Soutenance mémoire
L’analyse des conditions de « confort thermique » dans le cadre de ce projet est tout à fait novatrice car elle permet d’étendre les études déjà réalisées non seulement au climat chaud (celui de La Réunion) mais aussi aux bâtiments naturellement ventilés. L’objectif, en ce qui nous concerne, étant de réduire un maximum les consommations liées au rafraichissement du bâtiment, il devient décisif d’évaluer dans quelle mesure la ventilation naturelle transversale et le brassage d’air suffit à atteindre des conditions intérieures satisfaisantes. A la Réunion, les conditions climatiques sont difficiles (température et humidité élevées) et le seul moyen d’évacuer la chaleur pour l’Homme est la régulation physiologique par vasodilatation et surtout par sudation. Cette dernière se traduit naturellement par un transfert de chaleur et surtout de masse d’eau, qui pour maintenir un certain équilibre thermique, doit être évaporée. Dans de telles conditions d’humidité, cette évaporation ne peut s’effectuer que par une augmentation notable de la vitesse d’air, c’est‐à‐dire par la création d’un courant d’air. Cependant, dans des conditions de sédentarité, ces courants d’air peuvent être à l’origine d’un inconfort local qui dépend non seulement de la vitesse et de la direction de l’air mais aussi des turbulences engendrées. Ces données, ainsi que la température et l’humidité, sont indispensables à l’évaluation du confort (global et local) et doivent donc être déterminées soit expérimentalement soit par simulation numérique. Une bonne connaissance du climat intérieur et plus particulièrement aux abords de l’occupant permettra de déterminer les indices adaptés à ces conditions permettant ainsi de qualifier l’ambiance intérieure. La prise en comte du comportement de l’occupant est indispensable à la compréhension des interactions. Un modèle de thermo régulation physiologique sera inclus dans la démarche au même titre qu’une approche adaptative. Ces deux démarches permettent de placer physiquement l’individu au centre de son environnement et ainsi représenter leurs interactions : échanges thermiques, régulation physiologique (Homme = machine thermique), action sur les modes de régulation disponibles (ouverture des fenêtres, mise en route des ventilateurs ou de la climatisation, changement de position…). L’approche adaptative permet en outre l’adaptation de la température de consigne en fonction des conditions extérieures : ceci a pour effet de ne pas créer de chocs thermiques entre l’intérieur et l’extérieur et d’optimiser la régulation du système énergétique (inutile de climatiser à 25°C si 27°C suffit).
Evaluation de la qualité des ambiances
Définition du confort thermique
« Le confort thermique est un état d’esprit qui exprime une satisfaction de son environnement ; le sujet ne peut pas dire s’il veut avoir plus chaud ou plus froid. »
La thermorégulation
La thermorégulation regroupe les réactions mise en œuvre par l’Homme afin de maintenir un bilan thermique le plus proche de la neutralité. Cette neutralité permet de maintenir une température interne de 37°C. La thermorégulation est un mécanisme vital permettant d’éviter (ou retarder en conditions extrêmes) une hypo ou hyperthermie. La thermorégulation peut être de type :
‐ Physiologique : elle est inconsciente et est effectuée naturellement par le corps humain en fonction de son bilan thermique, lui‐même influencé par le climat environnant;
‐ Comportementale : elle est consciente et se traduit par une modification des facteurs influençant la sensation thermique (tenue vestimentaire, consignes des systèmes énergétiques…).
Pour illustrer cette théorie, on peut dire que si un individu est situé dans une ambiance chaude et humide, son corps va engendrer inconsciemment une thermorégulation physiologique. Celle‐ci se traduit par le mécanisme de vasodilatation voire de sudation. Si ce mécanisme est inconfortable (mouillure cutanée trop importante) ou insuffisant (trop humide pour évacuer correctement l’excès de sueur et donc de chaleur), l’individu va réagir consciemment en modifiant sa tenue vestimentaire ou en ouvrant les fenêtres. La régulation comportementale représente les fondements de la théorie de démarche adaptative.
La thermorégulation physiologique
Les réactions de thermorégulation physiologiques se traduisent par une modification du débit sanguin du centre vers la périphérie, la sudation ou encore le frisson.
