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Efficacité énergétique dans les bâtiments
L’objectif de toute notion d’efficacité énergétique est la mise en place de solutions d’efficacité énergétique permettant de consommer moins et mieux tout en assurant un bon niveau de confort (psychique et physique) . C’est pourquoi, il est nécessaire de sensibiliser les consommateurs à leur consommation énergétique et de les impliquer activement dans la démarche de concrétisation de l’efficacité énergétique, en les incitant à revoir leurs pratiques et habitudes et à s’investir sans crainte dans l’utilisation des énergies renouvelables et des produits performants.
La consommation globale de l’énergie ne cesse de s’accroître, l’agence internationale de l’énergie estime qu’elle pourrait doubler d’ici 2050. Cette augmentation est engendrée par le biais des moyens énergivores, ou par le biais du comportement de l’homme. Elle entraine alors des conséquences néfastes sur lui, son environnement ainsi que sur le plan économique. Pour réduire ces conséquences, tout en préservant l’environnement et en répondant au confort de l’usager, l’efficacité énergétique est apparue comme une réponse à ces différents enjeux.
Elle constitue une priorité dans le secteur du bâtiment car ce dernier est un grand consommateur de l’énergie. La gestion énergétique globale des bâtiments peut se faire à deux niveaux : Gestion Active ,Gestion Passive.
En effet, la gestion énergétique dite « active » touche à la régulation, et la supervision de l’énergie et la gestion technique du bâtiment. A contrario, la gestion énergétique dite «passive» vise à diminuer les besoins énergétiques à travers l’amélioration de l’isolation de l’enveloppe du bâtiment et sa perméabilité à l’air, la ventilation et les équipements de chauffage.
Classification des bâtiments à efficacité énergétique
Le concept de la performance énergétique dans le bâtiment est apparu pour donner suite à l’utilisation non responsable des énergies fossiles pour le chauffage, la climatisation et l’éclairage. Les bâtiments efficaces sont définis par une série d’objectifs et de solutions techniques conçus pour guider les concepteurs. Ce dernier s’appuie sur différents outils d’aide à la conception qui combinent technologie, matériaux, structure et équipement pour atteindre au mieux les objectifs fixés.
Selon Thiers S., les bâtiments performants doivent pouvoir limiter au maximum la demande de chauffage en hiver et la surchauffe en été. La forte isolation thermique et l’étanchéité à l’air de la coque sont conçues pour réduire les échanges thermiques avec l’extérieur.
La conception des bâtiments performants à faible consommation d’énergie est un processus complexe, il nécessite une approche particulière. En effet, les choix technologiques et architecturaux réservés à ce type de conception ont un impact très important sur la performance énergétique du bâtiment. Par conséquent, la forme, la compacité et l’orientation d’un bâtiment peuvent avoir un impact significatif sur sa performance énergétique. Il en va de même pour le choix des systèmes de chauffage, de ventilation.
Les bâtiments performants à faible consommation se classifient comme suit :
Bâtiment à basse consommation (BBC) : Par rapport aux bâtiments standards, les besoins énergétiques de ce bâtiment sont inférieurs. Le premier niveau de performance peut être atteint en optimisant l’isolation, en réduisant les ponts thermiques et en augmentant les contributions passives.
Bâtiment «passif» (BP) : Ce bâtiment très faiblement consommateur d’énergie ne nécessite pas de systèmes de chauffage ou de rafraîchissement actifs ainsi qu’une réduction des besoins en électricité spécifique et éventuellement une production d’électricité à base de sources d’énergie renouvelables. En fait, un petit système de secours est nécessaire pour maintenir le confort thermique pendant les jours les plus froids. Il est le plus souvent lié à la ventilation.
Bâtiment «zéro énergie» (BZE) : Le bâtiment combine des exigences de faible consommation d’énergie avec des méthodes de production d’énergie locales. Si vous considérez plus d’un an, sa production d’énergie équilibrera sa consommation. Son bilan énergétique net annuel est donc nul.
Bâtiment «à énergie positive» (BEP) : Ce bâtiment générateur d’énergie dépasse le niveau de «consommation d’énergie nulle», et l’énergie totale qu’il produit dépasse l’énergie qu’il consomme. Comme le bâtiment précédent, le bâtiment est également connecté au réseau de distribution d’énergie et l’énergie restante peut être fournie au réseau de distribution d’énergie.
Stockage de l’énergie thermique
Le chauffage et la climatisation représentent près de 50% de la consommation énergétique. Les sources de chaleur proviennent essentiellement du soleil et de la chaleur produite par certaines industries. L’énergie thermique peut être stockée suite à l’élévation de la température qui modifie l’énergie interne du matériau.
Le stockage thermique par changement d’état est une technologie innovante et prometteuse en matière d’économie d’énergie. Il s’agit d’un domaine de recherche relativement nouveau qui a commencé avec le Dr Telkes dans les années 1940. Ses travaux n’ont pas suscité au début beaucoup d’intérêt et ce jusqu’à la crise énergétique de la fin des années 1970 et le début des années 80. Par conséquent, l’eau est le plus connu des accumulateurs de chaleur latente : par exemple, elle peut être utilisée pour le refroidissement sous forme de glace. Pour augmenter ou diminuer la température d’un corps, nous devons soit retirer, sois ajouter une certaine quantité d’énergie, l’unité qui permet de quantifier cette énergie est le Joule (J), et plus exactement le kiloJoule (kJ).
Classification des matériaux à changement de phase
Les MCP sont classés en trois grandes familles selon leur nature chimique à savoir les MCP organiques (paraffines, corps non-paraffinées, Polyalcools), inorganiques (hydrates salins, sels, métaux, alliages) et eutectiques (corps inorganiques et/ou organiques) .
MCP organiques à base de paraffine
Les paraffines de type CnHn+2 sont un groupe d’hydrocarbures saturés. Le nombre d’atomes de carbone entre 5 et 15 de la chaîne sont à l’état liquide dans les conditions ambiantes et le reste ont des solides cireux. Les paraffines ont généralement une grande capacité de chaleur latente. Ils ont une longueur grande de la chaîne, les plages de fusion augmentent également, tandis que la capacité de chaleur latente de la fusion n’est soumise à aucun ordre particulier. En général, les paraffines sont des substances sûres, fiables, peu coûteuses et non irritantes, relativement obtenues dans une large gamme de températures.
En ce qui concerne les questions économiques, la plupart des paraffines de qualité technique peuvent être utilisées comme MCP dans les systèmes de stockage de la chaleur latente. D’un point de vue chimique, les paraffines sont inactives et stables. Elles présentent des changements de volume modérés (10 à 20 %) lors de la fusion, mais leur pression de vapeur est faible. Les MCP à base de paraffine ont généralement une grande stabilité pour les très longs cycles de cristallisation-fusion.
Outre leurs propriétés favorables, les paraffines présentent également des propriétés indésirables telles qu’une faible conductivité thermique, des températures de fusion basses et une inflammabilité modérée à élever. Certains de ces inconvénients, en particulier la conductivité thermique et l’inflammabilité, peuvent être partiellement éliminées à l’aide d’additifs ou de composites de paraffine.
MCP à forme stable MCPP
Ces dernières années, la recherche sur les MCP à matrice polymérique et à forme stable a pris une grande importance. Parmi ces types de matériaux à changement de phase, le composite paraffine-polymère est particulièrement intéressant. La combinaison de la paraffine et des polymères en tant que nouveaux MCP ayant une structure contrôlable unique peut être largement utilisée. Ce composé reste solide au point de fusion de la paraffine et même au-delà sans aucun ramollissement, c’est pourquoi ce type de MCP est appelé « shape-stable ». Ces matériaux sont bien formés et ont une capacité d’absorption d’énergie élevée ; ils peuvent donc être largement utilisés comme MCP stables avec des propriétés spécifiques. D’autre part, certains problèmes tels que le coût élevé et la difficulté d’encapsuler les particules pourraient être résolus. Malgré ces avantages, certains inconvénients communs tels qu’une faible stabilité thermique, une faible conductivité thermique et une inflammabilité relativement élevée peuvent restreindre leur application, notamment dans les matériaux de construction. Pour cette raison, des études complémentaires sont nécessaires pour éliminer ces inconvénients et améliorer les propriétés de ces matériaux.
MCP dans les matériaux de construction : applications et réalisations
Le rôle primaire des bâtiments est de protéger les humains contre les variations extrêmes du climat. Une manière efficace pour réaliser des économies d’énergie dans le bâtiment est de mettre en œuvre des systèmes solaires passifs ou actifs . Dans ce qui suit, nous nous concentrerons sur les systèmes solaires passifs. ll y a certaines limitations à l’intégration d’un système de chauffage solaire passif dans un bâtiment résidentiel classique. Le rayonnement solaire étant intermittent, variable et imprévisible, le concept de construction solaire passive implique généralement le besoin d’un grand nombre de structures pour stocker la chaleur . Cette structure volumineuse limite la flexibilité dans la disposition et l’adaptation ultérieure du bâtiment .
En outre, parce que l’énergie est stockée en tant que chaleur sensible, la surchauffe se produit de temps en temps pendant des périodes de rayonnement solaire élevé. Cette surchauffe dégrade les conditions de confort. Le stockage de chaleur potentiel peut être utilisé pour réduire considérablement les problèmes causés par les conceptions solaires passives traditionnelles. Dans les systèmes de stockage par chaleur latente, les MCP sont employés pour absorber (ou dégager) une quantité significative d’énergie thermique pendant le changement de phase solide – liquide tout en subissant de petites variations de température.
L’avantage essentiel du système de stockage thermique utilisant les MCP est qu’il peut être sensiblement plus léger et moins volumineux pour une même quantité d’énergie stockée. L’intégration du MCP dans le bâtiment peut se faire à travers des planchers chauffants, des plafonds, des fenêtres ou des murs .
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I :Matériaux à changement de phase et leur utilisation dans le secteur du bâtiment
1.1. Introduction
1.2. Efficacité énergétique dans les bâtiments
1.2.1 Gestion Active de l’énergie
1.2.2. Gestion Passive de l’énergie
1.2.3. Classification des bâtiments à efficacité énergétique
1.2.4. Efficacité énergétique dans le bâtiment en Algérie
1.3. Stockage d’énergie
1.3.1 Stockage de l’énergie thermique
1.4. Matériaux à changement de phase
1.4.1 Description
1.4.2. Classification des matériaux à changement de phase
1.4.2.1 MCP organiques à base de paraffine
1.4.2.2. MCP à forme stable MCPP
1.4.3 MCP dans les matériaux de construction : applications et réalisations
1.5 Quelques réalisations de projet avec les MCP
1.6 Conclusion
Références Bibliographiques du Chapitre 1
Chapitre II :Identification des propriétés thermo-physiques des MCP
2.1. INTRODUCTION
2.2 Matériaux
2.3. Mesures physiques
2.3.1. Analyse granulométrique
2.3.2. Observations microscopiques
2.3.3. Mesure de la masse volumique absolue et apparente
2.3.4. Mesure de la teneur en eau
2.4. Mesures Thermiques
2.4.1 Chaleur spécifique
2.5. Formulation du Béton-MCP
2.6. Mesure de l’affaissement
2.7. Résistance à la compression
2.8. Propriétés thermiques des bétons-MCP
2.8.1 Méthode du fil chaud
2.8.2. Méthode du plan chaud
2.9. Conclusion
Références Bibliographiques du Chapitre 2
Chapitre III :Modélisation numérique d’une paroi en Béton-MCP
3.1. Introduction
3.2. Méthodes de résolution du problème de transfert avec changement de phase
3.3. Description du modèle numérique
3.4. Géométrie, Maillage et outil de résolution
3.4.1. Géométrie étudiée
3.4.2 Conditions aux limites
3.4.3 Description de GAMBIT 2.4.6
3.4.4. Génération du maillage par GAMBIT
3.4.5 Code Fluent
3.5. Simulation numérique de la paroi en béton-MCP
3.6. Conclusion
Chapitre IV :Résultats et Interprétation
4.1. Introduction
4.2. Formulation mathématique du problème 2D
4.3. Problème physique étudié
4.4 Résultats et discussions
4.5. Conclusion
Conclusion générale
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