Étude des mécanismes de transferts couplés de chaleur et d'humidité dans les matériaux poreux de construction en régime insaturé PDF Download
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Book Description
Le présent travail a pour objectif de comprendre l'influence des paramètres géométriques des éco-matériaux d'enveloppe, tels que le béton de chanvre, sur les mécanismes de transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité afin de prédire le comportement du bâtiment dans le but de le piloter et de l'améliorer dans sa durabilité. Pour cela, une approche multi-échelle est mise en place. Elle consiste à maîtriser les phénomènes physiques dominants et leurs interactions à l'échelle microscopique. S'ensuit, une modélisation à double échelle, microscopique-macroscopique, des transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité qui prend en compte les propriétés intrinsèques et la topologie microstructurale du matériau moyennant le recours à la tomographie rayon X conjuguée à la corrélation d'images 2D et 3D. Pour cela, une campagne de caractérisation fine des propriétés physiques et hygrothermiques du béton de chanvre confectionné au laboratoire a été réalisée. Elle s'est focalisée sur l'étude de l'impact du vieillissement, l'état thermique et hydrique du matériau sur ses propriétés intrinsèques. Les résultats montrent une excellente capacité d'isolation thermique et de régulation naturelle d'humidité du béton de chanvre. Puis, une caractérisation microscopique par différentes techniques d'imagerie a été effectuée. Les reconstructions 3D du matériau réel scanné au tomographe aux rayons X à différentes résolutions montrent que le béton de chanvre possède plusieurs échelles de porosité, allant de la microporosité au sein du liant et des chènevottes à la macroporosité inter-particulaire. Le comportement hygro-morphique sous sollicitations hydriques a été ensuite étudié. Les résultats de la corrélation d'image numérique 2D et de la tomographie aux rayons X couplés à la corrélation d'images volumiques, montrent la nature du comportement du béton de chanvre soumis à des hygrométries différentes. En effet, la chènevotte subit des déformations plus importantes que le liant, causant ainsi des modifications de la microstructure du matériau. Sur le volet de la modélisation, moyennant la technique d'homogénéisation périodique un modèle des transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité dans les matériaux poreux de construction a été développé. Les tenseurs de diffusion et de conductivité thermique homogénéisés ont été calculés numériquement. Ensuite, une confrontation entre les résultats du calcul des coefficients de diffusion macroscopique et ceux expérimentaux obtenus au LaSIE a été réalisée. Elle met en évidence la qualité de la prédiction. De plus, la conductivité thermique de la phase solide a été ainsi déduite. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse ont mis en exergue l'influence de l'état hydrique et thermique du béton de chanvre sur ces propriétés intrinsèques, et sa microstructure très hétérogène. Ils ont révélé aussi les limites des approches phénoménologiques basées sur l'établissement des bilans de masse, de quantité de mouvement et d'énergie.
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Le présent travail a pour objectif de comprendre l'influence des paramètres géométriques des éco-matériaux d'enveloppe, tels que le béton de chanvre, sur les mécanismes de transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité afin de prédire le comportement du bâtiment dans le but de le piloter et de l'améliorer dans sa durabilité. Pour cela, une approche multi-échelle est mise en place. Elle consiste à maîtriser les phénomènes physiques dominants et leurs interactions à l'échelle microscopique. S'ensuit, une modélisation à double échelle, microscopique-macroscopique, des transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité qui prend en compte les propriétés intrinsèques et la topologie microstructurale du matériau moyennant le recours à la tomographie rayon X conjuguée à la corrélation d'images 2D et 3D. Pour cela, une campagne de caractérisation fine des propriétés physiques et hygrothermiques du béton de chanvre confectionné au laboratoire a été réalisée. Elle s'est focalisée sur l'étude de l'impact du vieillissement, l'état thermique et hydrique du matériau sur ses propriétés intrinsèques. Les résultats montrent une excellente capacité d'isolation thermique et de régulation naturelle d'humidité du béton de chanvre. Puis, une caractérisation microscopique par différentes techniques d'imagerie a été effectuée. Les reconstructions 3D du matériau réel scanné au tomographe aux rayons X à différentes résolutions montrent que le béton de chanvre possède plusieurs échelles de porosité, allant de la microporosité au sein du liant et des chènevottes à la macroporosité inter-particulaire. Le comportement