Analyse physique et caractérisation hygrothermique des matériaux de construction (approche expérimentale et modélisation numérique)

Les matériaux de construction sont des matériaux poreux, et donc très sensibles à l eau. Du fait de conditions thermique et hygrométrique ambiantes variables, ils sont le siège de plusieurs phénomènes : migrations de vapeur d eau, changements de phase, humidification, séchage. Le couplage de tous ces phénomènes conditionnent ses propriétés thermiques et sa durabilité. A titre d exemple, pour un béton de chanvre de type mur soumis à une hygrométrie de 75%, sa conductivité thermique augmente de 30% (forte conduction de l eau). La mise en place d une cellule d échange a donc pour but de caractériser les performances hygrothermiques de trois matériaux de construction : le béton cellulaire autoclavé, le béton de chanvre et la brique à perforations verticales, en fonction des conditions ambiantes. L étude s appuie tout d abord sur une approche expérimentale. L objectif est de créer des gradients de T et HR en fonction du temps et ainsi mesurer la distribution en température et humidité relative dans la paroi ainsi que la reprise en eau du matériau lorsque celui-ci est soumis, sur la face en contact avec l enceinte climatique, à des sollicitations statique et cyclique en T et HR. Ensuite, l étape suivante consiste à modéliser le comportement des matériaux comme enveloppe grâce à un modèle de conduction thermique pure tout d abord. Les grandeurs thermiques des matériaux ( , , c, hs et a) sont alors déterminées. Enfin, pour les bétons de chanvre, on doit procéder à une modélisation numérique des transferts couplés de chaleur et d humidité afin d analyser plus précisément l influence des transferts de masse sur le comportement thermique.Building materials are porous materials, and therefore very sensitive to water. Due to variable thermodynamical ambient conditions, processes of energy and mass transfers between the ambient air and the material occur. These exchanges lead to important modifications of their thermal properties and their durability. For instance, measurements of the thermal conductivity of Hemp Lime Concrete, placed in a climatic chamber in which the relative humidity is 75%, show a variation of 30%. This PhD Thesis deals with the case of three porous building materials: Aerated Autoclaved Concrete (AAC), Hemp Lime Concrete (HLC) and Vertically Perforated Brick (VPB). The hygrothermal behaviour of these materials is studied with the experimental set-up called cell of exchange. This cell consists of test walls which are placed between a climatic box and the laboratory. The scope of this experimental work is to create gradients of temperature and of relative humidity through the sample. So, the study aims to measure and characterise heat and mass flows in these materials. In a second part, simulations are performed to design, explain and interpret the experimental results. They are done in COMSOL Multiphysics. In a first approach, only the heat equation in 1D has been implemented in the toolbox. Comparisons between experimental and theoretical results gives us the thermal properties of tested materials ( , , c, hs et a). The numerical modeling approach shows that, contrary to AAC or VPB, HLC involves a complex interaction between heat transport and mass transfer through the material. So, simulations on HLC are investigated through the problematic of phase change materials.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF