REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

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1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI OUZOU FACULTE DU GENIE DE LA CONSTRUCTION DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE Mémoe En vue de l obtenton du dplôme de magste en Géne mécanque Opton themo-fludes (Enegétque) Pésenté pa : Fada SAM Su le thème : REHABILITATION THERMIQUE D UN LOCAL DANS UNE ZONE ARIDE -CAS DE GHARDAIA - Devant le juy composé de : M KESSAL Mohand Pofesseu UMB/Boumedes Pésdent M DAHLI Mohamed Mate de conféences A UMMTO Rappoteu M AIT AIDER Aoma Mate de conféences A UMMTO Examnateu M BOUTOUDJ Mohamed Saïd Mate de conféences A UMMTO Examnateu M KOUSSA Mustapha Chagé de echeche CDER/Bouzaeah Invté Soutenu le : 04/03/2012

2 AVANT PROPOS...v LISTE DE FIGURES ET TABLEAUX.. v NOMENCLATURE...x RESUME.. x CHAPITRE INTRODUCTIF PARTIE 1 : REPERES THEORIQUES PREMIER CHAPITRE : CONFORT THERMIQUE OBJECTIF DE TOUTE CONCEPTION ARCHITECTURALE...9 Intoducton EVALUATION DU CONFORT THERMIQUE Tempéatue opéatve Top Utlsaton du dagamme psychométque LES FACTEURS AGISSANT SUR LE CONFORT THERMIQUE L oentaton La ventlaton natuelle Dmenson des ouvetues La fome et compacté La couleu Potecton solae et vents domnants Isolaton themque Inete themque Concluson...22 PARTIE 2 : CAS D ETUDES DEUSIEME CHAPITRE : PRESENTATION DU PROJET ET SOLUTION BIOCLIMATIQUE ADOPTEE (ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE)...24 Intoducton PRESENTATION DU PROJET Stuaton du pojet Dagnostc et nstumentaton de mesue. 26

3 Commentae su les ésultats de tempéatues mesués avant éhabltaton Résultats de tempéatues mesués avant éhabltaton APPLICATION A LA METHODE PSYCHROMETRIQUE Intepétaton du dagamme psychométque Popostons boclmatques Solutons adoptées REHABILITATION DU LOCAL Tavaux de éalsaton su teans Instumentaton de mesue Commentae su les ésultats de tempéatues mesués apès éhabltaton Résultats de tempéatues mesués avant et apès éhabltaton ETUDE DE l EVOLUTION DE TEMPERATUE AVANT ET APRES REHABILITATION POUR LES MOIS LES PLUS FROIDES DE L ANNEE A DIFFERENTES SOURCES DE CHALEUR CONVENTIONNELLE Modèle mathématque adopté Blan themque en égme quas-pemanant Blan themque en égme tanstoe Commentae su les ésultats de tempéatues calculés avant et apès éhabltaton Résultats de tempéatues calculés pou une péode fode de l année Valeus de dépedtons themques avant et apès éhabltaton Concluson...49 TROISIEME CHAPITRE : INTEGRATION D UNE INSTALLATION SOLAIRE THERMIQUE POUR LE CHAUFFAGE DU LOCAL ( DIMMENSIONNEMENT ET CALCUL DES PERTES THERMIQUES DE L INSTALLATION SOLAIRE CALCUL DE LA TEMPERATURE DE CONFORT EN REGIME TRANSITOIRE SUIVANT LA METHODE NODALE Intoducton ETUDE DE L INSTALLATION SOLAIRE THERMIQUE Dmensonnement de l nstallaton solae Méthode de degé-jous Méthode de f-chat Le gsement solae Applcaton Les dfféents oganes de l nstallaton los de dmensonnement...55

4 Allue de dmensonnement de l nstallaton Pésentaton généale de l nstallaton apès dmensonnement Blan de l nstallaton Blan themque de la plaque absobante Blan themque de la cuve de stockage Etude de l échangeu de chaleu Blan themque du adateu Commentaes su les ésultats touvés Résultats de l nstallaton solae METHODE NODALE Descpton de la méthode etenue Mse en équaton Blan d énege du local Développement de l équaton généale dans une pao Analyse des dfféents modes de tansfet Echange adatf Echange convectf Echange conductf Applcaton à la méthode nodale Dscétsaton Système d équaton dans le local Résoluton numéque Commentae su les ésultats calculés Résultats de tempéatues calculés Concluson CONCLUSION GENERALE.. 84 BIBLIOGRAPHIE ANNEXE :..94 ANNEXE 1: FORMULE D IRRADIATION GLOBALE SUR LE PLAN INCLINE ANNEXE 2 : COEFFICIENT DE PERTE GLOBALE U L DU CAPTEUR...96