hygro-morphique sous sollicitations hydriques a été ensuite étudié. Les résultats de la corrélation d'image numérique 2D et de la tomographie aux rayons X couplés à la corrélation d'images volumiques, montrent la nature du comportement du béton de chanvre soumis à des hygrométries différentes. En effet, la chènevotte subit des déformations plus importantes que le liant, causant ainsi des modifications de la microstructure du matériau. Sur le volet de la modélisation, moyennant la technique d'homogénéisation périodique un modèle des transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité dans les matériaux poreux de construction a été développé. Les tenseurs de diffusion et de conductivité thermique homogénéisés ont été calculés numériquement. Ensuite, une confrontation entre les résultats du calcul des coefficients de diffusion macroscopique et ceux expérimentaux obtenus au LaSIE a été réalisée. Elle met en évidence la qualité de la prédiction. De plus, la conductivité thermique de la phase solide a été ainsi déduite. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse ont mis en exergue l'influence de l'état hydrique et thermique du béton de chanvre sur ces propriétés intrinsèques, et sa microstructure très hétérogène. Ils ont révélé aussi les limites des approches phénoménologiques basées sur l'établissement des bilans de masse, de quantité de mouvement et d'énergie.
Author: Pierre Crausse Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 209
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ANALYSE, A PARTIR D'UNE ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE, DES PHENOMENES COUPLES DE TRANSFERT UNIDIRECTIONNEL DE CHALEUR ET D'HUMIDITE SE DEVELOPPANT DANS UN MILIEU NON SATURE HOMOGENE ET ISOTROPE SOUMIS A DE FAIBLES GRADIENTS DE TEMPERATURE. VERIFICATION, A L'AIDE DE DONNEES EXPERIMENTALES ET DE SIMULATIONS NUMERIQUES, DE L'APTITUDE DU MODELE THEORIQUE DE LUITKOV A PREVOIR CES PHENOMENES POUR DES SITUATIONS EXTREMES (ASSECHEMENT, ACCUMULATION D'HUMIDITE)
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Dans les structures poreuses des matériaux, les transferts d'humidité peuvent se développer en phase gazeuse et/ou liquide. La nature et l'intensité de ces transferts sont liées aux propriétés intrinsèques des matériaux utilisés. Ils peuvent induire des phénomènes particuliers : sorption - désorption, évaporation- condensation, hystérésis capillaire (etc...). L’interaction entre ces phénomènes de transferts massiques et les échanges thermiques à l’échelle des matériaux et à l’interface matériaux - ambiances aboutit généralement à des systèmes d’équations aux dérivées partielles fortement couplées dont la solution est souvent complexe à déterminer. On se propose, lors de ce travail d’étudier les transferts couplés de chaleur et d’humidité à l’échelle du matériau et puis de généraliser l’étude à l’échelle du bâtiment entier pour évaluer l’impact de ces phénomènes de transfert sur le confort, sur la qualité des ambiances et sur la consommation énergétique des bâtiments. Ce travail de thèse s’articule autour de deux parties complémentaires : Durant la première partie, une analyse phénoménologique détaillée des processus de transferts couplés de chaleur et d’humidité à l’intérieur des matériaux poreux a été effectuée. Une modélisation des transferts couplés à l’échelle du matériau de construction a été ensuite entreprise. Basée, d’une part sur la connaissance des caractéristiques de transfert des matériaux et sur l’établissement des équations de bilan de conservation de la masse d’eau et de l’énergie, le système couplé d’équations aux dérivées partielles obtenu est résolu selon deux approches analytique et numérique. A noter que cette phase de résolution nécessite, au préalable, la détermination expérimentale des caractéristiques de transfert des matériaux grâce aux essais effectuées au laboratoire. Ces paramètres d’entrée du modèle sont, principalement, la diffusivité hydrique et le coefficient de gradient de température des matériaux de construction, les isothermes de sorption-désorption. L’élaboration de prototypes expérimentaux ont permis de conforter la prédiction des modèles développés. Dans la deuxième partie, le modèle ainsi validé est implémenté, avec confiance, dans un code thermohydrique du bâtiment « MATLAB-Simulink », pour étudier l'effet de la prise en compte des phénomènes de transfert à l’échelle de la paroi et aux interfaces parois-ambiances sur la prédiction du comportement dynamique du bâtiment, sur l’évaluation des besoins de climatisation, été – hiver, et sur la détermination des pics de puissance. Les résultats de simulation obtenus, montrent que les économies d'énergie les plus prometteuses sont réalisées pour des bâtiments climatisés situés dans des régions chaudes et humides. De plus la réduction de la charge de climatisation est d’autant plus importante que le système de climatisation est contrôlé de façon optimale.
