Дисертації з теми "Isolation des parois"

Une étude théorique, basée sur la méthode des mobilités de surface, et expérimentale de la transparence acoustique des doubles parois est présentée. L'étude de la diffusivité du champ acoustique pariétal d'excitation est aussi réalisée à l'aide d'un nouvel indice permettant d'expliquer la dispersion des mesures de transparence acoustique inter-laboratoires. L'ajout de matériaux granulaires est ensuite étudié, et un modèle basé sur une simplification du modèle de Biot est proposé. Il permet d'utiliser une méthode de résolution très performante en terme de temps de calcul. Des méthodes de mesure inverse sont alors utilisées afin de déterminer les caractéristiques de ces matériaux, et donnent des résultats probants. Enfin, l'amélioration de l'isolation acoustique par optimisation de la position de liens mécaniques est étudiée, et les solutions théoriques sont ensuite testées expérimentalement.

Pour résoudre le problème de la transmission acoustique à travers les doubles parois finies bafflées, nous avons développé une méthode mixte, basée sur une formulation par éléments finis classiques pour la structure et le fluide interne et une formulation par équations intégrales pour les fluides extérieurs. Certaines propriétés particulières au comportement des doubles parois couplées par une lame de fluide intermédiaire ont ainsi pu être mises en évidence. La plus importante est l'existence de plusieurs modes couples particuliers autour de la fréquence communément désignée par fréquence masse-ressort-masse. Cette appellation semble d'ailleurs inadaptée voire abusive dans le cas des parois doubles finies, et décrit mal la complexité du comportement du système, due aux phénomènes de réflexion sur les bords. Il existe, en effet, plusieurs zones fréquentielles ou le facteur de perte par transmission subit des chutes importantes.

L'objectif de notre travail est d'optimiser une paroi multicouche ou un élément de paroi alvéolaire par rapport à l'isolation thermique et l'inertie thermique. Nous avons montré que la capacité thermique déduite de la représentation quadripolaire d'une paroi est un paramètre caractérisant l'inertie de la paroi. L'optimisation d'une paroi multicouche, en plus de donner la disposition optimale des couches, a aussi déterminé l'épaisseur optimale de la couche massive. La production d'entropie irréversible journalière d'une paroi multicouche a confirmé la meilleure disposition des couches. Un élément de paroi alvéolaire représenté par une cavité partitionnée a été étudié théoriquement et expérimentalement en régime permanent et en régime variable. Cette étude a montré la prépondérance du transfert radiatif sur le transfert convectif dans les alvéoles. Un nombre optimal de cloisons donnant une résistance maximale a été trouvé. L'influence de paramètres pertinents de la cavité partitionnée sur le transfert thermique et sur la résistance thermique a été mise en évidence. L'étude de l'influence de la période de la température excitatrice sur les transferts convectif et radiatif a décelé l'existence d'une fréquence de résonnance dans l'alvéole la plus proche de la condition aux limites variable. Un modèle simplifié 1D des transferts thermiques dans une cavité partitionnée validé numériquement et expérimentalement nous a permis d'appliquer la méthode des quadripôles aux cavités partitionnées. Une cavité partitionnée a pu ainsi être optimisée par rapport à l'isolation thermique et à l'inertie thermique
The objective of this work is to optimize a multilayered wall or an element of alveolar wall in relation to insulation and thermal inertia. We showed that the thermal capacity deducted of the quadruple representation of a wall is a parameter characterizing thermal inertia of the wall. The optimization of a multilayered wall gives the optimal disposition of the wall layers and determines the optimal thickness of the massive layer. The daily entropy production of a multilayered wall confirms the best disposition of the layers. Heat transfer in an element of alveolar wall represented by a partitioned cavity has been theoretically and experimentally studied. Our results show the preponderance of the radiation heat transfer on the convection one. An optimal number of partitions giving a maximal resistance is found. The influence of pertinent parameters on heat transfer and thermal resistance is emphasized. Influence study of the exciting temperature period on the convection and radiation heat transfer shows the existence of a resonance frequency in the alveolus nearest to the variable boundary. A simplified 1D model of heat transfer in a partitioned cavity that has been validated both numerically and experimentally allows to apply quadruple method to partitioned cavity. Thus, a partitioned cavity can be optimized as regards insulation and thermal inertia

Dans le domaine de l'acoustique du bâtiment, la structuredes constructions en bois est légère et ses capacités d'isolementacoustique sont faibles en particulier pour les basses fréquencesen comparaison à d'autres techniques de constructioncomme le béton. Les travaux de cette thèse se donc sont centréssur l'élaboration d'un outil prédictif visant à déterminer lesperformances acoustiques des planchers solivés en bois afin decompléter les outils prédictifs actuellement sur le marché. Laméthode des éléments finis est adaptée pour résoudre ce problèmevibro-acoustique car le comportement basses fréquencesest de type modal. Pour gagner en temps de calcul, une résolutionmixte éléments finis - formulation intégrale d'Huygens etdifférentes optimisations ont été mises en place. Grâce à l'utilisationde la méthode des éléments finis, il a été possible demettre en évidence des résonances de ce problème couplé quifont chuter localement la valeur de l'affaiblissement ; celles-cine peuvent être prises en compte par la méthode des matricesde transfert. Néanmoins, ces deux méthodes fournissent des alluresmoyennes de courbes d'affaiblissement équivalentes, enparticulier lors d'une étude en tiers d'octave. Pour aborder leproblème des transmissions latérales, nous avons montré lafaisabilité de la détermination expérimentale des propriétés mécaniqueséquivalentes d'un élément de jonction courant entreles planchers et les murs : le sabot métallique. Un modèle mécaniquesimplifié par éléments finis permet ainsi un couplagemécanique entre les solives et les poutres en intégrant les effetslocaux de dissipation présents pour ce type de jonction.

Afin de réduire l'impact environnemental des bâtiments, il est prioritaire de développer des stratégies nouvelles en termes d'isolation et d'exploittion des énergies renouvelables. De ce contexte s'est dégagée l'idée de concevoir, mettre en oeuvre et étudier un mur capteur de chaleur nouvelle génération semi-transparent associant une couche super-isolante (aérogel de silice) et une couche pour l'absoption, le stockage et la restitution de chaleur (Matériau à Changement de Phase). Ce mur a été caractérisé expérimentalement en ambiance contrôlée et in situ sur un bâtiment grandeur nature. Ses qualités en therme d'isolation thermique et de contribution aux apports énergétiques et lumineux ont été mises en évidence. Une limite d'utilisation du mur MCP-aérogel a été observée en été et sur une partie des intersaisons. Le MCP reste liquide d'une journée à l'autre, ce qui est causé par une restitution insuffisante de chaleur la uit engendrant à termes une surchauffe du bâtiment. Un modèle numérique du mur MCP-aérogel a été développé et validé. Ce modèle, couplé au logiciel de simulation dynamique des systme thermiques TRNSYS, a permis d'étudier le coportement du mur pour quatre climats et deux types de bâtiment (un bâtiment d'habitation : une maison "incas" de l'INES à Chabéry, et un bâtiment en évolution libre : la cellule test expérimentale du CEP à Sophia Antipolis). Ces études ont confirmé l'intérêt du mur MCP-aérogel pour l'amélioration des performances énergétiques du bâtiment
To reduce the environmental impact of buildings, it is a priority to develop new strategies concerning the insulation and the exploitation of the renewable energies. Xithin this context appeared the odea to design, to implement an to study a new generation of semi-transparent solar wall associating a super-insulating layer (silica aerogel) and a layer of a material ermitting the absorption, the storage and the restituion of heat (Phase Change Material). This wall was experimentally characterized in controlled atmosphere and in situ on a full-size building. Its qualities in terms of heat insulation and contribution to the energy balance and daylight were revealed. A limit of use pCM-aerogel wall was noticed in summer and on a part of the inter seasons. The PCM aerogel wallwas developed and validated. This model, coupled withTRNSYS, a software for the dynamic simulation of thermal systems, allowed to study the behavior of the wall for four cliamtesand two types of building (a residential building : an "Incas" house of the ines at Chambéry, and a building in free evolution : the experimental test cell of the CEP at Sophia Antipolis. These studies confirmed the interest of he MCP-aerogel wall for the improvement of the energy performances of the building

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

Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la caractérisation des transferts de chaleur et de masse dans les parois multicouches des bâtiments à ossature bois. Un code instationnaire permettant de simuler les transferts de chaleur et de masse dans une lame d'air en géométrie bidimensionnelle, qui est un élément de la paroi multicouches, a été développé et validé. Les validations numériques en régimes transitoire et stationnaire ont porté sur la totalité des modes de transfert (conduction, écoulement en convection naturelle et forcée, rayonnement entre surfaces, transfert massique et condensation surfacique). Ensuite, ce code intégrant la présence d'une lame d'air dans la paroi a été couplé au code Transpore développé au LERFOB. Ce dernier traite rigoureusement les transferts dans les matériaux solides hygroscopiques. Pour la validation expérimentale du code complet couplé, une cellule expérimentale a été construite et instrumentée pour étudier le comportement hygrothermique des parois étudiées. Cette cellule, régulée thermiquement et hygroscopiquement en température et en humidité relative, a été mise en place au CRITT BOIS d'Epinal. Des comparaisons entre les résultats expérimentaux et numériques sont également présentées et discutées. De nombreuses campagnes de caractérisation thermique sur divers matériaux (isolants à base de fibres de bois, bois massifs, ...) ont également été menées. L'influence de la température et de l'humidité sur la conductivité thermique et la chaleur spécifique a été largement analysée
This thesis focuses on modeling and characterization of heat and mass transfer in a wooden building envelope. A code which simulates unsteady heat and mass in an air layer in two-dimensional geometry, which is part of the multi-layer wall, was developed and validated. Numerical validations that include all transfer modes were achieved for unsteady and steady states regimes (conduction, convection, surface-to-surface radiation, mass transfer and surface condensation). Then, the code developed for the air layer at the LEMTA was coupled to the code Transpore used at the LERFOB. The latter one deals with the transfer in hygroscopic solid materials. For the experimental validation of the fully coupled code, an experimental cell was constructed and instrumented to study the hygrothermal behavior of the studied walls. This cell which is thermally and hygroscopicly controlled was set up at the CRITT BOIS. Comparisons between the experimental and numerical results are presented and discussed. Besides, several experiments of thermal characterization of various materials (insulators containing wood fibers, solid wood ...) were also conducted. The influence of temperature and moisture on thermal conductivity and specific heat was largely investigated

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 performances énergétiques. Une des solutions proposée, est l'utilisation de Matériaux à Changements de Phase (MCP) dans les parois. Les matériaux à formes stabilisée solide-liquide, sont utilisés pour stocker l'énergie thermique sous forme de chaleur latente. Le but de l'étude est de mettre en évidence l'impact réel des MCP en terme de complément d'isolation thermique et de proposer un modèle thermique pour prédire son impact sur le champ de température et par conséquent, sur le confort thermique. Une séquence expérimentale en environnement naturel et à grande échelle a été menée à l'île de La Réunion, où le climat est tropical et humide, avec un fort taux d'ensoleillement. Le rayonnement solaire étant important, il est nécessaire de minimiser les sollicitations solaires sur l'ensemble du bâtiment et en particulier la toiture, qui constitue la surface la plus exposée. La présence de lames d'airs au niveau de la toiture, qualifie celle-ci de complexe. Il est alors nécessaire de proposer une modélisation adaptée. Le modèle est couplé à un code de simulation thermique du bâtiment (ISOLAB) et permet de prédire d'une part, les profils de températures de chacune des surfaces constituant l'enveloppe du bâtiment, et d'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 démarche a permis de valider l'expérimentation dédiée et d'évaluer la capacité du modèle à prédire l'ensemble des données issues de l'expérimentation
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 commplex 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

