Academic literature on the topic 'Constructions – Isolation thermique – Effets du climat'

Cette thèse propose une approche originale axée sur l’étude du confort pour la conception et l’exploitation de bâtiments « zéro énergie » en climat tropical. Elle fait partie d'un projet international porté par l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), la Tâche 40 / Annexe 52 qui concerne les bâtiments « zéro énergie ». Le bâtiment ENERPOS, situé à La Réunion et utilisé comme étude de cas dans cette thèse, est l'un des trente bâtiments sélectionnés par l'AIE pour créer une base de données internationale de projets pilotes. L’étude part du constat que l'un des défis auxquels fait aujourd'hui face la zone intertropicale est la demande croissante en énergie. La conception passive des bâtiments est proposée comme une alternative intéressante pour réduire leurs besoins en énergie. Dans ce cas, une étude approfondie du bâtiment dans son ensemble est indispensable pour garantir l’équilibre entre le confort des occupants et la réduction des consommations énergétiques. Bien que la notion de confort soit profondément subjective, il est nécessaire d’affiner les méthodes et outils existants pour le caractériser en fonction des paramètres physiques de l'environnement (température, humidité, vitesse d’air, éclairement). Différentes approches du confort thermique et visuel sont introduites dans le but de proposer des critères d'évaluation adaptés aux bureaux d'études. Une enquête sur le confort thermique des occupants du bâtiment ENERPOS, incluant plus de 2000 questionnaires, a été menée entre 2008 et 2011. Les résultats obtenus conduisent à recommander des modifications de la zone de confort de Givoni, en augmentant en particulier la limite supérieure de l’humidité, dans le cas d’un bâtiment passif naturellement ventilé et muni de brasseurs d’air. Une méthodologie de simulation innovante, prenant en compte le comportement passif des bâtiments, grâce à une étude couplée du confort thermique et visuel, par opposition à l'approche traditionnelle centrée sur la consommation d'énergie, est proposée pour aider à optimiser la conception des bâtiments passifs. L'étude se concentre sur le choix et le dimensionnement des protections solaires qui jouent un rôle essentiel en climat tropical et qui ont un impact direct sur le confort des usagers des bâtiments.Bien que la phase de conception vise à optimiser le bâtiment pour limiter à la fois l'inconfort et la consommation d'énergie, son exploitation reste la phase critique qui est souvent négligée ou oubliée par les équipes de conception. Un retour expérimental global du bâtiment ENERPOS depuis sa construction, tant au niveau énergétique que du point de vu de ses utilisateurs permet de montrer qu’il est possible de réduire considérablement la consommation d’énergie d’un bâtiment, et donc son impact environnemental, tout en maintenant un confort acceptable pour ses occupants<br>This thesis investigates a comfort approach for the design and the operation of Net Zero Energy Buildings (Net ZEBs) in tropical climates. The work is part of an international research project, Task 40 / Annex 52 led by the International Energy Agency (IEA), that concerns net zero energy solar buildings. The case study of the ENERPOS building located in Reunion Island is one of the 30 Net ZEBs selected by the IEA to create a database of demonstration projects worldwide. The point of departure of the study is the observation that one of the challenges facing the intertropical zone today is the growing energy demand. Passive design is suggested as a possible solution to reduce the energydemand of buildings. This approach leads to dealing with comfort issues rather than energy issues, as is usually the case. In spite of the inherent subjective nature of occupant comfort, there is an essential need for methods and tools to characterise comfort in relation to the physical parameters of the environment, for instance, temperature, humidity, air speed and illuminance. Different approaches to thermal and visual comfort are introduced, with the aim of proposing comfort evaluation criteria that are adapted to the design offices. A thermal comfort survey of the occupants of the ENERPOS building, based on over 2,000 feedbacks was conducted from 2008 to 2011. The results have led to the recommendation of modifications in the Givoni comfort zones, notably by extending the maximum humidity level, for passive buildings combining the use of natural ventilation and ceiling fans. An innovative methodology using simulations and taking the passive behaviour of the building into account, as opposed to the conventional approach with regard to energy use, is proposed to facilitate the optimisation of the design of passive buildings. The study focuses on the design of solar shading, given the extensive role it plays in tropical climate, as well as the direct impact it has on both thermal and visual comfort of building occupants. Although the design phase aims to optimise the building to limit both discomfort and energy consumption, the operation of the building remains the critical phase that is often neglected or overlooked by design teams. A broad examination of the operation phase of the ENERPOS building, since its construction, from both energy and users’ point of view, illustrates that a building can reduce its energy consumption significantly, and thus, its environmental impact while maintaining an acceptable level of comfort for its users