Author: Salah Larbi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 97
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LE TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE CONCERNE L'ETUDE DE L'HUMIDIFICATION PAR CONDENSATION DE MATERIAUX CAPILLARO-POREUX. DEUX OBJECTIFS SONT PRINCIPALEMENT VISES: L'ANALYSE DES MECANISMES D'ENVAHISSEMENT DU MILIEU PAR LA PHASE CONDENSEE ET L'EVALUATION DES POSSIBILITES OFFERTES PAR LES MODELES CONTINUS DE DESCRIPTION DES TRANSFERTS COUPLES DE CHALEUR ET DE MASSE POUR PREVOIR CES PHENOMENES. OUTRE LA COMPLEXITE DES INTERACTIONS ENTRE LES PROCESSUS DE VAPORISATION-CONDENSATION SUR LES INTERFACES GAZ-LIQUIDE, LA COMPARAISON ENTRE RESULTATS D'EXPERIENCES ET SIMULATION NUMERIQUE A PERMIS DE DEGAGER LE ROLE ET L'IMPORTANCE RELATIVE DES MECANISMES DE TRANSFERT DE MASSE: VAPEUR-LIQUIDE, ET D'ENERGIE: CONDUCTION-CHANGEMENT DE PHASE. LES COMPOSANTES DE CES DIFFERENTS MECANISMES, RESPECTIVEMENT ASSOCIEES AUX GRADIENTS DE SATURATION ET DE TEMPERATURE ONT ETE EXPLICITEES ET LEUR INFLUENCE SUR LA CINETIQUE DE CONDENSATION PRECISEE. CETTE ANALYSE A EGALEMENT PERMIS DE COMPRENDRE LES DEFAILLANCES DES MODELES THEORIQUES SIMPLIFIES ET DE JUSTIFIER, AU MOINS PARTIELLEMENT, L'USAGE DU MODELE DE PHILIP DE VRIES EN TANT QUE MODELE DE PREDICTION
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ETUDE THEORIQUE, UTILISANT POUR LES CALCULS DE TRANSFERT DE CHALEUR A TRAVERS PAROIS MONOCOUCHES ET BIOCOUCHES DES SOLUTIONS PAR DIFFERENCES FINIES ET PAR ELEMENTS FINIS
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DES PHENOMENES DE SURFACE PENDANT LE SECHAGE D'UN MILIEU POREUX: INTERACTIONS ENTRE L'ETAT DE SURFACE DU SOLIDE ET LA COUCHE LIMITE. LES EXPERIENCES SONT EFFECTUEES DANS UNE BOUCLE DE SECHAGE FERMEE. LES RESULTATS PERMETTENT DE SUIVRE L'EVOLUTION DE LA TEMPERATURE ET DE L'HUMIDITE DE SURFACE EN PARALLELE AVEC LA CINETIQUE DE SECHAGE. LES DONNEES DE SURFACE SONT OBTENUES A PARTIR D'UN ANALYSEUR D'HUMIDITE OPTIQUE ET D'UN PYROMETRE A INFRA-ROUGE. L'EFFET DE REDUCTION DE SURFACE HUMIDE, EN PREMIERE PHASE DE SECHAGE, EST ANALYSE POUR DIVERSES CLASSES DE MATERIAUX POREUX. UN MODELE DIFFUSIF DE SECHAGE UNIDIRECTIONNEL D'UN MILIEU POREUX NON HYGROSCOPIQUE EST MIS EN PLACE. SUIVANT LES HYPOTHESES CONSIDEREES SUR LE COEFFICIENT DE DIFFUSION, DEUX TYPES DE SOLUTION SONT PROPOSES ET COMPARES: ANALYTIQUE ET NUMERIQUE. ON ETUDIE, ENSUITE, LE SECHAGE BIDIMENSIONNEL D'UN LIT CONSTITUE PAR DES BRIQUES POREUSES. LES PROFILS DE VITESSE, DE TEMPERATURE ET D'HUMIDITE RELATIVE DE L'AIR DANS LA COUCHE LIMITE