Les structures à double paroi sont largement utilisées dans la lutte contre les nuisances sonores et vibratoires en raison de leur supériorité en terme d'isolation acoustique sur les parois simples. Parmi les exemples typiques on peut citer les doubles vitrages, le fuselage des avions, les véhicules, etc. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés à l'étude expérimentale et numérique du comportement vibroacoustique des doubles parois feuilletées. Le système étudié est composé de deux plaques sandwichs à cœur viscoélastique séparées par une cavité remplie d'air. Nous avons développé un modèle éléments finis basé sur une formulation variationnelle impliquant le déplacement en tout point de la structure et la pression acoustique dans la cavité d'air. Due aux propriétés mécaniques complexes du matériau viscoélastique utilisé dans le cœur des panneaux, cette formulation est complexe et dépend de la fréquence. La résolution de ce modèle par les méthodes directes a un coût numérique exorbitant. Nous avons réussi à développer un modèle d'ordre réduit à faible coût numérique capable de prédire la transmission sonore quelque soit le domaine fréquentiel d'étude. Ce modèle, basé sur la méthode de superposition modale, nécessite le calcul des modes découplés solide et acoustique du système. Les modes solides sont les modes réels et non amortis des panneaux sandwich sans charge de pression acoustique à l'interface fluide-structure, tandis que les modes acoustiques sont les modes de la cavité acoustique avec des conditions aux limites de parois rigides à l'interface fluide-structure. Pour valider notre modèle numérique, nous avons réalisé des mesures expérimentales de vitrages simples, feuilletés et doubles selon la norme ISO 140. Cette norme concerne la mesure de l'isolement acoustique des immeubles et des éléments de construction. Les comparaisons entre les résultats numériques et expérimentaux montrent une assez bonne corrélation entre les deux approches
Double-wall structures are widely used in noise control due to their superiority over single-leaf structures in providing better acoustic insulation. Typical examples include double glazed windows, fuselage of airplanes, vehicles, etc. In this context, we are interested in experimental and numerical study of the vibro-acoustic behavior of double-wall sandwich panels with viscoelastic core coupled to an acoustic enclosure. A finite element formulation is derived from a variational principle involving structural displacement and acoustic pressure in the fluid cavity. Since the elasticity modulus of the viscoelastic core is complex and frequency dependent, this formulation is complex and nonlinear. Therefore, the direct solution of this problem can be considered only for small model sizes. We successfully developed a reduced order-model to predict the sound transmission in any frequency range at a lower numerical cost. This model, based on a normal mode expansion, requires the computation of the uncoupled structural and acoustic modes. The uncoupled structural modes are the real and undamped modes of the sandwich panels without fluid pressure loading at fluid-structure interface, whereas the uncoupled acoustic modes are the cavity modes with rigid wall boundary conditions at the fluid-structure interface. Our numerical model is validated by means of experiments realized on simple, double and laminated glazing according to ISO 140 standards. This standard concerns the measurement of sound insulation in buildings and of building elements. The numerical predictions agree reasonably well with experiments

Ces travaux traitent d'un type particulier de parois complexes, incluant des produits minces réfléchissants (PMR). Ils sont utilisés en isolation thermique des bâtiments en raison de leurs faces réfléchissantes. Cependant, compte tenu de leur constitution, ils ne sont pas tous définis comme des isolants thermiques (norme NF-P-75-101), ce qui les exclut des procédures de certification. Leur mise en oeuvre nécessite des lames d'air, ce qui génére des transferts énergétiques couplés. La problématique des PMR est ainsi double, réglementaire et scientifique. Pour y répondre, une méthodologie en deux volets est proposée. Le premier consiste en la détermination expérimentale des caractéristiques thermiques de toitures complexes ; le second traite de la modélisation d'une toiture complexe au départ d'un code de calcul dédié. Les deux volets sont conciliés dans une démarche de validation expérimentale, menant à l'évaluation de la fiabilité des prédictions du code de calcul.