Ainsi, lorsque l’individu est soumis à un climat chaud, les vaisseaux sanguins se dilatent, augmentant le débit sanguin et de fait l’évacuation de chaleur du centre vers la peau : c’est ce que l’on appelle la vasodilatation. Elle peut augmenter le débit jusqu’à 15 fois (de 1,7mL/(s.m²) à 25 mL/(s.m²)) ce qui engendre des transferts thermiques beaucoup plus conséquents. Inversement, la vasoconstriction réduit ces échanges thermiques permettant de mieux conserver la chaleur interne et ainsi supporter des ambiances climatiques froides. La sudation est un phénomène qui intervient après la vasodilatation. Elle consiste en l’évacuation de chaleur et de masse d’eau du corps humain vers l’environnement. En climat chaud, c’est le moyen le plus efficace d’évacuer de la chaleur et même parfois le seul. Cette sudation a un rendement qui est d’autant plus important que l’humidité relative extérieure est faible et les vitesses d’air importantes. En effet le système de thermorégulation physiologique détermine la quantité d’eau devant être évaporée pour maintenir l’homéothermie, cette quantité d’eau suée est alors excrétée au niveau de la peau : selon les conditions ambiantes elle sera ou non évaporée. Si l’ambiance est trop humide la totalité de l’eau suée ne pourra pas être évaporée et va alors rester sur la peau ce qui augmente la mouillure cutanée et peut être perçue comme inconfortable. Le frisson quant à lui permet par contraction des muscles d’augmenter la production de chaleur. Le métabolisme peut alors atteindre 4,5met (soit 261W/m²) ce qui représente un métabolisme 4.5 fois plus important que celui observé en moyenne sur un individu au repos.
La prise en compte de ces mécanismes permet de déterminer des indicateurs physiologiques tels que la mouillure cutanée ou la température de peau. Ces derniers sont déterminants quant à l’interprétation et au calcul des indices d’évaluation du confort. Des modèles de physiologie, basés sur des équations de transfert de masse et de chaleur au sein du corps humain, permettent de déterminer en régime transitoire les données thermo‐physiologiques qui nous sont nécessaires. Gagge et ses collaborateurs ont ainsi développé un modèle numérique représentant le comportement thermique du corps humain face à une (des) contrainte(s) climatique(s). Ce dernier est schématisé comme deux compartiments concentriques (on parle de modèles à deux nœuds) et représentant le centre du corps et sa périphérie. Ces compartiments sont isothermes et modélisent les transferts de chaleur de types conductifs (par les tissus) et convectifs (via la circulation du sang) entre le noyau et la périphérie. La prise en compte des mécanismes de thermorégulation permet la détermination des données nécessaires à l’évaluation du jugement thermo‐sensoriel.
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Table des matières
1. Introduction générale
2. Evaluation de la qualité des ambiances
2.1. Définition du confort thermique
2.2. Les indices d’évaluation du confort thermique
2.3. La thermorégulation
2.3.1. La thermorégulation physiologique
2.3.2 L’approche adaptative du confort thermique : la thermorégulation comportementale
3. Le cas particulier de l’étude
3.1 Les climats chauds et humides
3.2 Les bâtiments naturellement ventilés
3.3 Vers des indicateurs adaptés
4. Etude de sensibilité des indicateurs
4.1. Impact de la température, de l’humidité et de la vitesse d’air sur la mouillure cutanée
4.2. Lien entre débit sudoral et mouillure cutanée
4.3. Impact du temps d’exposition sur la mouillure et la température cutanée
4.4. Impact de la température, de l’humidité et de la vitesse d’air sur le rendement évaporatoire
4.5. Sensibilité des indicateurs de confort aux variables climatiques
4.5.1 Indice d’inconfort DISC lié à la mouillure
4.5.2 Indice d’inconfort lié au courant d’ait PD
4.5.3 Indice de confort PMV
4.5.4 Effective Temperature Index ET*
4.5.5 Vers d’autres indices
Conclusion
Liste des figures
Liste des tableaux
Bibliographie
