Confort thermique des habitations à panneaux de façade en béton préfabriqué comportant des matériaux à changement de phase dans le contexte D’un climat de type méditerranéen

Abstract

Cette thèse porte sur le confort thermique de panneaux en béton préfabriqué intégrant des matériaux à changement de phase (MCP). Au-delà d’apporter une réponse à l’un des enjeux importants dans la lutte contre le dérèglement climatique, à savoir la consommation énergétique des bâtiments, la solution proposée est biosourcée et donc s’inscrit dans une démarche dépassant ces objectifs. Concrètement, il s’agit de développer un béton de stockage d'énergie thermique (TESC) en ajoutant à un béton ordinaire des agrégats légers composites (cLWA), constitués de LWA imprégnés d'un MCP biosourcé à faible coût. Trois types de LWA minéraux ont été utilisés (bentonite,sépiolite et gel de silice), ainsi que deux méthodes d'imprégnation, à savoir l'imprégnation directe et l'imprégnation sous vide. Le MCP retenu est une huile végétale, dont le changement de phase est situé autour de 23-26 °C. La microstructure et la morphologie des cLWA ont été analysées par MEB, tandis que la compatibilité chimique a été déterminée avec une FTIR. Les TESC ont été préparés soit par simple ajout, soit en remplaçant un composant de base (sable ou gravier) par le cLWA. Les propriétés thermo-physiques du MCP et du cLWA ont été obtenues au moyen d'une DSC, tandis que les caractéristiques thermiques du TESC ont été évaluées avec un montage expérimental dit des plaques chaudes gardées. Les meilleurs taux d'imprégnation ont été obtenus avec du gel de silice, mais les tests mécaniques ont montré que la sépiolitedevait être préférée. Malgré une perte de résistance mécanique, il est démontré que des TESC avec une résistance à la compression supérieure à 7-10 MPa sont réalisables. On montre également qu'une amélioration de 24,4% et supérieure à 13,5% est réalisable pour la capacité de stockage d'énergie et la conductivité thermique, respectivement. Ensuite, ont été évaluées les performances thermiques d'une cellule d'essai appelée TESC-S25-b-Cell conçue avec des panneaux muraux en béton léger dans lequel le sable, qui représente 25% du volume total, est remplacé par le même volume de cLWA-S. Cette cellule est soumise aux aléas des variations climatiques sur quelques jours en même temps qu'une autre cellule, de mêmes dimensions, avec des murs en béton ordinaire appelés C-R-Cell, à des fins de comparaison. Les mesures ont porté sur la température de l'air à l'intérieur et à l'extérieur des cellules, la température des parois ainsi que les flux thermiques échangés au niveau des parois et la quantité de chaleur absorbée par ces parois. Nos expériences, réalisées principalement en période estivale, ont montré une augmentation de la capacité thermique de l'enveloppe par l'ajout de MCP, conduisant à une diminution de la température intérieure des cellules. Cet effet, positif pour le confort thermique des cellules, s'accompagne d'une réduction de l'épaisseur et donc du poids des panneaux muraux par rapport aux panneaux muraux en béton ordinaire.