Dans le cadre de la rénovation énergétique durable du bâti ancien et afin d'améliorer l'efficacité énergétique des parois soumises aux remontées capillaires, une nouvelle technologie de rupture consiste à incorporer un système de ventilation d'un espace tampon situé entre l'isolation thermique et l'ossature porteuse humide. Cette technologie est considérée comme l'une des solutions efficaces et peu onéreuses pour lutter contre les remontées capillaires, tout en assurant la durabilité de l'isolation et la pérennité structurelle de l'ossature.Physiquement, le dispositif aéraulique est basé sur la génération d'un flux laminaire de convection forcée d'air neuf dans un canal vertical en contact avec la surface interne de la paroi humide. Cette technologie crée alors un front d'évaporation à la surface interne de la paroi, où par conséquence, un échange hygrothermique simultané se produit entre la paroi et la lame d'air ventilé et entre la paroi et l'environnement extérieur. La modélisation numérique de ces phénomènes physiques couplés est complexe. Nous avons alors suivi une démarche scientifique explicite qui consiste, dans un premier temps en une simplification du modèle grâce à l'approche de Darcy simple dans le milieu poreux et aux équations de la convection forcée. Notre objectif est de mettre en exergue les transferts hygrothermiques entre le mur humide et le canal d'air ventilé, en supposant que la face externe de la paroi est en conditions adiabatiques et que le milieu poreux est saturé en eau. Dans un second temps, le modèle est étendu vers un modèle généralisé basé sur l'approche de Luikov qui assimile la paroi à milieu poreux partiellement saturé sous conditions diabatiques. Ces équations de transferts hygrothermiques sont résolues par une méthode hybride combinant la méthode de Lattice - Boltzmann, la méthode des volumes finis, et la méthode itérative de sur-relaxation ponctuelle.Un jeu de données "matériaux" est identifié par le truchement d'une campagne expérimentales de caractéristiques physiques, hygrothermiques et mécanique afin de constituer des paramètres d'entrée des modèles numériques. Les techniques traditionnelles de construction dans le Nord de la France sont ciblées, au travers de parois humides en briques de terre cuite anciennes. À l'aune de ces résultats, le modèle est validé analytiquement, grâce à une démarche proche et simplifiée et expérimentalement, via un dispositif expérimental conçu au sein du laboratoire. Enfin, une étude de sensibilité du modèle aux paramètres d'entrée du modèle est proposée, suivie de l'analyse de l'influence des conditions de soufflage d'air neuf (hygrothermie dynamique) et des conditions environnementales extérieures sur la performance du canal ventilé adossé à une paroi partiellement saturée en conditions diabatiques. Les résultats sont présentés en termes de distributions de température et de teneur en eau pour la paroi, de champs d'isothermes et d'iso-concentration de vapeur d'eau, et de nombres adimensionnés locaux pour identifier la nature des échanges à l'interface entre la paroi humide et l'espace tampon ventilé. De nombreuses perspectives de recherche peuvent se dégager de notre étude, notamment au travers du transfert de cette technologie sur le marché de la rénovation énergétique du patrimoine humide. Outre l'optimisation du fonctionnement du dispositif aéraulique et son automatisation face aux conditions environnementales, un retour d'expérience en site réel occupé est actuellement en cours d'élaboration
As part of the sustainable energy renovation of old buildings and in order to improve the energy efficiency of walls subjected to capillary rise, a new breakthrough technology consists of incorporating a ventilation system of a buffer space located between the thermal insulation and the wet load-bearing framework. This technology is one of the effective and inexpensive solutions to fight against capillary rise, while ensuring the durability of the insulation and the structural durability of the framework.Physically, the aeraulic device based on the generation of a laminar flow of forced convection of fresh air in a vertical channel in contact with the internal surface of the wet wall. This technology then creates an evaporation front at the internal surface of the wall, where as a result, simultaneous hygrothermal exchange occurs between the wall and the ventilated air space and between the wall and the external environment.Numerical modeling of these coupled physical phenomena is complex. We then followed an explicit scientific approach, which firstly consists in a simplification of the model thanks to the simple Darcy approach in the porous medium and to the forced convection equations. Our objective is to highlight the hygrothermal transfers between the humid wall and the ventilated air channel, assuming that the external face of the wall is in adiabatic conditions and that water saturated the porous medium. Secondly, the model extends to a generalized model based on the Luikov approach, which assimilates the wall with a partially saturated porous medium under diabetic conditions. A hybrid method, combining the Lattice - Boltzmann method, the finite volume method, and the iterative succesive over-relaxation method, solves these hygrothermal transfer equations.A "materials" data set identified by means of an experimental campaign of physical, hygrothermal and mechanical characteristics in order to constitute input parameters for the numerical models. Traditional construction techniques in the North of France targeted, through damp walls made of old terracotta bricks. In the light of these results, we can validate the model analytically, thanks to a similar and simplified approach, and experimentally, via an experimental device designed in the laboratory.Finally, a study of the sensitivity of the model to the input parameters of the model proposed, followed by the analysis of the influence of the fresh air blowing conditions (dynamic hygrothermal energy) and of the external environmental conditions on the performance of the ventilated duct leaned against a partially saturated wall in diabatic conditions. The results are presented in terms of temperature and water content distributions for the wall, isothermal fields and iso-concentration of water vapor and local dimensional numbers to identify the nature of the exchanges at the interface between the wet wall and the ventilated buffer space.Many research perspectives can emerge from our study, in particular through the transfer of this technology to the energy renovation market for wet properties. In addition to optimizing the operation of the aeraulic system and its automation in the face of environmental conditions, feedback on a real occupied site is currently being prepared

La conception bioclimatique des enveloppes des bâtiments s'intègre dans une démarche de maîtrise de l'énergie et constitue de ce fait un enjeu primordial. Elle nécessite la connaissance des performances énergétiques des composants d'enveloppe et des systèmes associés et doit permettre d'éviter le recours à des dispositifs de chauffage ou de refroidissement, forts consommateurs d'énergie. Dans ce cadre, les technologies passives sont tout à fait indiquées, dans la mesure où elles permettent de réguler les conditions d'ambiance en utilisant des moyens naturels, sans apport énergétique supplémentaire. Les parois complexes en sont un exemple, et se présentent sous la forme d'une juxtaposition de matériaux,séparés par une ou des lames d'air. Nous nous intéressons dans ces travaux à un type particulier de paroi complexe,incluant un produit mince réfléchissant (PMR). Ces derniers sont utilisés en solation thermique des bâtiments et se présentent sous la forme de minces membranes dont les faces sont recouvertes d'aluminium. Compte-tenu de leurs propriétés thermophysiques et de leur épaisseur, ces produits n'entrent pas tous dans la définition des isolants thermiques, selon la norme NF-P-75-101. Le principale conséquence qui en découle est que leurs performances thermiques ne sont pas certifiées par les organismes de référence. En outre, leur mise en oeuvre dans une paroi nécessite la présence d'une ou plusieurs lames d'air, contiguës aux faces réfléchissantes. La paroi ainsi constituée est une paroi complexe, siège de transferts énergétiques couplés. Afin de cerner le comportement thermique d'une telle paroi, il est nécessaire de proposer une modélisation adaptée. Les remarques précédentes illustrent la double problématique des PMR, l'une à caractère réglementaire, l'autre à caractère scientifique. Afin d'apporter des éléments de réponse, une méthodologie en deux volets est proposée. Le premier est expérimental et consiste en la détermination des caractéristiques thermiques de toitures complexes intégrant des PMR, au départ d'une plate-forme expérimentale en environnement naturel ; le second traite de la modélisation d'une toiture complexe au départ d'un prototype de code de calcul dédié, s'apparentant à un code de simulation du comportement énergétique des bâtiments. Les deux volets sont conciliés dans une démarche de validation expérimentale, menant à l'évaluation des prédictions du code de calcul relativement à des données issues d'expérimentations.

Améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments et limiter l'ilot de chaleur urbain est une priorité, en particulier dans les centres-villes historiques, composés de bâtiments peu isolés. Un des leviers d’action envisagés est l'isolation des parois. Cependant, la rénovation des parois anciennes rencontre de nombreux obstacles (technologiques, architecturaux, urbains). Ces parois ont notamment un comportement hygrothermique spécifique, qu’il convient de prendre en compte pour éviter l’apparition de pathologies et estimer correctement les déperditions énergétiques. Il est donc primordial d’intégrer les transferts hygrothermiques à travers les parois pour simuler efficacement le bâti ancien. Néanmoins, la plupart des modèles à l’échelle urbaine négligent les transferts hydriques à travers les parois.Cette thèse propose une nouvelle méthode de résolution numérique pour les transferts hygrothermiques, qui est adaptée aux différentes contraintes de la modélisation à l’échelle urbaine (résolutions spatio-temporelles, méthode numérique etc.). La validation est réalisée en deux temps : une partie numérique et une partie expérimentale. La validation numérique est effectuée par une comparaison inter-modèle, en s’appuyant sur quinze compositions de parois et trois climats. La validation expérimentale utilise les données enregistrées dans plusieurs bâtiments rénovés à partir de matériaux biosourcés et instrumentés dans le centre médiéval de la ville de Cahors.Ensuite, les transferts couplés de masse et de chaleur dans les parois sont intégrés dans le modèle de climat urbain TEB (Town Energy Balance), en utilisant la méthode développée et validée. La pertinence de cette nouvelle version de TEB pour représenter le centre-ville médiéval de Cahors est évaluée par comparaison avec des mesures in-situ. Une amélioration significative est constatée pour la simulation de l’humidité relative intérieure. L’impact des transferts d’humidité est discuté à plusieurs échelles.Finalement, la réhabilitation des parois anciennes des bâtiments du centre-ville de Cahors est étudiée à partir de plusieurs types d’isolant thermique positionnés à l’intérieur ou à l’extérieur. Ces scénarios de réhabilitation sont simulés en utilisant la version modifiée de TEB incluant les transferts d’humidité à travers les parois. Leur pertinence est comparée, vis-à-vis des enjeux énergétiques, du confort intérieur et extérieur, de la conservation du patrimoine et de la durabilité des parois. Des recommandations sont formulées en fonction du type de parois
Improving the energy efficiency of buildings and mitigating the urban heat island is a priority, particularly in historical city centres, which are composed of poorly insulated buildings. One of the levers of action envisaged is wall insulation. However, the retrofit of old walls faces numerous obstacles (technological, architectural, urban). In particular, these walls have a specific hygrothermal behavior, which needs to be taken into account to avoid the appearance of pathologies and to correctly estimate energy losses. It is therefore essential to integrate hygrothermal transfers through the walls to effectively simulate old buildings. However, most urban-scale models neglect moisture transfer through walls.This thesis proposes a new numerical method for solving hygrothermal transfers, which is adapted to the various constraints of urban-scale modeling (spatio-temporal resolutions, numerical method, etc.). Validation is carried out in two steps: a numerical part and an experimental part. Numerical validation is based on an inter-model comparison, using fifteen wall compositions and three climates. Experimental validation uses data recorded in several buildings retrofitted with bio-based materials and instrumented in the medieval city centre of Cahors.Then, coupled heat and mass transfer through walls are integrated into the TEB (Town Energy Balance) urban climate model, using the developed and validated method. The suitability of this new version of TEB to represent the medieval town center of Cahors is assessed by comparison with in-situ measurement. A significant improvement is observed when simulating indoor relative humidity. The impact of moisture transfer is discussed at several scales.Finally, the retrofit of the old walls of buildings in the city center of Cahors is studied using several types of thermal insulation positioned inside or outside. These retrofitting scenarios are simulated with the modified version of TEB, including moisture transfer through the walls. Their relevance is compared with regard to energy issues, indoor and outoor comfort, heritage conservation and wall durability. Recommendations are given according to the type of wall

Cette thèse présente un modèle thermique et électrique de paroi photovoltaïque (PV) intégrée ou semi-intégrée au bâtiment. La particularité du modèle est le transfert de chaleur entre le panneau et le bâtiment, décrit de telle manière que leurs modèles respectifs soient totalement couplés. Ceci a l'avantage de permettre la prédiction de l'impact de l'installation PV sur le champ de température du bâtiment et donc sur le confort thermique associé. Le but de l'étude est de mettre en évidence l'impact des panneaux PV en termes d'isolation thermique ou de protection solaire pour le bâtiment et la résultante en termes de gain énergétique. De plus, une séquence expérimentale a été menée à l'île de La Réunion, où le climat est tropical et humide, avec un rayonnement solaire important. Dans de telles conditions, il est important de minimiser la sollicitation thermique à travers l'enveloppe du bâtiment, en particulier la toiture. Le modèle est intégré à un code de simulation thermique du bâtiment (ISOLAB) et peut prédire l'impact des panneaux PV installés selon différentes configurations, mais aussi le productible photovoltaïque de l'installation. Finalement, l'étude expérimentale est utilisée pour fournir des éléments de validation du modèle numérique et une analyse de sensibilité est lancée pour mettre en évidence les paramètres les plus influents du modèle. Il a été démontré que les paramètres radiatifs du panneau PV ont un impact important sur le champ de température du bâtiment et que leur détermination doit être faite correctement. Les résultats de cette analyse sont ensuite utilisés pour optimiser le modèle thermique à l'aide du logiciel d'optimisation GenOpt
This thesis presents a thermal and electrical modelling of PV walls integrated to buildings. The particularity of this model is that the heat transfer that occurs through the panel to the building is described so that both building and PV thermal modelling are fully coupled. This has the advantage of allowing the prediction of the impact of PV installation on the building temperature field and also the comfort inside it. The aim of this study is to show the impact of the PV panels in terms of level of insulation or solar protection for the building. Moreover, the study has been conducted in La Reunion Island, where the climate is tropical and humid, with a strong solar radiation. In such conditions, it is important to minimise the thermal load through the roof of the building. The thermal model is integrated in a building simulation code and is able to predict the thermal impact of PV panels installed on buildings in several configurations and also their production of electricity. Finally, the experimental study is used to give elements of validation for the numerical model and a sensitivity analysis has been run to put in evidence the governing parameters. It has been shown that the radiative properties of the PV panel have a great impact on the temperature field of the tested building and the determination of these parameters has to be taken with care. Results of sensitivity analysis are used to optimize the PV thermal model using the GenOpt optimization program

Une mauvaise étanchéité à l’air dans un bâtiment peut entraîner des surconsommations énergétiques et poser un certain nombre de problèmes tels que l’apparition de moisissures dans les murs ou encore une mauvaise qualité de l’air intérieur. Les constructions à ossature bois sont particulièrement sujettes aux infiltrations d’air, d’où la nécessité de mieux comprendre ces phénomènes et leurs conséquences afin que ces bâtiments puissent respecter les normes d’étanchéité de plus en plus strictes. Cette étude contribue par plusieurs aspects et à différentes échelles à l’évaluation de l’impact des infiltrations d’air sur les performances d’un bâtiment.Les infiltrations d’air à travers l’enveloppe peuvent perturber le bon fonctionnement de la ventilation mécanique et augmenter les pertes thermiques. Cette problématique est d’abord traitée numériquement à l’échelle du bâtiment, avec l’étude d’une grande variété de maisons et de conditions météorologiques. Des modèles simplifiés applicables à tout niveau d’étanchéité ont été établis pour la prise en compte des infiltrations naturelles dans les calculs de débit total de ventilation. Une plus petite échelle est ensuite considérée pour l’étude de l’étanchéité à l’air, avec la caractérisation expérimentale de parois ossature bois, de matériaux et de détails de construction, notamment grâce à la construction d’un banc d’essai adapté. Un certain nombre de tests de pressurisation ont permis de quantifier les fuites d’air induites par des défauts d’étanchéité spécifiques et peuvent être utilisés pour les simulations numériques à l’échelle du bâtiment.L’impact des infiltrations d’air sur les performances hygrothermiques d’une paroi est intimement lié à la dispersion de l’air à l’intérieur de celle-ci, mais il y a actuellement un manque d’études et de techniques expérimentales pour la déterminer. Une nouvelle méthode a donc été développée, à savoir l’utilisation de microparticules de fluorescéine comme traceur à l’intérieur des isolants. L’établissement de cartographies de la concentration en fluorescéine a permis d’étudier l’impact de certains paramètres tels que la vitesse d’air, le matériau isolant ou encore la géométrie sur les infiltrations d’air, et a mis en évidence des phénomènes tels que l’apparition de lames d’air entre les composants de la paroi. Par ailleurs un modèle du transport des particules de fluorescéine a été développé et couplé à un modèle CFD pour des analyses plus fines du chemin de l’air.Enfin, une étude de cas a été effectuée sur des parois simplifiées afin de comparer les différentes méthodes expérimentales, de vérifier leur applicabilité à l’étude du chemin de l’air, et d’obtenir des données pour la validation de modèles numériques. La dispersion de l’air en entrée/sortie de l’isolant a été étudiée par thermographie infrarouge et PIV. Le chemin de l’air à l’intérieur de l’isolant a lui été étudié par 3 techniques : des mesures de température avec des thermocouples ; d’humidité relative avec des capteurs capacitifs SHT 75 ; et l’utilisation de microparticules de fluorescéine. Les avantages et inconvénients de chaque méthode ont été identifiés pour aider à sélectionner la plus adaptée pour de futures études
Poor airtightness in buildings can lead to an over-consumption of energy and to many issues such as moisture damage and poor indoor climate. The timber frame constructions are particularly subject to air leakage and further knowledge in this field is needed to meet the regulation requirements tightened by the development of low-energy and passive houses. This study focuses on the impact of air infiltration on the buildings’ performance, both at the building and the wall assembly scales.The air infiltration through the envelope can disrupt the proper functioning of mechanical ventilation and increase the global energy load. This issue was first investigated numerically at the building scale on a wide range of housing and weather conditions. Simplified models working across the whole airtightness spectrum were established for the inclusion of natural infiltration in buildings’ total ventilation rate calculations. The airtightness was then considered at a smaller scale with the experimental characterization of timber frame wall assemblies, components and construction details, in particular with an original test set-up built for this purpose. A number of pressurization tests enabled to quantify the additional leakage air flow induced by specific airtightness defects and may be of use for building scale numerical simulations.The impact of air infiltration on the hygro-thermal performance of a wall is closely linked to the air dispersion inside it, but there is a lack of experimental studies and methods for the air path investigation. A new technique has therefore been developed, consisting in an innovative use of fluorescein micro-particles as tracer inside the insulation material. It was first applied to specific configurations: straight/angled air channels in contact with porous media. A simple analysis of the fluorescein concentration mappings enabled to investigate the impact of parameters such as the flow velocity, the insulation material and the geometry on the air infiltration in the glass wool, and gave evidences of phenomena such as the appearance of thin air gaps between the components of the wall. A fluorescein transport model was developed and coupled to a CFD model for finer analysis.Finally a case study on simple wall assemblies was carried out to compare experimental techniques, to verify their applicability to the air path study and to provide data for possible numerical model validation. The air dispersion at the inlet/outlet of the insulation was studied with both infrared thermography and the PIV. The air path inside the insulation layer was investigated using three experimental approaches: a temperature monitoring with thermocouples; a relative humidity monitoring with capacitive sensors SHT 75; and the use of fluorescein tracer micro-particles. The respective benefits and limitations of the various methods were identified to help in the selection of the most appropriate one for further studies

