultats : Période hivernale en R.D.C
VI-1-3-1* Etude comparative de la température moyenne intérieure et extérieure
VI-1-3-2* Etude des températures moyennes surfaciques internes et externes
VI-1-3-3* Etude de l’écart de température moyenne intérieure et extérieure
VI-1-3-4* Etude des températures maximales, minimales intérieures et extérieures
VI-1-3-5* Etude de l’humidité moyenne intérieure et extérieure
VI-1-3-6* Evaluation du confort thermique
VI-1-4- Interprétation des résultats : Période hivernale en étage
VI-1-4-1* Etude comparative de la température moyenne intérieure et extérieure
VI-1-4-2* Etude de l’humidité moyenne intérieure et extérieure
VI-2- Evaluation de l’impact de l’inertie sur la consommation énergétique
VI-2-1- Etude comparative de la consommation électrique
VI-2-2- Etude comparative de la consommation du gaz naturel

Conclusion


Chapitre VII : Simulation

Introduction

VII-1- Description du logiciel
VII-1-1- Les entrées « inputs »
VII-1-2- Traitement de données
VII-1-3- Les sorties « outputs »
VII-2- Utilisation du logiciel TRNSYS
VII-3- Avantages du logiciel
VII-4- Inconvénients
VII-5- Les progrès actuels du TRNSYS
VII-6- Déroulement de la simulation
VII-6-1- Période estivale en R.D.C
VII-6-1-1* Comparaison entre les températures intérieures mesurées et celles simulées par TRNSYS
VII-6-1-2* Vérification des températures surfaciques calculées de l’investigation avec celles simulées par TRNSYS
VII-6-1-3* Comparaison entre les humidités relatives mesurées et celles simulées par TRNSYS
VII-6-2- Période estivale à l’étage
VII-6-2-1* Comparaison entre les températures intérieures mesurées et celles simulées par TRNSYS
VII-6-2-2* Comparaison entre les humidités relatives mesurées et celles simulées par TRNSYS 231
VII-6-3- Période hivernale en R.D.C
VII-6-3-1* Comparaison entre les températures mesurées et celles simulées par TRNSYS
VII-6-3-2* Vérification des températures surfaciques calculées de l’investigation avec celles simulées par TRNSYS
VII-6-3-3* Comparaison entre les humidités relatives mesurées et simulées par TRNSYS
VII-6-4- Période hivernale en étage
VII-6-4-1* Comparaison entre les températures mesurées et celles simulées par TRNSYS
VII-6-4-2* Comparaison entre les humidités relatives mesurées et celles simulées par TRNSYS
VII-6-5- Changement des paramètres
VII-6-5-1* Effet du matériau
VII-6-5-2* L’effet de l’épaisseur
VII-6-5-2* a/ L’effet de l’épaisseur de la masse thermique
VII-6-5-2*b/ L’effet de l’épaisseur de la masse thermique et de la lame d’air
VII-6-5-2*c/ L’effet de l’épaisseur de la lame d’air
VII-6-5-3* L’effet de la paroi hétérogène
VII-6-5-4* L’effet de l’isolant
VII-6-5-4*a / L’effet de l’emplacement de l’isolant
VII-6-5-4*b / L’effet de l’épaisseur de l’isolant
VII-6-5-5* L’effet de la couleur

Conclusion

Conclusion générale et recommandations

Recommandations sur l'optimisation de l'inertie thermique en climat chaud, sub humide

1- Choix du matériau
2- Choix de l’épaisseur
3- Choix de la paroi hétérogène
4- Isolation, emplacement et épaisseur
5- La couleur
Axes de recherches futurs

Bibliographie

Annexes
Résumé en français
Résumé en anglais
Résumé en arabe







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