Étude et optimisation de la façade pour un confort thermique et une efficacité énergétique (Cas des bâtiments tertiaires dans un climat chaud et aride).

Abstract

La maitrise de l’ambiance thermique des bâtiments à travers la façade tout en minimisant la consommation énergétique est considérée comme un défi pour les concepteurs. De nos jours, ce défi est d’autant plus difficile à relever particulièrement avec les conditions climatiques et économiques actuelles qui ont fait de la performance énergétique une exigence mondiale dans tous les domaines en particulier dans celui du bâtiment. A l’instar d’autres pays, le secteur tertiaire en Algérie est considéré comme un secteur énergivore par excellence, puisqu’il détient à lui seul un taux non négligeable de la consommation énergétique. A ce titre, les immeubles de bureaux qui constituent l’essentiel du cadre bâti tertiaire, sont marqués non seulement par leur manque de confort thermique mais aussi par leur caractère énergivore à outrance dont une grande partie de l’énergie est utilisée principalement pour répondre aux besoins du confort thermique (chauffage et climatisation). Cette situation est le résultat d’une pratique architecturale indifférente au contexte où très souvent les aspects thermiques, énergétiques et les spécificités climatiques sont négligés lors de la conception. Il en résulte des impacts négatifs sur l’ambiance thermique, l’homme et l’environnement. Pour pallier à cette situation, la présente recherche s’est fixée comme objectif d’évaluer puis d’optimiser le comportement thermique des façades des immeubles de bureaux situés dans les zones chaudes et arides en prenant comme cas d’étude la ville de Biskra. Le travail d’investigation s’est focalisé précisément sur les éléments de la façade (matériaux, ouvertures, surfaces et dispositifs) afin de maitriser et d’améliorer leurs performances thermiques et énergétiques dans un contexte climatique chaud et aride. Pour ce faire, la méthodologie utilisée a été fondée sur une approche empirique (prise de mesures in situ combinée à une enquête par questionnaires) afin d’étudier le fonctionnement thermique d’un corpus de bâtiments existants. Un travail expérimental a été entrepris à travers la réalisation de quatre cellules tests à une échelle réduite a permis d’étudier les différents types de façade sous des conditions réelles. Enfin, une étude paramétrique par le logiciel de simulation thermique dynamique TRNSYS a été réalisée afin d’étudier et d’optimiser l’influence de certains paramètres. Les impacts de différents éléments de la façade sur le plan thermique et énergétique ont été étudiés, notamment : les matériaux, les dispositifs, la composition des parois, les caractéristiques des ouvertures ainsi que les propriétés surfaciques de la façade. L’étude sur terrain a été effectuée sur un corpus de neuf bâtiments représentant les typologies de façades les plus récurrentes et représentatives dans la ville de Biskra (simple, vitrée, double peau, ventilée,…). Ces bâtiments ont permis d’étudier l’influence des choix conceptuels et matériels des éléments de la façade sur le comportement thermique des constructions et la sensation des usagers. Pour sa part, l’étude expérimentale a porté sur l’exploitation d’une cellule de référence en testant trois paramètres dans les autres cellules (la performance de la surface extérieure, la double peau et la façade ventilée). Enfin, la simulation numérique a donné la possibilité d’élaborer une série de modèles pour étudier l’impact des propriétés des fenêtres (ratio, type de vitrage et facteur d’ombrage) ainsi que les propriétés surfaciques (couleur et texture) de la façade. A l’issue de ce travail, les paramètres matériels les plus influant des éléments de la façade ont pu être optimisés. Finalement, les résultats obtenus ont confirmé que la façade représente la surface d’interaction et d’échange thermique entre l’intérieur et l’extérieur dont la performance relève de plusieurs facteurs conceptuels, matériels et techniques. Des choix conceptuels appropriés relativement aux éléments de la façade qui prendraient en considération les spécificités climatiques du contexte permettent d’améliorer les ambiances thermiques des bâtiments tout en réduisant les besoins énergétiques.