Modélisation et simulation des microclimats urbains (étude de l'impact de l'aménagement urbain sur les consommations énergétiques des bâtiments)

Les architectes, les urbanistes et les ingenieurs sont fortement sollicites pour elaborer des methodes de conception permettant de limiter l'impact environnemental de l'urbanisation. De nombreux travaux montrent que des phenomenes climatiques comme l'îlot de chaleur urbain sont a la fois les causes et les consequences de l'augmentation de la consommation energetique a l'echelle de la ville. Par ailleurs, l'expertise energetique des bâtiments est possible avec des outils operationnels qui ne prennent pas correctement en compte les conditions climatiques à petite echelle spatiale alors qu'il est demontre que leurs effets sont averes. Souvent neglige, l'impact direct et indirect de l'amenagement constitue pourtant une piste interessante pour la regulation energetique passive. Pour etudier ces phenomenes, nous proposons dans cette these d'utiliser un outil de simulation microclimatique, reposant sur le couplage d'un modele thermoradiatif et d'un code de mecanique des fluides numerique. Dans une premiere partie, nous developpons un modele de sol et un modele thermique de bâtiment, ce dernier permettant le calcul des consommations energetiques d'un bâtiment interagissant avec son environnement urbain. Nous les integrons a l'outil de simulation thermoradiative (Solene), puis adaptons la procedure de couplage physique avec l'outil de simulation thermoaeraulique (Fluent). Dans une deuxieme partie, nous caracterisons le comportement d'un bâtiment de reference en site isole et decrit par des parametres variables, en etablissant des classes de consommations energetiques a partir d'une methode statistique d'etude de sensibilite multicriteres. Enfin, nous reutilisons ces classes de bâtiments dans un contexte urbain reel, le projet Lyon Confluence, pour analyser l'impact de deux modes d'amenagement des îlots etudies : un amenagement mineral et un amenagement vegetal. Cette derniere partie fait ressortir deux resultats principaux a savoir l'ecart important entre des consommations energetiques simulees en contexte theorique isole et simulees en site urbain, puis, l'economie potentielle d'energie entre deux choix d'amenagement urbain pour un même projetArchitects, urban designers and building engineers are more and more sollicited to develop design methods that reduce the environnemental impact of urbanization. Many studies show that climatic phenomena such as urban heat island are both the causes and the consequences of the energy demand increase at the whole urban scale. Furthermore, energetic expertise of the buidings is allowed by operational tools that presently do not properly take into account the climatic conditions at a small spatial scale, although their eects have been demonstrated. Usually neglected, the direct or indirect impact of the urban planning is however an intersting way for passive thermal control. To study these phenomena, we propose in this work to use a microclimatic simulation tool, relying on the coupling of a thermoradiative model and a CFD computation tool. In a first part, we develop a soil model and a inner building thermal model, this last one allowing to compute the energy consumption of a building interacting with its urban environment. They are both integrated into the thermoradiative (Solene), then the coupling procedure with the CFD tool (Fluent) is adapted accordingly. In the second part, we analyse the behaviour of a reference building, located in an isolated site and described by a set of variable parameters, and we establish classes of energy consumption using a statistical method for multicriteria sensitivity analysis. Finally, we use these building classes in a real urban site, the Lyon Conuence project, to analyse the impact of two planning xtures : a mineralized one and a vegetated one. This last part points out two main results, the signicant dierence between energy consumption simulated from the real microclimatic context and obtained from the theoretical case, and, the potential energy saving between two design strategies for a same project.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-BU Technologie (441092105) / SudocSudocFranceF