Thermique et énergétique des bâtiments et leur environnement

Contexte

La maîtrise de la qualité des ambiances, l’efficacité énergétique des bâtiments et des systèmes associés ainsi que leur contrôle-commande sont au centre des travaux menés dans le groupe.
Le bâtiment est un système complexe dans lequel interagissent des transferts de chaleur par conduction, rayonnement, convection et advection/diffusion. Au-delà des aspects d’interaction du bâtiment avec son environnement climatique proche, le bâtiment devient un nœud central dans les réseaux de génération, de stockage et de distribution de l’énergie. La question de multiplicité d’échelles d’observation et d’analyse s’élargit et s’impose donc à nous.

Les problèmes de transferts thermiques couplés peuvent être locaux, à l'échelle du matériau, à l'échelle de la surface d'une paroi, à l'échelle d'un composant, à l'échelle d'un bâtiment voire même à l'échelle du quartier, de la ville.

La compréhension du couplage entre phénomènes se heurte actuellement à la complexité d'enchevêtrement de l'échelle spatiale, l'échelle de temps et de l'échelle d'observation/analyse. L'échelle temporelle peut varier de quelques millisecondes pour les problèmes d'écoulements turbulents à plusieurs décennies lorsqu'il s'agit d'évaluer l'impact d'un système géothermique. L'échelle spatiale peut être quasi ponctuelle et varier jusqu'à plusieurs kilomètres lorsqu'il s'agit d'examiner le bâtiment dans son environnement, intégré à un îlot urbain. C'est bien l’échelle d'observation/analyse qui sera le fil conducteur de la modélisation des transferts couplés dans le bâtiment : l’adaptation des modèles à une problématique particulière imposera les simplifications et/ou les réductions dont l’impact sera alors mesurable!
Par ailleurs, les phénomènes de transfert de chaleur et de masse sont sujets à des imprécisions importantes liées à la bonne connaissance et à l'incertitude des paramètres temporels liés à l’environnement, au contrôle des systèmes énergétiques et à la présence humaine. Les modélisations proposées aux différentes échelles sont validées/calibrées par des essais en vraie grandeur dans la cellule expérimentale à ambiance contrôlée MINIBAT ou in-situ.

Objectifs

Identifier, décrire et modéliser les mécanismes physiques impliqués dans les phénomènes de transferts thermique, aéraulique et hydrique aux différentes échelles,
Synthétiser ces connaissances dans des modèles à dimension réduite autorisant la simulation, la conception et le contrôle des systèmes thermiques à l’échelle du bâtiment,
Valider/calibrer les codes de calcul,
Maîtriser les flux (thermiques et hydriques) à travers l’enveloppe pour tendre vers des bâtiments autonomes en énergie et confortables,
Développer des méthodes ainsi que des outils numériques et expérimentaux transférables aux industriels et aux bureaux d’études.

Compétences scientifiques

Modélisation et simulation des phénomènes couplés thermo-hygro-aéraulique
Réduction des dimensions des modèles d'état
Analyse des propriétés numériques des modèles
Identification expérimentale des paramètres
Contrôle à modèle interne des flux d'énergie dans le bâtiment.
Expérimentation sur une cellule en environnement contrôlé
Expérimentation et suivi in-situ

Quelques collaborations internationales

Université de Tshingua (Chine) , Université Fédérale de Rio de Janeiro (Brésil) , Ecole Polytechnique de Montréal et Université de Concordia, (Canada) , Université Technique de Construction de Bucarest (Roumanie) , Ecole Royale Militaire Belge et Université Catholique de Louvain (Belgique) , Ecole Polytechnique de Turin (Italie) , Pontifical Catholic University of Paraná, Curitiba (Brésil) , University of Kragujevac (Serbie) ,