Thermal analysis of Lille's old houses and assessment of different configurations of thermal insulation of their walls

Le secteur des logements présente un potentiel non négligeable d'économies d'énergie surtout au niveau du chauffage qui constitue une part importante des factures énergétiques en France. Notre travail s'inscrit dans l'optique de réduction des consommations énergétiques des logements en étudiant le transfert thermique dans les parois opaques du bâti ancien et en étudiant différentes configurations et différents types d'isolants thermiques. Après une analyse du contexte et des enjeux de la problématique énergétique des bâtiments anciens, nous avons abordé une analyse typologique des maisons anciennes lilloises en identifiant les quatre familles principales de typologies : la maison de courée, la maison ouvrière, la maison de ville et la maison bourgeoise ; en identifiant ainsi leurs ressemblances et leur variantes. Ensuite, nous avons étudié en détails le transfert thermique dans un mur en brique caractéristique de la région Nord-Pas-de-Calais; une étude expérimentale a été comparée à diverses approches théoriques en divers régimes (régime permanent, régime harmonique et régime quelconque). Après l'étude du mur dans son état initial (avant isolation), nous avons caractérisé expérimentalement cinq matériaux isolants (polystyrène, laine de bois, laine de mouton, lin et métisse) pour étudier ensuite leur apport en termes de réduction de déperditions thermiques pour le mur étudié. Nous avons appliqué expérimentalement 3 cm de polystyrène pour l'isolation du mur afin de valider la méthode théorique. Une fois cette dernière validée, une comparaison de différents matériaux isolants et différentes configurations (isolation par l'intérieur et isolation par l'extérieur) a été établie afin d'identifier la configuration et le(s) matériau(x) le(s) plus intéressant(s). Enfin, des simulations thermiques dynamiques à l'échelle du bâtiment ont été réalisées pour les différentes typologies dans le but de valider les résultats obtenus à l'échelle du mur, de comparer les performances énergétiques des différentes typologies et de quantifier les économies d'énergie possibles pour différents bouquets de travaux d'isolation.The housing sector has a significant energy saving potential especially in terms of heating which constitutes an important part of energy bills in France. Our work joins the optics of reducing energy consumption of housing by studying heat transfer in the opaque walls of old buildings and studying different configurations and types of thermal insulation materials. After an analysis of the context and the energy’s problematic of old buildings, we discussed a typological analysis of Lille’s old houses by identifying four main families of typologies: the “courée” house, the worker’s house, the town house and the mansion, thereby identifying their similarities and variations. Then, we thoroughly studied the heat transfer in a brick wall characteristic of the Nord-Pas-de-Calais region; an experimental study was compared to various theoretical approaches in various regimes (steady state, harmonic, and random regime). After the study of the wall in its initial state (before insulation), we experimentally characterized five insulating materials (polystyrene, wood wool, sheep wool, linen and recycled textile) in order to study then their contribution in terms of heat losses’ reduction through the studied wall. We experimentally applied 3 cm of polystyrene wall insulation to validate the theoretical method. Once it was validated, a comparison of different insulating materials and configurations (interior insulation and external insulation) was established to identify the most interesting configuration and insulation material(s). Finally, dynamic thermal simulations on the building scale were carried out for the different buildings typologies in order to validate the results obtained on the wall scale, to compare the energy performance of the different building typologies, and quantify the energy savings potential for thermal insulation scenarios