SONT ETABLIS EN UTILISANT, RESPECTIVEMENT, DES ANEMOMETRES (CTA ET CCA) ET DES SONDES CAPACITIVES. LES COEFFICIENTS DE TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE, OBTENUS PAR DIFFERENTES METHODES, SONT COMPARES. LE PROFIL DE TENEUR EN EAU LE LONG DU MILIEU POREUX, OBTENU PAR MESURE ELECTRIQUE, PERMET DE SUIVRE LE DEPLACEMENT DU FRONT DE SECHAGE. LE MODELE DIFFUSIF EST APPLIQUE AU CALCUL DE CE PROFIL. ON DEMONTRE QUE LA PREMIERE PERIODE DE LA PHASE DECROISSANTE EST L'EFFET D'UN ASSECHEMENT PARTIEL DE LA SURFACE
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CE TRAVAIL DE THESE PORTE SUR DES ETUDES EXPERIMENTALES RELATIVES AUX TRANSFERTS MONODIMENSIONNELS D'HUMIDITE SOUS DIFFERENTS GRADIENTS THERMIQUES DANS DES MATERIAUX POREUX QUI SONT: LE BETON AUTOCLAVE NON EXPANSE, LA VERMICULITE, DEUX ROCHES EXTRAITES DE CARRIERES (ROUFFACH ET RORSCHACH) SERVANT A LA RESTAURATION DE MONUMENTS HISTORIQUES. UN DISPOSITIF EXPERIMENTAL EST UTILISE POUR LE SUIVI CONTINU DES EVOLUTIONS DE TENEURS EN EAU (METHODE GAMMAMETRIQUE) ET DE TEMPERATURES (SONDES THERMIQUES) DURANT DES ESSAIS DE CONDENSATION ET DE SECHAGE. L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CE TRAVAIL EST LA DETERMINATION DES COEFFICIENTS DE TRANSFERT POUR CHAQUE MATERIAU, DETERMINATION BASEE SUR LA THEORIE CLASSIQUE DU TRANSFERT DE MASSE ET DE CHALEUR DE DE VRIES. LES COEFFICIENTS DE TRANSFERT SONT CALCULES PAR UN PROCEDE DE REGRESSION ENTRE LES VARIABLES MESUREES: FLUX DE MASSE, GRADIENT DE TEMPERATURE ET GRADIENT DE TENEUR EN EAU, ON DONNE LEURS EVOLUTIONS AVEC LA TENEUR EN EAU ET POUR DIFFERENTES TEMPERATURES. D'AUTRES EXPERIENCES SONT AUSSI REALISEES DONNANT LES CONDUCTIVITES THERMIQUES ET LES ISOTHERMES D'ADSORPTION PERMETTANT, AINSI, D'ACQUERIR DES INFORMATIONS SUR LE COMPORTEMENT DES MATERIAUX VIS A VIS DU TRANSFERT DE CHALEUR ET DE VAPEUR D'EAU
Author: José Antonio Bellini da Cunha Neto Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 194
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CETTE ETUDE EXPERIMENTALE PORTE SUR LE TRANSFERT D'HUMIDITE DANS LE BETON CELLULAIRE EN PRESENCE DE GRADIENTS SIMULTANES DE TEMPERATURE ET DE TENEUR EN EAU. UNE SERIE D'EXPERIENCES MONODIMENSIONNELLES D'IMBIBITION ISOTHERME, DE CONDENSATION ET DE SECHAGE SOUS GRADIENT THERMIQUE A ETE REALISEE. LES EVOLUTIONS DES PROFILS DE TEMPERATURE ET DE TENEUR EN EAU ONT ETE SUIVIES EN CONTINU AU MOYEN DE CAPTEURS IMPLANTES DANS LE MILIEU ET D'UN DISPOSITIF DE MESURE GAMMAMETRIQUE. LA THEORIE CLASSIQUE DU TRANSFERT DE CHALEUR ET DE MASSE EN MILIEU POREUX A ETE