5 Avant-popos Ce mémoe soutenu à l'unvesté Mouloud MAMMERI de Tz-Ouzou (dépatement de Géne Mécanque), a été élaboé à pat d une echeche bblogaphque dvesfée et multdscplnae tatant du domane de la themque de l habtat et à taves une pate d un PNR (Pojet Natonal de Recheche) effectué à l URAER 1. Les tavaux de éalsaton su tean ont été soutenus pncpalement pa le CDER 2, afn de éalse une mason d hôte assuant un cetan confot pou l habtant. Notant, auss, que le sujet taté, ne consttue qu une sute et une contnuté d un thème déjà développé potant su la modélsaton solae themque d une habtaton. Cette expéence, nous a passonné et encouagé afn d élaboe un sujet qu va dans le même sens, mas avec plus de détals et de echeche su le volet tatant de la themque de l habtat. Pou l élaboaton de ce mémoe, je souhate expme ma econnassance enves les pesonnes qu m ont appoté leu ade et qu ont contbué à l élaboaton de ce taval ans qu à la éusste de cette fomaton. Les emecements s adessent à : Monseu Mohamed DAHLI, mate de conféences à l unvesté de Tz-Ouzou, qu, en tant que decteu du mémoe, pou son encadement et le suv du sujet. Son oentaton m a beaucoup seve à mene à ben ce taval. Monseu Mustapha KOUSSA, checheu au sen du CDER, qu m a pems de tavalle et de pote ma contbuton su une pate de son taval de PNR, et qu fat objet de mon taval de echeche. Il est pou beaucoup dans mon expéence su tean ans que la pogammaton. Son exgence, son expéence et sa gueu, m ont beaucoup adé afn de développe un taval ben fn et qu me seva à l aven. Monseu Maouf BELHAMEL decteu généal du CDER, de m avo encouagé depus mes débuts en tant qu employée au nveau du cente, et à effectue des tavaux tatant de la boclmatque, afn d appofond mes connassances en themque de l habtat. Madame Sama Kedjou CHADER, dectce de l URAER, qu m a ben encouagée afn de ben fnalse mon mémoe et ce juste apès son nstallaton au sen de l unté. Mes ensegnants en post-gaduaton du dépatement de Géne Mécanque (énegétque), Notamment Monseu Saïd MAKHLOUF, qu est toujous souceux de la éusste des ses étudants. Sa conscence pofessonnelle et son nquétude m ont pems d avance et de m ntéesse de plus à mes tavaux de echeche. Ans, Monseu Nace LAMROUS, qu m a beaucoup apps duant son encadement en gaduaton. 1 URAER : Unté de Recheche Applquée en Enege Renouvelable sse à Ghadaïa 2 CDER : Cente de Développement des Eneges Renouvelables sse à Alge/Bouzaeah v

6 Monseu Aezk DJEBBAR, chef de dépatement de Géne-mécanque, de m avo adé à sumonte quelques dffcultés admnstatves. Ans, à toute l équpe chagée de poste gaduaton. Tous le pesonnel de la staton météoologque de Ghadaïa, en patcule Monseu Abdelkade SALMI, peme esponsable, ans que Messeus Nouddne NAGNAGH et Mohamed DJAB ELLAH, chefs de sectons, de m avo foun toutes les données nécessaes pou mon taval. Je les emece auss pou l accuel qu ls me ésevent à chaque sollctaton. L équpe du pesonnel de l OPVM 3, de m avo foun de la documentaton et cates su l ubansme et la constucton de la égon. Auss, le pesonnel des foêts d El Atteuf de m avo donné des connassances su les vaétés de végétaton adaptées à la égon. Ans, le pesonnel du CNERIB 4, pou les ensegnements concenant les caactéstques themophysques de quelques matéaux de constucton utlsés dans cette étude. Tous les consultants et ntenautes encontés los des echeches effectuées et qu ont accepté de éponde à mes questons avec gentllesse. Monseu Mohand KESSAL, Pofesseu à l unvesté de Boumedes, Messeus Aoma AIT AIDER et Mohamed Saïd BOUTOUDJ, Mates de conféences à l unvesté de Tz-Ouzou, qu ont eu la gentllesse de le et coge ce taval, en espéant que leus emaques, oentatons et consels me seont utles pou la contnuté de mon pocessus de fomaton. Ma famlle, en patcule ma mèe, pou leus encouagements et leu patence. Enfn, mes collègues de taval de l URAER et du CDER, pou leus soutens, ans que mes ams (es), qu m ont toujous soutenue et encouagée au cous de la éalsaton de ce mémoe. Ceux que j a oublé de cte sachent comben je leu seas toujous econnassante. Mec à tous et à toutes. 3 OPVM : Offce de Potecton de la Vallée du M Zab de Ghadaïa 4 CNERIB : Cente Natonal d Etudes et de Recheche Intégées du Bâtments sse à Alge v

7 Lste des fgues, photos et tableaux Numéotaton Fgues Fgue 2.1 Evoluton de la tempéatue extéeue avec l humdté elatve avant éhabltaton pou la sason d été Fgue 2.2 Evoluton de la tempéatue ntéeue avec la tempéatue extéeue avant éhabltaton pou la sason d été Fgue 2.3 Evoluton de la tempéatue ntéeue du local avant éhabltaton du 23-25/07/2003 Fgue 2.4 Evoluton de la tempéatue extéeue avec l humdté elatve pou la sason d hve Fgue 2.5 Evoluton de la tempéatue ntéeue avec la tempéatue extéeue avant éhabltaton pou la sason d hve Fgue 2.6 Evoluton de la tempéatue ntéeue du local avant éhabltaton du 26-29/12/ 2003 Fgue 2.7 Résultats de l applcaton au dagamme psychométque Fgue 2.8 Pofl de tempéatue ntéeue avec la tempéatue extéeue apès solaton du 22/07/2004 Fgue 2.9 Pofl de tempéatue ntéeue avec la tempéatue extéeue apès solaton du 03/07/2008 Fgue 2.10 Pofl de tempéatue ntéeue avec la tempéatue extéeue du studo solé et celu accolé non solé du 23/07/2004 Fgue 2.11 Compaason de la tempéatue de suface de totue ente studo solé et celu accolé non solé du 23/07/2005 Fgue 2.12 Evoluton de la tempéatue ntéeue du local solé et celu accolé avec la tempéatue extéeue du 28/06/2004 Fgue 2.13 Evoluton de la tempéatue des dfféentes paos d studo (mus, totue et fenête) avec la tempéatue extéeue du 26/06/2004. Fgue 2.14 Evoluton de tempéatue à l ntéeue du mu ouest du local solé des tos couches en : caeau de plâte, polystyène et la pee du 26/057/2004 Fgue 2.15 Evoluton de la tempéatue à l ntéeue de la stuctue du mu ouest au local non solé du 26/05/2005 Fgue 2.16 Décalage hoae enegsté ente la suface extéeue et la suface ntéeue au mu ouest du studo accolé non solé du 23/07/2005 Fgue 2.17 Décalage hoae enegsté ente la suface extéeue et la suface ntéeue au mu ouest du studo solé du 23/07/2005 Fgue 2.18 Décalage hoae enegsté ente l ambance extéeue et ntéeue du local solé du 27/06/2005 Fgue 2.19 Compaason du pofl de tempéatue ambante ntéeue apès solaton avec le pofl de tempéatue ntéeue du local accolé non solé de la jounée 11/01/2005 Fgue 2.20 Compaason du pofl de tempéatue ntéeue au mu ouest apès solaton avec le pofl de tempéatue du mu ouest du local accolé non solé du 06/01/2006 Fgue 2.21 Compaason de la tempéatue de suface ntéeue à la totue avant et apès solaton du local accolé du 07/01/2006 Fgue 2.22 Décalage hoae et pofl de tempéatue ntéeue apès solaton avec la tempéatue extéeue du 12/02/2006 Fgue 2.23 Evoluton de tempéatue extéeue hvenale de l année 2006 Fgue 2.24 Evoluton de tempéatue ambante ntéeue Ta avant et apès solaton pou une souce de chaleu de 500Watt. Fgue 2.25 Evoluton de tempéatue ambante ntéeue Ta apès solaton pou une souce de chaleu de 2000Watt. Fgue 2.26 Evoluton de tempéatue Ta apès solaton sans et avec étanchété pou une souce de chaleu de 1500Watt Fgue 2.27 Evoluton de tempéatue extéeue hvenale de l année 2006 v

8 Fgue 2.28 Pofl de tempéatue ambante ntéeue du local avant et apès solaton pou une souce de chaleu de 1500Watt Fgue 2.29 Pofl de tempéatue ambante ntéeue du local avant et apès solaton pou une souce de chaleu de 2000Watt sans étanchété Fgue 2.30 Evoluton de tempéatue extéeue hvenale de l année 2005 Fgue 2.31 Pofl de tempéatue ambante ntéeue du local avant et apès solaton su un pas de 5 mnutes pou une souce de chaleu de 500Watt Fgue 2.32 Pofl de tempéatue ambante ntéeue du local avant et apès solaton su un pas de 5 mnutes pou une souce de chaleu de 2000Watt Fgue 2.33 Pofl de tempéatue de la pote ntéeue avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.34 Pofl de tempéatue de suface ntéeue de la pote extéeue avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.35 Pofl de tempéatue de suface ntéeue de la fenête ouest avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.36 Pofl de tempéatue de suface ntéeue de la fenête Est avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.37 Pofl de tempéatue de suface ntéeue du mu ouest avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.38 Pofl de tempéatue de suface ntéeue du mu nod avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.39 Pofl de tempéatue de suface ntéeue du mu ntéeue avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.40 Pofl de tempéatue de suface ntéeue du mu sud avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.41 Pofl de tempéatue de suface ntéeue de la totue avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.42 Pofl de tempéatue du planche bas avec la tempéatue extéeue avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.43 Pofl de tempéatue de tempéatue de l ambance ntéeue avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 2.44 Pofl de tempéatue du local non chauffé avec la tempéatue extéeue pou une souce de 2000W Fgue 3.1 Fgue 3.2 Fgue 3.3 Fgue 3.4 Fgue 3.5 Fgue 3.6 Fgue 3. 7 Fgue 3.8 Fgue 3.9 Fgue 3.10 Fgue 3.11 Fgue 3.12 Appael de type «Syntacke» mesuant l adaton dffus, dect et global Schéma de l nstallaton solae themque Schéma pésentant la caactésaton de l nstallaton solae themque Flux d énege dans un capteu plan Schéma de la cuve de stockage Schéma analogque de la cuve de stockage Iadaton solae calculé su quate mos (Décembe-Janve-Féve et m Mas) de l an 2005 Tempéatue de stockage et de la plaque calculées su quate mos avec la tempéatue extéeue (le débt est ps égale à 0.001kg/s à l enté) Tempéatue de stockage avec la tempéatue extéeue pou un mos de Féve (le débt est ps égale à 0.001kg/s à l enté) Evoluton de la tempéatue de l nstallaton (plaque et ésevo de stockage d eau), de l énege utle et le cumul en énege solae et énege stockée Evoluton de la tempéatue de la plaque avec la valeu mesuée pou tos jounées du mos de Féve Evoluton de la tempéatue de la plaque avec la valeu mesuée pou tos jounées du mos de Féve v

9 Fgue 3.13 Fgue 3.14 Fgue 3.15 Fgue 3.16 Fgue 3.17 Pofl de tempéatue calculé de l enté et de sote de l a et de l eau du adateu avec l nstallaton solae Pésentaton de dscétsaton selon la méthode Nodale (exemple su le mu ouest et totue) Pofl de tempéatue de confot calculé su 12 jous avec une souce de chaleu de 500Watt Pofl de tempéatue de toutes les façades du local calculé su 12 jous avec une souce de chaleu mesué à 500Watt Pofl de tempéatue des ouvants et du local non chauffé su 12 jous avec une souce de chaleu mesué à 500Watt Numéotaton Photo 2.1 Photo2.2 Photo 2.3 Photo 2.4 Photo 2.5 Photo 2.6 Photo 2.7 Photo 2.8 Photos Pésentaton du local d étude avant éhabltaton Système d acquston de données nstallé à l ntéeu du local Isolaton extéeue de la totue Isolaton extéeue du mu ouest Système de pegolas Ombage et végétaton Emplacement des themocouples à l ntéeu du local d études Emplacement des themocouples à l extéeue du local d études Numéotaton Tableau 1.1 Tableau 2.1 Tableau 2.2 Tableaux Couleu de evêtement Popostons clmatques données pa applcaton au dagamme psychométque Valeus de dépedtons themques avant et apès éhabltaton v

