Aide au choix des produits de construction sur la base de leurs performances environnementales et sanitaires

Cette thèse est consacrée à la réalisation d'un outil d'aide au choix des produits de construction en fonction de leurs caractéristiques environnementales et sanitaires. Cet outil, destiné aux professionnels du bâtiment, est fondé sur le principe et les méthodes d'analyse multicritère. L'échelle de l'étude est celle du composant du bâtiment, afin que la comparaison soit effectuée sur la base de performances techniques similaires. L'outil réalisé utilise les données environnementales et sanitaires des produits de construction issues des FDES au format de la norme NF P01-010. Il a été appliqué au composant " mur ", ainsi qu'à la comparaison de six revêtements de sol. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible d'aboutir à un classement des solutions constructives d'un composant. Ce classement peut dépendre des pondérations et des méthodes d'agrégation choisies. Il doit être complété par des analyses de sensibilité. L'outil présente des qualités et des défauts. Il nécessite à présent d'être testé par les acteurs du bâtiment.This thesis aims at developing a decision-aid tool that compares building products according to their environmental and health characteristics. This tool is intended for building actors. It is based on the methodology and methods of multi-criteria analysis. The scale of the study is the one of the building component in order that the comparison is achieved using the same technical functions. The developed tool uses data from the EPDs in the French standard NF P01-010 format. It was applied to the wall component and to the comparison of six floorings. The obtained results have shown that it is possible to produce a ranking of building options of a component. This ranking may depend on the weighting and aggregation methods used. It has also to be completed by some sensitivity analyses. The tool has some qualities and flaws. It now requires to be tested by the building actors.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Vers une amélioration de l'accessibilité urbaine pour les sourds et malentendants (quelles situations de handicap résoudre et sur quelles spécificités perceptives s'appuyer ?)

La déficience auditive concerne environ 10% de la population française mais reste pourtant méconnue par les professionnels de la construction et de l aménagement des villes. Ces derniers ont pourtant à charge d améliorer l accessibilité urbaine en évitant de placer les usagers dans des situations handicapantes. Ces travaux ont donc pour but de répondre à trois questions : quelles sont les besoins spécifiques des sourds et malentendants au quotidien ? de quelle manière ces derniers perçoivent-ils l environnement urbain ? quelles sont les solutions à apporter aux problèmes identifiés en s appuyant sur les spécificités perceptives de ces personnes ? Grâce à des enquêtes préliminaires par entretiens semi-directifs, puis à deux enquêtes reposant sur les suivis de parcours et sur la diffusion d un questionnaire à l échelle nationale, un recensement complet et hiérarchisé des situations de handicap liées à la déficience auditive est proposé. Les parcours réalisés, associés à des mesures in situ, permettent en outre d explorer les spécificités de l appréhension de l environnement urbain, et notamment de ses ambiances sonores, par les déficients auditifs. Ces résultats permettent d envisager, en guise de perspectives, de nouvelles solutions pour améliorer l accessibilité urbaine à l intention des sourds et malentendants.Hearing loss concerns nearly 10% of the French population but, still, remains not well known by the construction and urban development professionals. Yet, they are in charge of improving the urban accessibility by reducing the number of disabling situations encountered by city-dwellers. That is why this work aims at answering three questions : what are the deaf and hard-of-hearing people specific needs ? how do they perceive the urban environment ? which solutions can be designed in order to address their identified difficulties, relying on their perceptual specificities ? Thanks to preliminary studies using semi-directed interviews, and to two main studies, respectively based on urban trips and on a questionnaire, a comprehensive and organized inventory of the difficulties due to hearing loss is obtained. Moreover, the observations and measurements made during the trips allow us to investigate the specificities of the urban environment -and especially the sound ambient urban environment- by the hearing impaired. These results help identify suggestions for how to improve city design for the deaf and hard-of-hearing people.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Contribution au développement d'un contrôle optimal de la ventilation dans des locaux de grandes dimensions

Depuis quelques décennies, les chercheurs montrent un intérêt croissant pour les problèmes de pollution intérieure en liaison avec les politiques actuelles de maîtrise énergétique et de considérations sanitaires. Des études expérimentales ont été réalisées dans trois bâtiments publics. Elles incluent la mesure des polluants COVT, CO2, CO, HCNO, de la température, de l'humidité relative et du renouvellement d'air. Les résultats montrent que, pour un fonctionnement normal de la ventilation, des concentrations en polluants peuvent être supérieures à des valeurs sanitairement "acceptables". Ces résultats, confortés par une analyse bibliographique, mettent en évidence la carence des systèmes de ventilation usuels. En effet, la pollution localisée et discontinue émise par les occupants dans des bâtiments de grandes dimensions, peut induire des concentrations hétérogènes. Une ventilation efficace devrait fournir la quantité d'air nécessaire au bon endroit de façon à minimiser le coût énergétique et l'inconfort. Des simulations CFD ont mis en évidence l'influence d'une variation de la position de soufflage sur l'efficacité locale d'extraction du polluant. A partir de là, une nouvelle stratégie de ventilation est élaborée. Tout d'abord, la source de pollution est identifiée et l'évolution temporelle de la concentration de polluant, prédite. Pour ce faire, un modèle zonal permettant de retranscrire l'écoulement de l'air intérieur et la dispersion du polluant est utilisé. Ensuite, considérant plusieurs positions de soufflage, nous déterminons pour chacune d'elles, le débit minimal permettant de limiter le niveau de pollution local. Finalement, un compromis qualité d'air/coût énergétique est obtenu en choisissant le débit minimal associé à la configuration de soufflage correspondante. Le contrôleur ainsi développé est mis en oeuvre dans le cadre d'un étude de cas théorique. En comparaison à un soufflage fixe, nous observons une réduction ponctuelle du débit de 40 %VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocLA ROCHELLE-BU (173002101) / SudocSudocFranceF

Proposition d'une procédure de certification énergétique des logements et application au contexte libanais

La maîtrise de l'énergie constitue un véritable enjeu pour les problèmes environnementaux, économiques et sociaux et le secteur résidentiel offre des possibilités importantes en vue de réduire la consommation énergétique. Nous nous intéressons plus particulièrement au contexte libanais où l'énergie est presque totalement importée et où aucune réglementation thermique ou énergétique n'est appliquée pour les constructions. Des enquêtes sur le terrain et des questionnaires réalisés au cours de la thèse nous permettent de mettre en évidence les défauts de la construction au Liban et les besoins des occupants. Ces enquêtes nous amènent à considérer la certification énergétique comme un outil envisageable d une politique énergétique au Liban. Après une étude des différentes méthodes de label, d'audit et de certification énergétiques existantes, nous proposons une procédure de certification pour l'habitat EC-Pro . L'originalité de cette procédure est de distinguer consommation standard et consommation réelle, en s'appuyant pour cette dernière sur les spécificités de fonctionnement et d'usage du bâtiment et de ses équipements de chauffage, d'eau chaude sanitaire et électroménagers. Elle est formée d'une phase d analyse sur site et de mesures et d'une phase de calcul des consommations et du potentiel d'économie d'énergie. Nous montrons dans cette étude l'intérêt et les difficultés de la prise en compte du comportement des occupants pour le calcul de la consommation réelle et nous traitons le calcul des gains internes associés à ce comportement à travers la littérature et des simulations numériques. Des tests sur des logements existants et une étude de sensibilité des résultats aux différents paramètres d entrée moyennant les plans d expériences confirment l'applicabilité de cette procédure et ouvrent de futures perspectives de développement. Enfin, une approche prospective permet de repérer les facteurs et les acteurs importants pour l'évolution de cette certification énergétique au Liban.Energy conservation represents a main concern for environmental, economical and social problems and residential sector is of particular interest in order to reduce energy consumption. In this study, we focus on the Lebanese context where energy is almost totally imported and where no thermal or energetic regulation is applicable for the building construction. On-site surveys and questionnaires, realised during the thesis, highlight the construction problems and the needs of occupants in Lebanon. They also lead us to consider the energy certification as a possible solution for an energetic policy in this country. After a study of the different existing methods of labelling, rating and energy certification, we propose a procedure for energy certification in residential buildings, called as EC-Pro . The originality of this procedure comes mainly from the distinction between standard consumption and actual consumption which depends on the specific uses of the building and its equipment as heating, domestic hot water, appliances and lighting. It includes a phase of visiting and monitoring and then a phase of calculation of the consumption and the energy conservation possibilities. We also expose in this study the interests and the difficulties we faced to take into consideration the real behaviour of occupants in the calculation of the actual consumption then we analyse the calculation of casual gains related to this real behaviour through literature and numerical simulations. Testing EC-Pro on existing buildings and analysing results sensibility to different input parameters by using factorial design, confirm the procedure applicability and demonstrate the potentials for future developments. Finally, a prospective study allows us to mark out the major factors and actors in the evolution of energy certification in Lebanon.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Influence des transferts aérauliques dans les parois sur leurs performances thermiques

La consommation énergétique d'un bâtiment a été jusqu'ici estimée en négligeant les échanges de chaleur qui peuvent intervenir lorsque l'air s'infiltre à travaers son enveloppe. Or, des études récentes ([Bhattacharyya, 1995], [Buchanan, 2000] et [Janssens, 1988]) ont montré que ces fuites d'air jouent un rôle significatif, non seulement sur les performances thermiques des parois et sur la consommation énergétique, mais aussi en terme de pathologies des constructions (condensations internes et superficielles), ou encore en terme de confort et de santé des occupants. Notre étude vise à évaluer, à l'aide d'une approche numérique, l'effet des transferts d'air parasite dans les parois sur leur performance thermique et à quantifier la part réelle des déperditions de chaleur liées aux fuites d'air. Dans la première partie de notre étude, nous passons en revue les causes des fuites d'air et leurs techniques de mesure puis nous exposons les travaux traitant le problème du passage des fuites dans l'enveloppe et montrons leurs limites. Dans le deuxième chapitre, nous présentons des simulations numériques basées sur les codes de champs ou codes CFD permettant d'étudier le transfert couplé d'air et de chaleur au sein d'une paroi multicouche comportant un isolant thermique poreux. L'interaction air/paroi se traduit par un changement du flux de conduction (ou bien du coefficient U de la paroi). Le troisième chapitre est consacré à l'élaboration d'un modèle de calcul se basant sur l'hypothèse que la paroi traversée par l'air peut être assimilée à un échangeur de chaleur. L'air traversant un canal noyé dans la paroi cède ou récupère de la chaleur au contact de la paroi. Les résultats issus des simulations CFD concordent avec ceux issus du modèle pour les deux types de fuites, c'est à dire l'infiltration et l'exfiltration. En complément du développement des simulations CFD et du modèle de calcul, nous analysons deux cas d'études représentant deux catégories de bâtiments : une maison individuelle et un bâtiment tertiaire (bâtiment d'un lycée). Cette étude a pour objectif d'apporter une vue concrète et plus globale sur les conséquences des fuites sur le bilan énergétique. Ces calculs ont montré qu'une part importante des déperditions par transmission, caractérisées par le coefficient Ubât, peut être directement imputée aux fuites d'air : jusqu'à 8% pour la maison et 12% pour le bâtiment Internat. Cette étude a également montré que les différentes parties de l'enveloppe se trouvent affectées de façon inégale par les fuites d'air (certaines parties sont affectées par l'infiltration, d'autre par l'exfiltration). Nous en déduisons des recommandations de réhabilitation ou de colmatage de certaines parties de l'enveloppe permettant de limiter l'effet des fuites. Par exemple, nous recommandons d'apporter un soin particulier aux étages supérieurs qui sont soumis à des fuites plus importantes, donc plus pénalisantes que celles affectant les étages inférieurs.The energy consumption of a building is evaluated by neglecting the heat loss which can occur when the air passes through the envelope. However, recent studies showed that air leakage plays a significant role, not only by affecting the thermal performances of walls and the energy consumption, but also in term of pathologies of the constructions (internal and superficial condensations), or still in term of comfort and health of the occupants. Most studies have focused on the quantification of air leakage flows through the building shell, without addressing the problem of the heat exchange between this airflow and the construction materials as the air passes through the envelope. The standard way of calculating a building load considers conduction (or assimilated) losses independently of airflow energy losses. In this context, the objective of this work is to evaluate the energy impact of air leakage through building walls. We first begin by an analysis of the different techniques of detection and evaluation of air leaks in the envelope and the causes of these leaks. An analysis of construction method by means of air and heat transfer is made in order to identify potential paths of leaks in the envelope. CFD simulations are conducted in order to understand the fundamental physics of the air leakage heat transfer process. A parametric study is done to evaluate the impact of parameters, such as gradient s temperature, the thickness of the insulation layer on heat loss through the wall. Then, in order to complement and validate results from CFD simulations, we develop an analytical model, based on fundamental heat and mass transfer principles. It is assumed that intrusive airflow follows a straight line inside the wall. CFD results are found to compare well with model s results for both infiltration and exfiltration scenarios. The parametric study shows also similar responses. We compare heat losses resulting from the model to those done using the traditional method of evaluation. In order to have a global view on the impact of air leakage on the overall heating load of a building, we conduct a study on a single family dwelling and a class room building. These cases represent the two main building categories. These calculations show that an important part of energy load characterised by the coefficient Ubât can be attributed to air leakage: until 8% for the single family dwelling and 12% for the school building. This study also shows that the various parts of the envelope are affected in an uneven way by air leakage. We deduct recommendations in term of rehabilitation that allow to limit the effect of leaks like to bring a care to the airtightness in places affected by the exfiltration, more penalizing from the energy point of view than the infiltration. Also, the superior floors are subjected to more important leaks than in first floors.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Impact thermique des revêtements en bois sur l'ambiance intérieure des bâtiments (application dans l'habitat traditionnel en France et à Madagascar)