UTILISEE POUR IDENTIFIER DEUX COEFFICIENTS DE TRANSPORT ASSOCIES AUX GRADIENTS DE TEMPERATURE ET DE TENEUR EN EAU. CES COEFFICIENTS DEPENDENT DE L'HUMIDITE DU MATERIAU ET INTEGRENT LE TRANSPORT EN PHASE LIQUIDE ET EN PHASE VAPEUR. LES COEFFICIENTS ONT ETE CALCULES PAR UN PROCEDE DE REGRESSION ENTRE LES VARIABLES MESUREES: FLUX DE MASSE, GRADIENT DE TEMPERATURE ET GRADIENT DE TENEUR EN EAU. SUR UNE LARGE PLAGE DE TENEUR EN EAU PROCHE DE ZERO, CES COEFFICIENTS SE SONT MONTRES COMPARABLES EN ORDRE DE GRANDEUR, AUX COEFFICIENTS DE TRANSPORT EN PHASE VAPEUR SEULE, TELS QU'ON PEUT LES ESTIMER A PARTIR DE DONNEES DISPONIBLES DE CONDUCTIVITE THERMIQUE APPARENTE ET DE L'ISOTHERME D'ADSORPTION. UNE SIMULATION NUMERIQUE BIDIMENSIONNELLE DES EXPERIENCES A ETE REALISEE AVEC POUR OBJECTIFS: EVALUER LES PERTURBATIONS INTRODUITES DANS LES CONDITIONS DE TRANSFERT MONODIMENSIONNELLES PAR DES PERTES LATERALES DE CHALEUR, EVENTUELLEMENT PRESENTES EN COURS D'EXPERIMENTATION, ET CONTROLER A POSTERIORI LA VALIDITE DES COEFFICIENTS DETERMINES
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LE BETON CELLULAIRE EST UN MATERIAU DE CONSTRUCTION PREFABRIQUE. IL SUBIT UNE PHASE D'AUTOCLAVAGE (CUISSON PAR VAPEUR SATUREE A CENT QUATRE-VINGTS DEGRES CELSIUS ET ONZE BARS). CETTE PHASE DEBUTE PAR UNE MISE SOUS VIDE SUIVIE D'UNE MONTEE EN PRESSION DES AUTOCLAVES LES BLOCS DE BETON A CUIRE. LE TRAVAIL A CONSISTE EN UNE MODELISATION MATHEMATIQUE ET UNE SIMULATION NUMERIQUE EN INSTATIONNAIRE BIDIMENSIONNEL PAR LA METHODE DES VOLUMES FINIS, DES TRANSFERTS COUPLES DE MASSE DANS LE MATERIAU, AVEC PRISE EN COMPTE DES EFFETS DE PRESSION. CES SIMULATIONS NUMERIQUES UTILISANT NOS BANQUES DE DONNEES EXPERIMENTALES ONT PERMIS DE DEFINIR L'INFLUENCE DES PARAMETRES DESCRIPTIFS DES CYCLES DE CUISSON SUR LES CHAMPS DE TEMPERATURE, PRESSION ET TENEUR EN EAU. D'AUTRE PART, DIFFERENTS TYPES DE CYCLES DE CUISSON ONT ETE ANALYSES EN VUE D'AMELIORER LE PROCEDE INDUSTRIEL D'ELABORATION DU MATERIAU TANT SUR LE PLAN ENERGETIQUE QUE SUR LA QUALITE DES PRODUITS. L'ETUDE A MONTRE UNE FAIBLE DEPENDANCE DES RESULTATS VIS-A-VIS DE LA CONDUITE DE LA PHASE DE MISE SOUS VIDE, ET MIS EN EVIDENCE LES PARAMETRES ESSENTIELS QUE SONT LA TENEUR EN EAU INITIALE, LA CINETIQUE DE MONTEE EN PRESSION ET LA DIMENSION DES BLOCS A TRAITER
Author: Fares Bennai
Author: Fares Bennai
Author: Pierre Crausse
Author: Menghao Qin
Author: Salah Larbi
Author: Yves Couasnet
Author: Pierre Crausse
Author: AZEDDINE.. BELHAMRI
Author: FELLA.. ABADA
Author: José Antonio Bellini da Cunha Neto
Author: Jean-Michel Courivaud