10 Nomenclatue Vaables (caactèes usuels) Descpton T Tempéatue ésultante (ou de confot) C Ta Tempéatue ambance ntéeue C T m Tempéatue moyenne émse pa l envonnement C T Tempéatue ntéeue de la pao C S Suface de la pao d un local m² K Coeffcent de conductvté themque W/m² C h e, h Coeffcent d échange supefcel extene et ntene W/m² C K op, K v Coeffcent d échange des paos opaques et vtages W/m² C k Coeffcent d échange de tansmsson lnéque W/m C e Epasseu de la pao ou d un matéau m q e,q,q v Débt d a entant, pa nfltaton et pa ventlaton m 3 /h Qc Dépedton sufacque pa tansmsson Watt Ql Dépedton lnéque Watt Q Dépedton themque pa enouvellement d a Watt a Dffusvté themque m²/s b Effusvté themque (W/ Cm²) 1/2 C Capacté themque d un matéau kj/kg Cp Chaleu spécfque d un matéau Wh/kg C T e Tempéatue ambante extéeue C H Humdté elatve % T LNC Tempéatue du local non chauffé (WWC) C T 2L Tempéatue du local adjacent C Q m Dépedtons pa tansmsson à taves les mus, plafond et sol Watt Q f, Q p Dépedtons pa tansmsson à taves les fenêtes et potes Watt Q nf Dépedtons pa nfltaton Watt C a Capacté themque de l a Wh/m 3 C cd Q c Q Q Q a c, Q a Pussance conductve de la pao à taves les mus, plafond, le sol et ouvant Pussance convectve de la pao et de l a ntéeu au local Pussance adatve échangée ente dfféentes paos et absobée pa Pussance adatve échangée ente les dfféentes paos Unté W/m² W/m² W/m² W/m² C Capacté themque de la pao Wh/m 3 C V,V a Volume de la pao et de l a du local m 3 t Temps heue Q T, Q Tf Dépedton themque avant et apès éhabltaton W/ C J Degé-jous C T b Tempéatue ambante de base (18 C) C Q Dépedtons themque totale W/ C L Chage de l habtaton (besons themques) W ou Joule x

11 A c Suface de capteu solae m² F R Facteu de conductance de capteu themque - U L Coeffcent de pete globale d un capteu themque W/m² C T ef Tempéatue empque de éféence pse à (100 C) C G n Iadaton globale totale su le plan nclné J/m² N Nombe de jous dans le mos - F Facteu de l effcacté d échangeu de chaleu (capteu-ésevo) - ' R ṁ v Débt volumque du flude calopoteu F Facteu d effcacté du capteu (paamète géométque) - V, Vs Volume éel et volume standad de stockage (=75l/m²) l/m² F Facton de chage de chauffage annuelle couvete % f Facton de chage de chauffage totale mensuelle % U L Coeffcent d échange global du capteu themque W/m² C U av, U a Coeffcent d échanges avant et aèe au capteu themque W/m² C G Intensté du flux solae ncdent W/m² T pm Tempéatue moyenne de la plaque absobante C T fe, T fs Tempéatue d entée et de sote du flude calopoteu C m. Débt massque du flude calopoteu Kg/h K p Conductvté themque de l absobeu w/m² C e p Epasseu de la plaque absobante m F a Effcacté de l alette - e Epasseu de l solant au capteu solae themque m A lat Suface latéale du capteu m² Qu Enege utle dans l échangeu de chaleu (flude entant et sotant) Joule Qt Enege podute dans le ésevo Watt T s Tempéatue du stockage (ésevo d eau) C R th Résstance themque du stockage ente l ambance et le flude m² C/W R th Résstance themque adale du ésevo d eau m² C/W R thc Résstance themque su les cotés du ésevo m² C/W R th1 Résstance themque de la cuve de stockage m² C/W R th2 Résstance themque de la vole du ésevo m² C/W R th3 Résstance themque de l solant dans la cuve de stockage m² C/W R th4 Résstance themque ente l solant et la tôle m² C/W I Gf Flux solae global ncdent su la suface d une pao Watt ( Q Q ) e Q s c, c ae c a cd Q, 1, 1,, Pussance adatve pa nfaouge ente pao-voûte céleste et le sol W/m² Q Pussance adatve tansms pa nfaouge ente les dfféentes paos W/m² Q, Pussance convectve à l extéeu du mu W/m² Q, Pussance convectve à l ntéeu du mu W/m² + Pussance conductve à l ntéeu du mu (ente deux couches) W/m² x l/s

12 Q G Pussance adatve du ayonnement de coutes longueus d onde W/m² k Coeffcent de conductvté themque ente deux couches de la pao W/m² C c a c ae j c s c h, Coeffcent convectf ente l ambance ntéeue et la pao ntéeue W/m² C h, Coeffcent convectf ente l ambance extéeue et la pao extéeue W/m² C h, Coeffcent d échange adatf ente les paos d ndce et j W/m² C h, Coeffcent d échange adatf ente la pao d ndce et le cel W/m² C h, Coeffcent d échange adatf ente la pao d ndce et le sol extéeu W/m² C Q Rayonnement absobé dectement pa la pao povenant du cel Watt Q céleste Rayonnement (Watt); absobé dectement pa la pao povenant du sol Watt s extéeu Facteu de (Watt); fome ente la pao et le cel - F, c F, Facteu de fome ente la pao et le sol - Facteu de fome d une encente femée - s Fˆ j Tae Tempéatue de l a extéeu C T cel, T sol Tempéatue du cel et du sol C C (ρ VC p ) Capacté themque du adateu Wh/m 3 C T Tempéatue du adateu C T ee, T se Tempéatue de l enté et de sote de l eau dans le capteu C T ea, T sa Tempéatue de l enté et de sote de l a dans le adateu C C mn, C max Plus fable et plus gande capactés calofques hoaes Wh/m 3 C T eq Tempéatue d équlbe à la pao extéeue du local C Vaables Descpton Unté (caactèes gecs) α Albédo du ste 0.28 θ Angle d ncdence du ayonnement dect pa appot à la nomale degés ß Angle d nclnason pa appot à l hozontale degés φ Lattude du leu degés γ Oentaton (0 pou plen sud, négatf pou l est) degés θ z Angle Zénthale degés λ Coeffcent de conductvté themque d un matéau W/m C ρ Masse volumque Kg/m 3 θ m Tempéatue moyenne de la pao de suface S C θ Tempéatue ntéeue de chaque pao de suface S C (τα ) Coeffcent de tansmtvté et d absoptvté podut pa le capteu - Facteu d effcacté d échangeu de chaleu eau-a - Φ u Flux utle tansms pa le capteu Watt Φ s Flux d énege solae ncdent du capteu plan Watt Φ a, Φ Flux d énege absobé et éfléche pa le capteu Watt Φ a, Φ av Flux d énege aèe et avant tansms pa le capteu Watt a (τ α) Coeffcent qu dépend de l angle d ncdence - α Tanspaence de la couvetue tanspaente - x

13 τ Coeffcent d absopton - η c Rendement nstantané du capteu % λ p, λ f, λ Conductvté themque de l absobeu, de l solant et du flude W/m C µ p Vscosté à la tempéatue moyenne du flude (pa.s). µ a Vscosté à la tempéatue des paos (pa.s). Φ av Petes globale avant Watt ε,ε v Facteu d émsson de l absobeu et du vtage - ε Emssvté du adateu 0.3 Goupements sans dmenson (usuels) Nu Re Ra P G Descpton Nombe de Nusselt Nombe de Reynolds Nombe de Raylegh Nombe de Pandtl Nombe de Gashoft constantes Descpton σ constante de Stefan-Boltzmann ( W/m²/K 4 ) Cp chaleu spécfque de l a (1007 J/kg/K à 300 K) g accéléaton unveselle (9.8 m.s -2 ) ρ masse volumque de l a ( kg/m 3 à 300 K) µ vscosté dynamque de l a ( kg/m/s à 300K) λ conductvté de l a (0.026 W/m/K à 300K) Indces usuels j k Descpton Indce des nœuds ente les couches de la pao du local Indce des paos, totues et ouvants Indce su les dfféents nœuds et couches adjacents à chaque pao x

14 RESUME L habtat contempoan en Algée ne épond pas aux exgences de confot en généal et themque en patcule. Ce constat est enfocé pa la non pse en chage, dans la concepton de dépat, de pluseus ctèes à savo, une concepton achtectuale qu s adapte au clmat, une solaton themque de l enveloppe extéeue du bâtment et enfn une nete themque stablsatce de l ambance ntéeue au bâtment. La égon de Ghadaïa se caactése pa un clmat chaud et sec, et une ampltude themque dune tès mpotante. En effet, les tempéatues maxmales peuvent attende 50 C le jou, pou l ampltude dune, elle avosne 15 C. Ces condtons clmatques favosent à leu tou l nconfot et leu pse en compte dans la concepton achtectuale de dépat est plus que souhatable afn d assue non seulement un confot themque aux occupants mas également d évte toute opéaton de éhabltaton themque souvent tès délcate et coûteuse. Note taval de echeche, vent s nsce dans une optque de éhabltaton themque d un local d habtaton dans la égon de Ghadaïa afn d assue un cetan confot themque. Des pncpes de concepton achtectuale boclmatque et d solaton themque de l enveloppe seont applqués. A cela s ajoute pou la péode la plus fode de l année une ntégaton d une nstallaton solae sous fome de capteus plans à effet de see. Mots-clés : habtat, confot themque, Ghadaïa, achtectue boclmatque, nstallaton solae. x

15 ABSTRACT In Algea, the contempoay habtaton does almost not answe to the comfot demand, n patcula the themal facto. Ths obsevaton s enfoced by the unsuppoted, n the ognal desgn, of seveal ctea s, namely: An achtectual desgn whch adapts to the clmate, a themal solaton of the buldng extenal envelope and stablzng themal neta of the ntenal buldng ambance. Ghadaïa egon s chaactezed by hot, dy clmate, and vey lage dunal themal ampltude. In fact, the maxmum tempeatues may be eachng the 50 C, fo the dunal ampltude s aound 15 C. These clmate condtons favote the uncomfoted buldngs, then t wll be moe adopted n the achtectual stat desgn wthn the goal to nsue not only the themal comfot but avod also any themal ehabltaton opeaton that may often be vey cost and delcate. Ths wok focuses on themal ehabltaton of a buldng located n Ghadaïa egon fo the pupose to povde a cetan themal comfot. Pncples of bo-clmatc achtectual desgn and themal nsulaton of the buldng envelope have been appled. A addton, themal sola nstallaton unde geenhouse plate collectos has been ntegated dung cold seasons of the yea. Keywods: habtaton, themal comfot, Ghadaïa, bo-clmatc achtectual, themal sola nstallaton. xv

16 CHAPITRE INTRODUCTIF

17 1. Intoducton généale La éhabltaton themque, consste pncpalement à améloe le confot themque pa la éducton des petes themques et des appots solaes, ans que l accossement du endement énegétque. Elle est défne pa la énovaton de l exstant et se fat selon le cas et le beson. Il s agt en fat de concle les éléments de stuctue du bât ancen et les matéaux de base avec les technques actuelles. Toutefos, un dagnostc et une étude de fasablté su les stuctues de l habtaton est nécessae et ce suvant la patque à mette en œuve avant la éalsaton. La éhabltaton themque dans l habtat pésente donc une soluton ntéessante qu épond à l exgence du confot avec une consommaton modéée et atonnelle en énege. Sachant que le secteu de l habtat est doublement concené pa le échauffement de la planète; ans pa l utlsaton accue de système de chauffage et de clmatsaton, cela peut engende des conséquences mpotantes su l envonnement sous fome de ejets polluants mas auss su le clmat uban. A cet effet, l est souhatable de touve un compoms ente le confot, l économe d énege et l envonnement. Pa conséquent, les solutons dovent ête en confomté avec les exgences de la églementaton themque qu épond au espect de l envonnement pusque elevant d une queston petnente et sensble à l échelle planétae (le changement clmatque et l effet de see mpose une aute vson de vo et une aute façon de fae). Le clmat consttue un des facteus ndénable et néluctable dans l étude de la éhabltaton themque du bâtment, ca l exste une appoche de concepton themque appopée pou chaque type de clmat. Pa conséquent, l est nécessae de classe le pojet d étude dans un type clmatque dstngué et appopé à la égon. Toutefos, le clmat de l Algée est de type médteanéen (contnental, matme et montagneux) au Nod du pays, et sec et chaud (désetque) dans le sud. La égon de Ghadaïa, leu d mplantaton de note pojet d étude, se stue dans l une des zones du sud avec un clmat sahaen. La constucton ancenne à base de matéaux locaux est adaptée à l envonnement clmatque et économque quo quelle fût atsanale. Pa les velles ecettes tadtonnelles, les ancens bâtsseus savaent utlse au meux les données clmatques (potecton au vent, ouvetue au sud, atténuaton du gadent themque pa l nete des matéaux, ombage pa des systèmes d acades, l utlsaton des couleus claes, etc.). Actuellement, la constucton dte modene a ps le pas su cette achtectue ancestale sane et économe, alos qu l sufft de l adapte en appotant plus de confot themque. Des technques scentfques actuelles 2

18 peuvent ête utlsées pou estaue les velles masons ou pou la éalsaton des masons boclmatques nspées des modèles ancens. Concenant le chox du matéau de constucton, le bâtsseu de la égon de Ghadaïa adopte la constucton en pee, ca elle pemet une constucton solde, duable et plus confotable. Autefos, le lant est généalement mélangé avec de la palle, les feulles et les dévés de palme et du fume, pou la soldté, la cohéson et auss pou l solaton themque. Note étude, s nspe du savo fae local. Le confot themque est assué en pocédant à l solaton des mus et totue, à l étanchété des ouvants et pa le chox de type d nstallaton de chauffage et de clmatsaton. Et, dans le but d avo un melleu confot themque, l solaton de l extéeue est meux adaptée, ca non seulement elle offe une melleue pefomance énegétque (mnmse meux les dépedtons en hve et les appots solae en été), mas pemet auss d évte les ponts themques et de gagne de l espace pusque le volume ntéeu este nchangé. Dans le cas des suchauffes, les potectons solaes sont assuées pa des systèmes d acades, de pegolas, de la végétaton et l utlsaton de la couleu clae pncpalement su la totue. Il s agt fnalement d une achtectue boclmatque dont on a suggéé une améloaton du pont de vue énegétque avec une ntégaton d un système actf pa l utlsaton des capteus solae poftant ans du potentel solae consdéable. De pat sa poston géogaphque, et de sa supefce qu s étend à Km², l Algée dspose d un gsement solae exceptonnellement élevé. La moyenne annuelle d nsolaton dépasse les 2000 heues pou attende pès 3500 heues d ensolellement dans le déset du Sahaa [1]. La moyenne en éclaement solae est de 6 kwh/m² dans le gand sud et ente 4 à 5 kwh/m² dans les autes égons. L Algée est consttuée pa des quate cnquème du tetoe pa des zones ades et sem-ades. Ghadaïa est une égon ade stuée à 600 Km de la captale Alge. Le ecous à l énege solae comme souce d énege enouvelable dans les zones ades à fots taux d ensolellement, et avec une constucton modene, confotable dans le cade de la pésevaton de l envonnement et dans le espect du cachet achtectual, contbuea à stablse les condtons clmatques. L énege solae consttue donc une soluton sédusante, pusqu elle est auss népusable, non polluante et gatute, pou peu qu on pusse la capte et sutout la stocke. La condton pemèe pou une utlsaton effcace de ce dspostf, est de pouvo optmse l habtat dans lequel sont ntégés ces systèmes, concenant sot les besons en chauffage, en condtonnement de l a ou encoe en éclaement. Cec ne peut se fae que pa un chox judceux de pluseus paamètes en l occuence le chox des matéaux de constucton, l solaton, l ombage, céaton d espaces 3

19 vets et de mse su des couleus claes des égons du sud pou dmnue au maxmum l effet du ayonnement solae, etc., ce qu nous ntodut dans le concept boclmatque et en même temps dans la logque d un développement duable. 2. Poblématque généale Note taval s nsct dans l optque globale de echeche su l améloaton de l aspect qualtatf, notamment le confot themque dans l habtat, sachant que la demande en logement est de plus en plus cossante. Ans, la poblématque pncpale est lée à l absence du confot themque dans cetanes constuctons. Dès los, le secteu de l habtat se touve vctme d une façon de fae qu ne eflète aucunement les aspatons de l habtant en temes de confot themque, tout en gnoant les exgences clmatques, envonnementales et économques des égons concenées (sachant que, selon les pays, le secteu du bâtment est esponsable de 30 à 40% des ejets de gaz à effet de see et de 40 à 50% de la consommaton d énege [2]). Il a été alos podut des bâtments non confotables, aux oentatons abtaes de ses façades, voe à l utlsaton de matéaux de constuctons nadaptés. Depus des années l Algée a consent des effots mpotants pou off un tot et une habtaton aux dfféentes couches socales en constusant pluseus mllons de logements. Une acton pousuve de nos jous suvant dfféentes fomules pou l acquston de logements ans que la facltaton d accès à la popété. Malheueusement la qualté de l habtat est pauve, pncpalement en temes de confot themque, et ne épond plus aux péoccupatons actuelles en temes de potecton de l envonnement et mons encoe en temes d effcacté énegétque, ca l y a ben absence en concepts de boclmatsme ps en consdéaton autefos pa les ancens bâtsseus qu savaent adapte et compose au meux l habtat avec l envonnement clmatque. Et non seulement les constuctons sont dépouvues des technques ancennes, mas on constut sans se souce n des nomes lées à la églementaton themque [3-4], qu consste à édue l mpact su l envonnement de pa l améloaton du endement themque, n de la pomulgaton d une églementaton pécse su la themque mposée et adaptée à chaque égon et su la matse de l énege [5], souce de polluton et de échauffement clmatque. Pa appot à toutes ces vétés et constatatons, les gandes questons qu métent d ête posée sont : -Est-l possble de concevo aujoud hu des habtatons confotables themquement et économes en énege avec le mnmum d mpact su l envonnement? 4

20 - Comment éconcle la constucton nouvelle avec son contexte physque et le savo-fae local, et compose les technques scentfques actuelles avec le savo fae ancestale? - Quelle appoche seat plus effcace pou éalse cette éhabltaton themque de l habtat, en assocant tous les acteus concenés? 3. Poblématque spécfque Ghadaïa, cette majestueuse vlle du sud de l Algée tant connue de pat son ubansme exceptonnel, pésente depus toujous un modèle ntéessant de l achtectue boclmatque pncpalement dans la vallée de M Zab. Malheueusement, aujoud hu, on assste à des constuctons dépouvues, du savo-fae local dont les ancens bâtsseus savaent utlse au meux les velles ecettes tadtonnelles avec les données clmatques. On dot atte l attenton auss su l nstallaton pesque généalsée des clmatseus dans la plupat des nouvelles habtatons. Néanmons, on constate quelques constuctons adaptées à l ancenne, en utlsant quelques matéaux locaux pncpalement la pee calcae due; vo, auss espect de quelques méthodes ancestales. L dée, cetes est bonne et ntéessante, mas este que la techncté est nsuffsante du pont de vue confot themque. Enfn, note ntéêt scentfque, consste à savo comment attende un confot themque de l habtat, toute en tenant compte de la complexté clmatque du ste. Toutefos, la queston qu méte d ête posé est la suvante : - Comment appoche analytquement et d une manée cohéente, la complexté clmatque, en vue d améle son confot themque? 4. Hypothèses Pou éponde à la poblématque posée dans note taval de echeche, nous avons constuts les hypothèses pncpales suvantes : La pse en chage du local exstant pa le bas d une bonne matse de la éhabltaton themque seat l opton la plus petnente pou améloe les condtons de confot des occupants ; La éntepétaton des pncpes de l achtectue boclmatque peut patcpe fotement à l améloaton des pefomances themques du local d étude ; Recous aux éneges enouvelables, peut ête une soluton à l améloaton du confot themque. 5

21 5. Objectfs L objectf pncpal de note taval de echeche consste à améloe le confot themque de note local d étude. Ans, cée pou l occupant les melleus condtons de confot physologques en (tempéatue, humdté et a neuf), et lu off un mleu san et duable avec une consommaton plus fable en énege, et ce à taves : Une opéaton de éhabltaton themque du local qu pend en chage les pncpes fondamentaux d une achtectue boclmatque, l solaton themque et enfn l nete themque pou le stockage de l énege ; Une utlsaton des éneges enouvelables, énege solae themque. 6. Méthodologe adoptée: Dagamme psychométque Dans note cas d étude, nous adoptons une méthode énoncée pa (V.Olgyay [6]), avec une appoche pou les clmats chauds. Il s agt d une méthodologe lagement utlsée dans le domane boclmatque, et poposée comme pocédue systématque pou l adaptaton de la concepton des bâtments aux exgences humanes et aux condtons clmatques. La méthode, ans poposée, se pésente sous fome de dagamme dt «psychométque» su lequel sont épate les données météoologques en tempéatue et humdté elatve. Il pemet de détemne une zone qu pemetta à son tou selon les ctèes à pévo et à chos les dfféents matéaux et équpement qu conduont à améloe l ambance ntéeue, pa conséquent, mnmse les dépenses elatves à l nstallaton de compensaton en matèe d appot ou d extacton de chaleu. A pat des solutons poposées de ce dagamme, nous allons mette en évdence le compotement themque du local, au cous du temps. 7. stuctue du mémoe Le pésent mémoe est stuctué en deux gandes pates, dont tos chaptes en plus du chapte ntoductf et la concluson généale. La pemèe pate est à caactèe théoque. Elle est consttueé d un chapte tatant des appels de base su le confot themque, son évaluaton et les facteus agssants à savo : les concepts boclmatques, l solaton et l nete themque. La deuxème pate, épate sous deux chaptes (2 et 3) et tate le cas d étude. Dans le chapte 2, nous avons pocédé à la pésentaton du local, suvant son mplantaton, ces epèes conceptuels et un dagnostc quant à l nconfot essente dans cette habtaton 6

22 avant sa éhabltaton, et ce à taves des mesues pses localement pou la sason estvale et hvenale. Ente aute, nous avons adopté une démache d applcaton su le dagamme psychométque suvant les données du ste et ce dans le but de dégage des popostons boclmatques et themques pou la éhabltaton du local. En conjuguons avec toutes les éponses et ndcatons données pa le dagamme, nous avons pocédé aux tavaux de éalsaton su teans à savo: l solaton des mus et totue, étanchété des ouvants, ombage en ayant ecous aux systèmes d acades, éalsaton des systèmes de pegolas, plantaton de la végétaton et enfn pente de l enveloppe extéeue avec de la couleu clae et la suface extéeue de la totue pa de la chaux aéenne blanche. Apès les tavaux de éhabltaton themque, une étude expémentale à été entamée. Elle consste à péleve des mesues de tempéatue égnante à l ntéeue du local pou la sason d été et d hve. Nous avons pa la sute, développé un modèle de calcul potant l évoluton de tempéatue ntéeue avant et apès éhabltaton suvant dfféentes souces de chaleus conventonnelles pou la sason d hve avec le calcul des dépedtons themques su l ensemble de l habtaton. Une étude qu nous gudea ves le chapte qu sut. Le tosème chapte popose l utlsaton de l énege solae pou le chauffage du local pou les péodes les plus fodes de l année, ans la poducton d eau chaude santae. A cette poposton, nous avons pocédé au dmensonnement de l nstallaton solae themque, pou le calcul des besons themques et la suface de captage afn de couv les chages themques. Apès éalsaton de l nstallaton, on a pocédé au tatement du blan themque de l ensemble (capteu et ésevo de stockage d eau). Un modèle mathématque de calcul destné à ce dspostf solae à été élaboé. Il smule le calcul de la tempéatue obtenue su les dfféents oganes de l nstallaton à savo : la tempéatue de la plaque absobante, de la cuve de stockage, la tempéatue d entée et de sote d eau et de l a dans l échangeu de chaleu elant la cuve de stockage d eau et l habtaton, suv d un calcul au gsement solae. Pa alleus, nous avons développé un modèle mathématque de calcul en égme tanstoe suvant la méthode nodale. Ce modèle, consste à ntodue les phénomènes de tansfet de chaleu, pa une sée d équatons dfféentelles applquées su toutes les couches de la stuctue du local. La ésoluton du modèle mathématque pa la méthode numéque de Runge-kutta, nous pemetta de détemne l évoluton de la tempéatue ntéeue du local d étude. Pou la smulaton numéque, nous avons ms en œuve un pogamme de calcul éct su MATLAB. Enfn nous temneons pa une concluson généale. 7

23 PARTIE 1 REPERES THEORIQUES

24 PREMIER CHAPITRE CONFORT THERMIQUE OBJECTIF DE TOUTE CONCEPTION ARCHITECTURALE

25 Intoducton L améloaton du confot themque qu consttue l objectf pncpal de la éhabltaton themque, consste à mette en évdence le compotement themque d une habtaton au cous du temps, et ce à pat de la pédcton des tempéatues ambantes ntéeues. Toutefos, la matse des phénomènes d ambance dans l étude du confot themque fat appel aux nfomatons elatves à la concepton globale du bâtment, à l solaton themque et enfn l nete themque. Ben entendu, chaque ste à ces spécfctés clmatques qu l faut explote [6], ans l exste une appoche de éhabltaton themque appopée pou chaque type de clmat. Dans ce contexte, selon le zonage mondal (K. Gege [7]), classe la égon de Ghadaïa dans la zone spécfque au gand sud de l Algée appelé BWh avec un clmat désetque sec et chaud. Notons que du Nod au sud et de l Est à l ouest, l Algée offe une dvesté de clmat. Et, selon les tavaux détallés de (L ONM 1 et CCM 2 [8]), Ghadaïa, se stue dans l une des tos zones du sud de l Algée appelé zone E avec un clmat sec et chaud et même pénble en été, et un clmat fod et ude en hve avec de gands gadents de tempéatues ente le jou et la nut spécalement en hve. Fnalement, Il sea donné dans ce qu sut, l évaluaton du confot themque et les dfféents facteus agssant su ce confot, etenues de pat les tavaux des auteus pncpalement pou le cas des égons chaudes Evaluaton du confot themque L évaluaton du confot themque fat généalement ecous à l étude themque qu pemet de défn les condtons d ambances acceptables et de quanttés d énege à foun pou les équpements d ambance, et ce dans l objectf de donne des ecommandatons les plus adaptées dans le domane de l habtat [9-10]. Les pncpaux ndcateus pou l évaluaton du confot themque se ésument comme sut : Tempéatue ésultante (opéatve), T Le calcul de la tempéatue ésultante, pésente un ndce de confot ntégant l effet de la convecton et du ayonnement pou des vtesses de l a peu élevées (<0.2m/s) [11-12] : 1 ONM : Offce Natonal de la Météoologe 2 CCM : Cente Clmatque Natonal 9

26 Et d apès, A. MISSENARD [50] Avec, T a : tempéatue de l a ( C) ; T T Ta + Tm = (1.1) 2 S T = (1.2) m S T m : Tempéatue adante moyenne émse pa l envonnement ntéeue ( C) ; T : Tempéatue ntéeue de chaque pao d un local, de suface S, mesuée en ( C). