Le transfert d’énergie de l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment

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La convection thermique [8]

La convection est le mode de transmission qui implique le déplacement d’un fluide gazeux ou liquide (écoulements) et échange de la chaleur avec une surface qui est à une température différente.
Pour un système solide, seul le transfert par conduction est possible.
Pour une pièce chauffée par le sol, l’air situé au niveau du sol, plus chaud donc plus léger que l’air situé au-dessus, tend à s’élever (poussée d’Archimède) ce qui provoque l’apparition d’un mouvement amenant l’énergie thermique dans la pièce. Le mouvement d’ensemble des molécules d’air dû à des différences de température est la convection naturelle.

Quelques exemples des matériaux de construction

 Brique de terre : Depuis environ 6000 ans, on utilise la brique dans la construction (figure II.1). Elle était composée d’un mélange d’argile et de terre séchée au soleil : on l’appelait l’adobe.
Actuellement, elle est produite à partir de terre cuite composé d’argile séchée au soleil pendant un an, mélangée à de l’eau, du sable et de la sciure de bois ; ce mélange obtenu sera broyé, humidifié, moulé et cuit. Les produits finis, utilisés encore aujourd’hui, restent les mulots (briques pleines) pour fonction décorative mais aussi les blocs à alvéoles verticales multiple ou monomurs terre cuite. Certains monomurs sont actuellement remplis de matériaux isolants, cela a pour effet d’améliorer leurs performances.
 Laine de mouton : La laine de mouton utilisée pour les matériaux de construction est un sous-produit ovin (figure II.2). Il s’agit en général de laine impropre pour l’industrie textile. Elle permet la création de produit de construction comme les rouleaux ou panneaux, la laine en vrac et les écheveaux.

Mise en équation du transfert de chaleur

Pour simplifier, on considère le transfert de chaleur unidirectionnel par conduction suivant x dans un matériau poreux comme représenté sur la figure II.10. Nous supposons que les propriétés thermiques du matériau ne dépendent pas dela température pour respecter les hypothèses énoncés précédemment. Isolons un élément de largeur dx et effectuons un bilan des flux entrants et sortant de cet élément. On désigne par S la section de passage du flux et par V le volume compris entre x et x  dx .

Résultat et interprétation de la variation de température pendant une journée 

La figure III.1 montre la variation de la température pendant une journée à partir de données du tableau (3). Si on observe cette figure, on voit que la température décroit entre 00 heures à 03heures ; ensuite, elle se stabilise pendant quelque heure et puis augmente rapidement jusqu’à 12 heures et après elle décroit jusqu’à minuit.

Transfert de chaleur à travers une paroi simple

Sur la figure (III.2), les courbes qui indiquent les variations de la température de Brique, Liège et la Pouzzolane restent constantes entre 0 et 0,2 m d’épaisseur puis elles augmentent jusqu’à la température interne. Mais les trois autres courbes varient lentement jusqu’à atteindre la température intérieur du mur.
Ces différentes variations dépendent des caractéristiques de chaque matériau. A partir de ces courbes, on peut voir que pour les matériaux isolants (matériaux qui ont des coefficients de conductivité thermique : 0,04 / W mK  ) la température augmente à travers l’épaisseur de mur.

Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 06heures du matin

La figure III.4 montre l’évolution de la température pour différents matériaux à 06 heures du matin avec une température externe à 15°C. Les courbes en rose, jaune et bleu représentent les variations de la température des Brique, Liège et Pouzzolane. On n’observe pas de variation de température pour 0 à 0,2 m d’épaisseur. A partir de 0,2m, la température augmente jusqu’à la température interne. Les courbes en rouge, en vert et en noir qui représentent la variation de la température de laine de mouton, laine de verre et textile. Ces trois courbes varient lentement dans la paroi pour atteindre la température interne du mur. Ces différentes variations dépendent des caractéristiques de chaque matériau. A partir de ces courbes, on met en évidence la variation de la température des matériaux non isolants (matériaux qui ont des coefficients de conductivité supérieur ou égal à 0,04W / mK ) avec l’épaisseur. D’après la figure III.4, si on utilise des matériaux non isolants il faut une l’épaisseur plus de 0,22m pour stabiliser la température interne.

Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 10 heures

Sur la figure (III.6), on observe la variation de la température des différents matériaux à 10 heures du matin avec une température externe de 23°C. La variation de la température des Brique, Liège et Pouzzolane dans la paroi se divise en deux : de 0 à 0,2 m d’épaisseur, la température se stabilise à la température externe et au-delà de 0,2m, elle décroit pour atteindre la température interne du mur. Pour les trois autres matériaux, on a une décroissance parabolique de la température jusqu’à la température interne de la paroi. Ces différentes variations dépendent des caractéristiques des matériaux. D’après ces résultats, on peut conclure que les matériaux isolants mettent diminues la température pour toute épaisseur utilisée.

Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 12 heures

Sur la figure (III.8), on observe la variation de la température des différents matériaux à 12 heures avec une température externe de 26°C. La variation de la température des Brique, Liège et Pouzzolane dans la paroi se divise en deux : entre 0 et 0,2 m d’épaisseur, la température reste stable et identique à la température externe, puis elle décroit jusqu’à atteindre la température interne du mur.
Pour les trois autres matériaux, la température décroit continuellement jusqu’à la température interne du mur. On peut affirmer alors que les variations de température dépendent du coefficient de conductivité thermique des matériaux. Si leur coefficient de conductivité thermique est inférieur à 0,04W/m.K, la température diminue pour tout épaisseur choisie. Mais pour les matériaux de coefficient de conductivité supérieur à 0,04W/m.K, la température diminue quand l’épaisseur est supérieure à 0,2m.

Table des matières

Chapitre I : Généralités sur les matériaux poreux
I.1-Milieux poreux
I.1.1. Définition de milieu poreux
I.1.2. Structure de milieu poreux
I.2. Les matériaux poreux
I.2.1.Définition
I.2.2.Proprietés des matériaux poreux
a) La porosité
b) La densité
c) La perméabilité
I.3.Modes de transfert de chaleur dans le milieu poreux
I.3.1-Conduction thermique
a) Définitions :
b) Loi De FOURIER
c)Lignes et tube de courant
d) Résistance thermique
e) Equation fondamentale de transfert chaleur par conduction.
f) Conditions aux limites de transfert de chaleur
I.3.2.Le transfert de chaleur par rayonnement
a) Définition
b) Loi de BEER LAMBERT
c) Coefficient d’échange thermique par rayonnement
I.3.3.La convection thermique
Chapitre II : Matériels et Méthodes
II.1.Matériaux et Matériels
II.1.1. Matériaux de construction
a)Définition
b) Quelques exemples des matériaux de construction
II.1.2. Matériels
a) Matlab
b) Microsoft Word
II.2. Mise en équation de transfert de chaleur dans le milieu poreux
II.2.1. Système étudié
II.2.2.Le transfert d’énergie de l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment
a) Les différents flux de chaleur
b) La température intérieure du mur
II.2.3. Mise en équation du transfert de chaleur
II.2.4. Conditions initiales
II.2.5. Conditions aux limites
II.2.6. Equations à l’interface des deux couches
II.3. Méthode de résolution numérique
II.3.1. Présentation de la méthode
II.3.2. Maillage du domaine
II.3.3. Discrétisation des équations différentielles
II.3.4. Programmation informatique
Chapitre III : RESULTATS ET INTERPRETATIONS
III.1-Résultat et interprétation de la variation de température pendant une journée
III.2.Transfert de chaleur à travers une paroi simple
III.2.1.Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 00heure
III.2.2. Evolution de la température pour différents matériaux pour une même épaisseur à 00 heure
III.2.3. Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 06heures du matin
III.2.4. Evolution de la température pour différents matériaux pour une même épaisseur à 06 heures du matin
III.2.5. Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 10 heures .
III.2.6. Evolution de la température pour différents matériaux pour une même épaisseur à 10 heures
III.2.7. Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 12 heures
III.2.8. Evolution de la température de différents matériaux pour une même épaisseur à 12 heures
III.2.9. Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 18 heures .
III.2.10. Evolution de la température de différents matériaux pour une même épaisseur à 18 heures
III.2.11. Transfert de chaleur à travers un mur de caractéristiques différentes à 21 heures
III.2.12. Evolution de la température de différents matériaux pour une même épaisseur à 21 heures
III.3. Transfert de chaleur à travers une paroi multicouche :
III.3.1. Evolution de la température pour un mur composé de 2 matériaux différents
III.3.2.Evolution de la température pour un mur composé de 2 matériaux différents
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIES

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