Ce travail de thèse effectué au Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine s'inscrit dans le cadre d'une étude à caractère expérimental sur la propagation des ondes acoustiques dans des guides traités acoustiquement en présence d'un écoulement. Les guides d'onde considérés sont des conduits droits dont la paroi peut être localement modifiée. Les traitements pariétaux appliqués sont caractérisés globalement par leur impédance. Déterminer l'impédance de ces éléments permet d'en déduire l'atténuation sonore pour des applications industrielles possibles, telles que la réduction des nuisances sonores dans des pots d'échappement ou des réacteurs d'avion. La présente étude se limite à des traitements à réaction dite locale, dont l'impédance est estimée en fonction de la fréquence. Une méthode basée sur la décomposition modale de la pression est exposée. La modélisation est adaptée aux différents traitements pariétaux étudiés et permet d'obtenir les caractéristiques de la transmission d'une onde acoustique. Les applications sont effectuées dans le cas de la propagation d'un mode plan, dans le cas où plusieurs modes sont considérés, ou enfin, dans le cas où le profil d'un écoulement non uniforme est pris en compte. Cette méthode est associée à une méthode inverse permettant d'estimer l'impédance des traitements pariétaux. Les résultats sont confrontés aux mesures réalisées. Les expériences ont été menées sur des bancs à écoulement où des mesures de matrice de diffusion sont réalisées à partir d'une méthode multi-microphonique classique
This experimental study performed at the Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine is concerned with acoustical wave propagation in lined ducts with superimposed stationnary flow. The present waveguides are straight ducts, whose wall may be locally modified. The lined part is globally determined with its impedance. Determine the impedance allows an estimation of the sound attenuation in the lined duct, and thereby industrial applications, such as reduction of noise in exhaust pipes or jet engines. The experiments are performed on locally reacting liners, whose impedances are estimated on the frequency range. A method based on multimodal formulation of the sound propagation is proposed and validated for the studied liners. The modeling gives the transmission characteristics of an acoustic wave. The applications are done whether for a plane wave propagation, or with more modes taken into account, and at last, in cases considering a non uniform flow profile. This method is linked to an inverse method, in order to determine the impedance of the lined part of the duct. The results of the computation are compared to the measurements. The experiments have been performed on flow ducts, and the scattering coefficients are measured by the mean of a usual multimicrophonic method

L'allègement des structures est un enjeu économique important dans les domaines d'activités industrielles telles que l'automobile, l'aéronautique ou le naval, qui intègrent peu à peu les matériaux composites dans la fabrication des structures. Cet allègement s'accompagne d'un raidissement de la matière qui implique des problèmes de vibrations et d'isolation acoustique. Plusieurs méthodes de traitement existent pour diminuer les vibrations ou le bruit rayonné d'une paroi, mais ces méthodes ont l'inconvénient d'augmenter significativement la masse de la paroi. Afin de répondre à cette problématique, il est proposé dans cette thèse de modifier le comportement dynamique des structures à partir d'un réseau périodique de patchs piézoélectriques shuntés avec un circuit électrique dont il est possible de modifier l'impédance. En contrôlant ainsi le comportement dynamique des patchs piézoélectriques, il est possible de contrôler le comportement vibratoire de la structure et donc de traiter les problèmes de transmissions solidiennes ou de transmissions aériennes.La méthode de shunt choisie est la méthode dite de shunt à capacité négative qui permet de modifier la rigidité d'une structure. Cette méthode dite semi-passive présente plusieurs avantages : la mise en œuvre est simple, il est possible d'intégrer les patchs directement à l'intérieur de la paroi, elle consomme une faible quantité d'énergie électrique et sa mise en application est peu onéreuse
Making the structure lighter is an important economic stake in the field of industrial activities such as automotive, aeronautic or naval, which gradually integrate composite materials in the manufacturing of structures. This reduction of the mass goes along with a stiffening of the matter implying acoustics and vibrations issues. Several methods exist to reduce vibrations or acoustic radiations of structures, but these methods increase the mass. In order to answer the problematic, we propose to change the dynamic behavior of structures with a periodic lattice of piezoelectric patches shunted with an electrical circuit whose the impedance can be controlled. Therefore, the control of the coupled behavior of the piezoelectric patches allows the control of vibrational wave's diffusion inside the structure and so to treat the structure-borne vibrations and airborne acoustics emission. The shunt method chosen is negative capacitance shunt which allows to modify the rigidity of a structure. This semi-passive method has several advantages: the implementation is simple, it is possible to integrate the patches directly inside the wall, it consumes a low amonte of electrical energy and its implementation is inexpensive