Compte tenu des attentes en termes de développements durables, de nouvelles solutions technologiques sont adoptées dans les bâtiments à basse consommation énergétique permettant de réduire considérablement les déperditions par ponts thermiques. Il s'agit des rupteurs thermiques, nouvelles jonctions entre porteurs verticaux et horizontaux constituées de matériaux innovants. Parallèlement à l'évolution des réglementations thermiques dans les bâtiments, la nouvelle définition de l'aléa sismique en France oblige les concepteurs à intégrer le cas de chargement sismique dans les dimensionnements de bâtiments dans une grande majorité du territoire métropolitain. Ces innovations technologiques nécessitent donc des études approfondies de leur comportement mécanique lors d'événements accidentels tels que les tremblements de terre. Au regard des enjeux sociétaux et économiques, il est d'une grande importance d'être capable d'apprécier la contribution de nouvelles solutions techniques à la vulnérabilité du bâti aux séismes. Pour cela, il est nécessaire de procéder à des analyses probabilistes pour la construction, par exemple de courbes de fragilité de structures sous sollicitations sismiques: structures étant composées ou non de rupteurs thermiques. L'objectif de ce travail est donc de proposer l'ensemble d'une méthodologie notamment les outils numériques, en termes de modèles mécaniques, susceptibles de répondre aux attentes de l'ingénierie dans la quantification de l'évolution des marges de résistance en intégrant différents types de rupteurs thermiques dans les bâtiments. Pour cela, différentes étapes, combinant modélisations numériques et expérimentations sont abordées afin d'élaborer un modèle numérique simplifié. Ce dernier doit être riche en termes de phénomènes mécaniques et efficace numériquement pour réaliser rapidement un nombre important de calculs nonlinéaires à l'échelle de bâtiment en tenant compte des aspects aléatoires.

L'objectif majeur de la présente thèse de doctorat est la validation structurelle d’une connexion hybride plancher-voile pour la reprise de l'action sismique dans les bâtiments en béton armé à voiles. Le manque de références normatives et scientifiques pour la caractérisation de ce type de système, nous a conduits à concevoir un protocole de caractérisation original basé principalement sur une analyse expérimentale à grande échelle du comportement de la liaison plancher-voile. Tout d'abord, nous présentons quelles ont été les problématiques et les exigences qui ont amené à l'innovation du rupteur de ponts thermiques SLABE, connexion hybride pour la jonction plancher-voile. Nous analysons ensuite les protocoles de caractérisation cyclique pour les systèmes structurels similaires ("coupling beams" ou "shearheads"). Sur base de cette réflexion, nous proposons un programme expérimental composé de trois séries d'essais: deux campagnes à grande échelle visant à restituer au mieux les configurations courantes de chargement dans un bâtiment (sollicitations horizontales et verticales), et une campagne d'essais d'ancrage. Ces essais sont capables de caractériser le comportement de la liaison dans les trois directions de l’espace. Les résultats de chaque campagne d'essais sont présentés dans le détail. Ils montrent notamment que la connexion étudiée, sous chargement cyclique, se comporte de façon quasi-élastique et stable pour les niveaux de charge correspondant aux sollicitations sismiques en France métropolitaine. De plus, ces essais ont souligné la grande réserve de ductilité du système, permettant une redistribution des efforts et contribuant ainsi à une meilleure robustesse du système, indispensable pour une sollicitation sismique présentant, par nature, un fort degré d’incertitude. Enfin, nous évaluons l'impact de la connexion plancher-voile sur le comportement structurel des bâtiments au travers d’une analyse structurelle sur des ouvrages de référence. Nous analysons la réponse modale et la redistribution des efforts entre les voiles de contreventement. Cette évaluation nous permet de définir une démarche de dimensionnement pour les ouvrages béton armé munis de ces éléments et de proposer des outils de calcul adaptés à l’ingénieur. L’exhaustivité de la démarche de validation présentée en fait une référence, déjà reconnue par les instances décernant les agréments techniques français, et qui pourrait être proposée comme protocole standard pour la validation des systèmes de rupteurs de ponts thermiques ou de liaison plancher-voile, au niveau européen<br>The main objective of the PhD thesis is the structural evaluation of a hybrid structural connection at the slab-to-wall junction in concrete shear wall buildings under seismic action. The lack of normative and scientific literature for the characterization of this kind of systems leads us to devise an original protocol for the characterization which is mainly built on a large-scale experimental analysis of behaviour of the slab-towall connection. First, we explain the reasons that led us to design an innovative thermal break system, the SLABE, which is thermally insulated hybrid connection for the slab-to-wall junction. Then we analyse the existing protocols for the cyclic characterization of similar structural systems ("coupling beams" or "shearheads"). Based on the outcome of this investigation, we propose an experimental program composed with three test series: two large-scale campaigns where the actual loading conditions in a building are reproduced (horizontal and vertical shear forces) and an axial test campaign. The test results provided the required information to correctly characterize the behaviour of the hybrid connection in the three directions in space. The results of the experimental campaigns are presented in detail. In particular, they show that the connection, under cyclic loads, exhibits a quasi-elastic and stable behaviour at usual seismic load levels, in France. In addition, these tests highlight the large reserve of ductility of the system that guarantees the robustness of the system. This is essential for seismic actions which have by nature a high degree of uncertainty. The impact of the slab-to-wall connexion on the structural behaviour of buildings is evaluated through a structural analysis on representative structures. We particularly analyse the modal response and the force redistribution between the internal and external shear walls. Based on the outcome of this study, we suggest a seismic design method for reinforced concrete structures equipped with these structural elements. Along with that, we propose a computational tool for engineers. The completeness of the presented validation approach makes it a benchmark, already recognized by the French authorities granting technical approvals. It could be proposed as a standard protocol for the validation of other thermal break systems or hybrid slab-to-wall connections, at European level

Un niveau important d’isolation des parois de bâtiments peut diminuer le refroidissement du bâtiment en été, quand les conditions extérieures sont favorables. Dans cette thèse, le concept d’isolations commutable, est développé : pendant les périodes de refroidissement, l’isolation commutable peut être désactivée pour refroidir la masse du bâtiment pendant la nuit. Pendant les périodes de chauffage, ce concept peut être utilisé pour utiliser les gains solaires. Dans cette thèse, le potentiel des isolations commutables est étudié pour des bureaux dans un climat continental européen. En outre, deux nouveaux concepts d'isolations commutables sont introduits et développés et caractérisés expérimentalement. Un modèle nodal détaillé a été mis en place, validé et utilisé pour conduire une étude paramétrique. Le potentiel des isolations commutables a été étudié à l’aide de simulations énergétiques dynamiques du bâtiment qui ont montré que des réductions importantes des besoins de chauffage et de refroidissement ainsi que des heures d'inconfort en été peuvent être atteintes. Plusieurs stratégies de contrôle ont été mises au point, introduites et comparées. L'influence de la masse thermique a également été étudiée, ainsi que l'influence de l'orientation ou du cadre des éléments<br>Important thermal insulation levels can prevent the building to cool down during the cooling period, when the external conditions are favorable. In this thesis, the concept of switchable insulation is developed: during the cooling period, the insulation can be deactivated during the night to let the heat flow out. During the heating period, the switchable insulation can be deactivated whenever solar gains can be used. In this thesis the potential of switchable insulation for an European continental climate and for office buildings is investigated. Also, two new concepts of switchable insulation are introduced, developed and characterized experimentally. A detailed thermal model has been introduced, validated and used for a parametric analysis. The potential of switchable insulation is investigated on a building level, showing that important reductions of the heating and cooling load as well as summer discomfort hours can be achieved. Several control strategies have been developed, introduced and compared. The influence of thermal mass was also investigated, as well as the influence of the orientation or the elements’ frame