Contribution à l'Étude des Parois Complexes intégrant des Matériaux à Changement de Phase : Modélisation, Expérimentation et Évaluation de la performance énergétique globale

This Ph.D thesis focusses on energy control in buildings in order to reach high energetic performances by the use of passive means. One of the proposed solution is based on the use of Phase Change Materials (PCMs). Located into walls, PCMs allow to stock thermal energy into latent heat. The aim of the study is thus to put in evidence PCMs actual impacts on the thermal field of a building and its role as thermal insulation. For these considerations, a thermal model has been developed and validated. An experimental device has been set-up for the collection of data in field environment and for a human scale. The measurement sequence has been conducted at Reunion Island, for a hot and humid tropical climate. For the determination of the thermal behaviour of a complex wall included PCMs, we proposed a generic model, able to predict many configurations. The model has been implemented in a multizone building simulation code (ISOLAB), for the prediction of wall temperature profiles and PCMs impact on the thermal comfort. Following a combined metholodogy, including modelling and experimentation for validation, we were able to validate the model for actual conditions and to evaluate the model’s prediction accuracy.Cette thèse s’inscrit dans une démarche de maîtrise de l’énergie dans le secteur du bâtiment.Elle a pour but d’utiliser des solutions passives pour atteindre de hautes performancesénergétiques. L’une des solutions proposées est l’utilisation de Matériaux à Changements dePhase (MCP) dans les parois. Les matériaux à formes stabilisées solide-liquide, sont utiliséspour stocker l’énergie thermique sous forme de chaleur latente. Le but de l’étude est de mettreen évidence l’impact réel des MCP en termes de complément d’isolation thermique et de proposerun modèle thermique pour prédire leurs impacts sur le champ de température et sur le confortthermique.Une séquence expérimentale en environnement naturel et à grande échelle a été menée àl’île de La Réunion, où le climat est tropical et humide, avec un fort taux d’ensoleillement. Lerayonnement solaire étant important, il est nécessaire de minimiser les sollicitations solaires surl’ensemble du bâtiment et en particulier la toiture, qui constitue la surface la plus exposée. Ilest alors nécessaire de proposer une modélisation adaptée, qui intègre à la fois les phénomènesphysiques mis en jeu mais également les éléments structurels selon l’état de l’art. Le modèle estcouplé à un code de simulation thermique du bâtiment (ISOLAB) et permet de prédire d’unepart les profils de températures de chacune des surfaces constituant l’enveloppe du bâtiment, etd’autre part d’évaluer l’impact des MCP sur le confort thermique pour différentes configurations.Selon une méthodologie alliant Modélisation, Expérimentation et Validation (MEV), la démarchea permis de valider l’expérimentation dédiée et d’évaluer la capacité du modèle à prédirel’ensemble des données issues des séquences expérimentales