En France, le secteur du bâtiment constitue un enjeu majeur car est responsable à lui seul d'environ la moitié de la consommation d'énergie finale et près du quart des émissions nationales de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, les réglementations concernant l’efficacité énergétique des bâtiments amènent les professionnels du bâtiment à s'interroger sur la question de l’isolation du bâti dit « ancien », en particulier, sur le bâti en tuffeau de la vallée de la Loire. Or, il n’existe pas actuellement de réponses technologiques avérées pour la réhabilitation de bâtiments en tuffeau. Dans ce cadre, on privilégiera des solutions techniques innovantes faisant appel au chanvre par deux applications sèche et humide. En effet, des travaux de recherche récents ont souligné la performance hygrothermique intéressante de cet éco-matériau, en outre de son respect à l’environnement et la démarche du développement durable. Dans cette thèse, trois objectifs sont ainsi visés. Le premier, a été axé sur une étude paramétrique du tuffeau et des bétons de chanvre ce qui permettra d’élaborer une base de données regroupant les propriétés nécessaires à l’évaluation de la technique d’isolation et à la modélisation numérique des transferts couplés chaleur/humidité dans les parois. Le deuxième objectif a été de tester les parois isolées sous des conditions d’humidité et de température réelles imposées avec la réalisation d’une cellule biclimatique. Enfin le troisième objectif de ce travail fut de vérifier les résultats expérimentaux aux résultats numériques obtenus par le biais d’un logiciel de simulation bidimensionnel des transferts couplés en milieux poreux (chaleur/humidité – WUFI)
In France, the building sector is a major challenge because alone is responsible for about half of the final energy consumption and nearly a quarter of national greenhouse gas emissions. In this context, the regulations concerning the energy efficiency of buildings lead professionals to wonder about the issue of the insulation of buildings said “old”, built before 1948, in particular, those of Loire Valley made with tuffeau. However, there are no proven technology answers for the rehabilitation of buildings in limestone. In this context, we preferred use innovative technical solutions using hemp by wet and dry applications. Indeed, recent research has highlighted the interesting hygrothermal performance of this eco-material, in addition to its respect for the environment and sustainable development approach. In this phD work, three objectives are well pointed out. The first focused on a parametric study of limestone and concrete hemp to create a database of properties necessary for the evaluation of the insulation technique and numerical modeling of coupled heat and moisture transfer in the walls. The second objective was to test the insulated walls under real relative humidity and temperature conditions imposed within a biclimatic device. Finally, the third objective was to verify the experimental results with the numerical results obtained through two-dimensional software in porous media (heat / moisture - WUFI)

Les microfibrilles de cellulose sont enchevetrees dans une matrice de pectines et d'hemicelluloses pour constituer la paroi cellulaire vegetale. Ce travail concerne les microfibrilles issues de pulpes de betterave sucriere qui ont ete extraites des parois. Une etude morphologique a ete realisee sur la racine de betterave ; elle montre l'organisation cellulaire et permet de mettre en evidence que la majorite des cellules ont des parois minces. Les pulpes de betterave ont ete traitees par diverses methodes (traitement a la vapeur avec explosion, extractions par l'eau et par des solutions acides ou basiques, blanchiments) en vue d'extraire selectivement les pectines et hemicelluloses pour recuperer un materiau essentiellement cellulosique. La structure de la paroi a ete rompue par un traitement mecanique d'homogeneisation qui permet l'individualisation des microfibrilles de cellulose. La caracterisation de ces microfibrilles de cellulose par microscopie electronique montre une grande heterogeneite dans leurs tailles. Une caracterisation chimique revele la presence de residus de pectines et d'hemicelluloses en surface de ces microfibrilles. Ces microfibrilles donnent des suspensions stables dans l'eau. Les proprietes rheologiques de ces suspensions ont ete etudiees. Elles apparaissent comme etant regies par la morphologie de ces microfibrilles et la presence de fonctions acides en surface. Ces proprietes permettent d'envisager un grand nombre d'applications pour ce nouveau materiau que represente la cellulose microfibrillaire de parenchyme.

碩士
中山醫學大學
應用化學系碩士班
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Rhizoma Paridis is a perennial herbaceous plant of the Paris genus (belong to Liliaceae family). Steroidal saponins are the notable bioactive compounds of the herb. However, there is no thorough report concerning composition and content of steroidal saponins in Taiwanese Rhizoma Paridis plants. In the study, we collected Paris formosana HAYATA from various areas of Taiwan followed by isolation, purification and identification of steroidal saponins. A simple method using HPLC-ELSD (evaporative light scattering detection, ELSD) for simultaneous determination of these steroidal saponins was also developed. The method was applied to determine the composition and content of steroidal saponins in the herb samples. 　　Dried methanol extract of P. formosana HAYATA was suspended in water and then partitioned against by n-butanol to yield saponin extract. The extract could be isolated nine steroidal saponins by high preformance liquid chromatography (HPLC). Their structures were identified by LC-MS and NMR. They are three furostanol glycosides including Methyldichotomin, PolyPhyllin H and Methylprotogracillin, and two pennogenin glycosides (spirostanol glycosides) including Paris-VII and Chonglouoside H, and four diosgenin glycosides (spirostanol glycosides) including Formosanin C, Gracillin, Polyphyllin D and Paris V. The established analytical conditions used to determine these saponins were a C18 column (35°C) and a step gradient solvent system consisting of acetonitrile and deionized water （25/75(v/v) in the first 30 min, 45/55(v/v) from 31 to 45 min and 50/50 (v/v) from 45 to 65 min） at a flow rate of 1 ml/min. The P. formosana HAYATA gathered from Nantou and Taitung had higher levels of steroidal saponins.