Les constructions traditionnelles en bois en France et à Madagascar témoignent de l utilisation ancienne d abondantes ressources forestières locales. Le bois peut être considéré comme un matériau naturel et renouvelable dans la mesure où les ressources forestières sont gérées durablement. L utilisation du bois dans la construction contribue largement à la maîtrise du cycle du carbone atmosphérique et à la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Ce travail présente les principales caractéristiques physiques du matériau bois et des systèmes constructifs associés, montrant l importance et l influence du revêtement en bois sur l environnement intérieur des habitations. La caractérisation des phénomènes hygrothermiques à l échelle de la pièce d habitation a été détaillée : présence d eau dans le bois, comportement de l équilibre hygroscopique, transfert thermique et transfert de masse, les paramètres physiques du bois et d une ambiance intérieure. Enfin, ce travail apporte des connaissances sur l évaluation des interactions entre le confort thermique, l ambiance intérieure et le revêtement en bois, grâce à des campagnes de mesure in situ, à des mesures en laboratoire et à des modélisations de scénarios numériques.Traditional wood buildings in France and in Madagascar use abundant local forest resources in architecture. Woodcan be considered as renewable and natural material when coming from sustainably managed forest. Using wood in construction contributes significantly in controlling the atmospheric carbon cycle and the emission of greenhouse gas. This study presents the main physical characteristics of wood materials and building systems showing the influence of wood coating on indoor environment. Hygrothermal phenomena across the living space are characterized and presented in this work : the presence of water in the wood, the behavior of equilibrium moisture, heat transfer and mass transfer, the physical parameters of wood material and physical parameters of indoor environment. Thermal comfort is similarly characterised. This work contributes knowledge on the evaluation of interactions between thermal comfort, indoor air and wood coating by means of in situ and laboratory measurements and numerical model simulations.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocVILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Modélisation dynamique du confort thermique dans les bâtiments naturellement ventilés

Avec les besoins actuels d économie d énergie et de maîtrise des impacts environnementaux du bâtiment, certains doutes se posent sur la définition du confort thermique et la façon de créer et maintenir les conditions de confort. En effet, les normes actuelles considèrent le confort thermique sous une approche analytique, réductrice de la complexité du réel. Les études in situ du confort thermique ont permis de constater une surestimation du niveau de l inconfort perçu en réalité par rapport à celui prévu par ces normes surtout dans les bâtiments naturellement ventilés pendant les périodes chaudes. Ces études ont servi à mettre les bases de l approche adaptative, qui caractérise le confort thermique à travers les interactions adaptatives entre l occupant et son environnement. L utilisation des normes peut conduire à un recours systémique à la climatisation alors que l approche adaptative permet d assurer le confort thermique avec des consommations d énergie plus modestes. Nous nous intéressons dans ce travail à l aspect adaptatif du confort thermique en complément à l aspect analytique dont l ensemble permet d avoir une vision globale du confort thermique dans les bâtiments. En partant d une étude bibliographique sur les approches existantes, nous avons conduit une étude expérimentale in situ dans huit bâtiments pour explorer de plus près le confort adaptatif et caractériser l interaction entre l occupant et le bâtiment. Ensuite en adoptant une démarche systémique, nous avons développé un modèle dynamique sur le confort thermique qui permet d intégrer les différents mécanismes dynamiques identifiés dans la bibliographie et par l expérimentation. Ce modèle, que nous avons appelé AdOCC, permet de déterminer l état thermique de l occupant à partir du modèle dynamique à deux noeuds de Gagge et d en déduire le comportement de l occupant et ses actions adaptatives selon les caractéristiques du bâtiment et la saison. Le modèle a été intégré dans l outil de simulation dynamique TRNSYS. Cela nous a permis d évaluer le modèle AdOCC en confrontant les simulations réalisées avec deux bureaux tirés de l expérimentation vis à vis les résultats de mesures. L application du modèle au cas des bâtiments de bureaux naturellement ventilés nous a permis de déterminer les conditions qui permettent d établir le confort thermique avec des ressources énergétiques limitées, en utilisant un ventilateur local ou la ventilation nocturne, selon l inertie du local, l orientation, les protections solaires, et le climat L utilisation du ventilateur correspond à une consommation de l ordre de 10 Wh/m /jour et la ventilation nocturne 30 Wh/m /jour. Ces valeurs sont négligeables devant les consommations de climatisation qui peuvent être 10 fois plus importantes.n this work we focus on the adaptive approach of thermal comfort by combining features of both the static and adaptive theories. In the first step we have conducted a bibliographical study on the existing theories and approaches and which has led us to carry a field study on thermal comfort in eight office buildings. Afterwards we have adopted the systemic approach to develop a dynamic model on thermal comfort by integrating the dynamic mechanisms identified in the bibliography and the field study. This model, named AdOCC, determines the dynamic thermal state of the occupant from which the model can determine the adaptive behaviour of the occupant. AdOCC has been integrated in the dynamic simulation tool TRNSYS and has been evaluated by comparing the results of the simulations with measurements. By applying this model to the case of a naturally ventilated office building we have found the conditions where thermal comfort can be achieved with limited energy consumptions.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Influence des paramètres structuraux d'une plaque rayonnante sur la perception sonore

Des sons ont été synthétisés à partir du modèle physique d'une plaque excitée par une onde plane acoustique et travaillant en transmission. A partir de ces sons artificiels, des tests de perception ont été menés en laboratoire. La confrontation entre les résultats de l'évaluation subjective et les résultats de l'analyse du comportement vibroacoustique de la structure permet d'évaluer avec précision l'influence sur la perception de chaque paramètre structural étudié. Elle permet aussi de relier directement la préférence aux paramètres structuraux de la plaque. Des solutions sont ainsi proposées afin d'améliorer la performance acoustique des structures en transmission en intégrant la perception sonore.Sounds have been synthesized from a physical model of a plate excited by an acoustic plane wave and working in transmission. From these artificial sounds, sound perception tests have been carried out in laboratory. Confrontation between the results of the subjective evaluation and the results ofthe vibroacoustic analysis of the behavior of the structure makes it possible to evaluate with precision the influence of each studied structural parameter on sound perception. It also makes it possible to directly connect the preference score to the plate structural parameters. Solutions are thus proposed in order to improve the acoustic performance of structures in transmission by integrating sound perception.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Développement et évaluation des systèmes et stratégies de contrôle de régulation d'un vitrage électrochromique pour des applications de bâtiment

Le thème concerne l'étude d'un vitrage électrochromique associé au concept d'un système de contrôle en utilisant les paramètres de l'environnement et en conservant l'exigence de consommation énergétique minimale et de qualité des ambiances. Les travaux ont porté principalement sur les points suivants : La réalisation de plusieurs expérimentations sur le comportement de la cellule d'essais afin de développer des systèmes de contrôle en fonction de l'état de vitrage. Le développement des algorithmes de contrôle, sur la base d'un système de logique floue. L'implémentation des algorithmes développés dans un modèle thermo-aéraulique pour comparer les résultats. Généralisation de cette étude pour différentes séquences climatiques ou différents types de bâtiments. Les propositions présentent un intérêt pour la conception et pour la réduction des consommations énergétiques des bâtiments en utilisant des nouvelles générations de vitrages électrochromiques pour des régions climatologiques différentes.The thesis aims at the development of a methodology for the detailes study of an electrochromic glazing unit and the design of a control system able to operate all these units environmental parameters. In the first part of the thesis the experimental methodology is developed. The experimental campaign takes place in a PASSYS test cell with a movable wall, where an electrochromic glazing unit is placed. The main parameters are identified and an algorithm for the data logger with an associated interface is developed. Moreover, the scenarios and strategies for the management of the unit are developed in different climatic conditions. In the second part where the development of the control systems is described includes the adaptation of a building simulation environment (SIBIL) to the special needs of the test cell. The development of the systems that would control the operation of the electrochromic glazing unit and the comparison of the developed control strategies are described.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF