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Communication Dans Un Congrès Année : 2014

Conception d'un dispositif expérimental pour l'étude des transferts hygrothermiques dans les parois très hygroscopiques

Abdelkrim Trabelsi
Joseph Virgone
Jacques Jay

Résumé

Les matériaux très hygroscopiques tels que le bois et dérivés, par leur capacité à réduire la consommation énergétique et leurs atouts d'un point de vue environnemental (forte capacité à retenir le CO2) en font des candidats concrets pour répondre aux objectifs et engagements du grenelle de l'environnement. Le recours à la modélisation numérique des transferts couplés de chaleur d'air et d'humidité (CAH) dans l'enveloppe du bâtiment constituée de ce type de matériaux devient important. Cela est dû à l'impact des transferts hydriques sur la performance énergétique de l'enveloppe comme le montre les dernières études réalisées sur ce sujet. La validation des codes de simulation numérique CAH est donc primordiale. Dans ce contexte on se propose la conception d'un nouveau banc expérimental destiné à l'étude des transferts hygrothermique et la validation de modèles à l'échelle de la paroi. Différents bancs expérimentaux pour l'étude des transferts hygrothermique existent. La plus part d'entre eux, bien que permettant des conditions aux limites variées, se focalisent sur l'étude à l'échelle du matériaux (Qin et al., 2010), (Trabelsi, 2010), ou encore sur l'étude du stockage et déstockage hydrique (James et al. 2010), (Talukdar et al. 2007). À l'échelle de la paroi on peut citer les travaux de (Van Belleghem et al. 2011) dont les sollicitations thermiques et hydriques se restreignent au contrôle d'une seule condition limite hydrique. L'objectif de cet article est de présenter un dispositif expérimental qui va au-delà de l'échelle du matériau tout en offrant les mêmes possibilités en termes de sollicitations hygrothermiques. On pourra ainsi étudier des parois multicouches d'une surface de 1m² en convection naturelle ou encore forcée. Les résultats expérimentaux qui en découlent viennent répondre au besoin de la communauté en ce type de données. Ce travail rentre dans le cadre du projet ANR HYGRO-BAT où l'objectif est de mettre en place tout une méthodologie pour une bonne conception hygrothermique des bâtiments. Afin de caractériser le comportement des parois (différentes épaisseurs de parois, différents matériaux) vis-à-vis de sollicitations couplées en température et en humidité, le dispositif expérimental proposé a pour objectif de reproduire les contraintes thermiques et hydriques rencontrées dans le bâtiment, d'où le besoin d'avoir deux ambiances contrôlées " parfaitement " en humidité et en température. Les deux ambiances contrôlées se présentent comme 2 compartiments. Le premier est régulé en humidité par le biais d'une solution saline saturée et en température par des échangeurs fluide-air reliés à un cryothermostat à circulation. Le second dispose de deux modes de fonctionnement en convection naturelle et en convection forcée. Le première mode est obtenu avec une régulation en humidité qui se fait à l'aide de solutions salines saturées et une régulation en température par l'intermédiaire d'une enceinte climatique en mode déporté. Le second mode est obtenu directement avec l'enceinte climatique qui permet de pulser de l'air traité parallèlement à la paroi étudiée avec un débit d'air maitrisé. D'autre part le banc se devait d'avoir une instrumentation riche, qui permet la compréhension des phénomènes hygrothermiques et d'avoir des données suffisantes pour la validation des modèles CAH. Pour cela des capteurs de température et d'humidité ont été installés dans la paroi, pour avoir les profils au cours du temps, dans les 2 ambiances et sur les surfaces extérieures de la paroi ainsi qu'une mesure du différentielle de pression afin d'identifier en continu les conditions aux limites de la paroi étudiée. À cela s'ajoute, la mesure des flux thermique et hydrique à travers la paroi, dans le but d'en déduire le pouvoir tampon, et connaître les puissances mises en jeu lors du transfert. La régulation en humidité relative se faisant par le biais de solutions salines saturés, le suivi de masse de ces dernières et la caractérisation de l'ordre de grandeur des fuites nous a permis de déterminer les flux massique traversant la paroi étudiée. Après la réalisation du banc et l'étalonnage des capteurs nous avons procédé à sa qualification. Cette dernière étape est indispensable car elle permet de donner la précision ou autrement dit l'incertitude de l'ensemble des mesures possibles sur ce banc. En guise d'exemple on présentera les résultats obtenus pour un isolant en fibre de bois qui présente une capacité de stockage élevée et une forte dépendance de la conductivité thermique à l'humidité relative. Une étude comparative de cette même paroi et réalisée avec et sans pare-vapeur afin de montrer les effets des transferts hydrique sur les transferts thermiques. Un effet notable, à la fois sur le flux thermique et le profil de température, est constaté. Ceci est principalement lié à un changement non négligeable de la conductivité thermique effective du fait de la condensation capillaire même avec des sollicitations en humidité relative qui sont loin de la saturation.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-00993003 , version 1 (19-05-2014)

Identifiants

  • HAL Id : hal-00993003 , version 1

Citer

Zakaria Slimani, Abdelkrim Trabelsi, Joseph Virgone, Jacques Jay, Serge Buathier. Conception d'un dispositif expérimental pour l'étude des transferts hygrothermiques dans les parois très hygroscopiques. Conférence de l'AUGC, 2014, Jun 2014, Orléans, France. 10 p. ⟨hal-00993003⟩
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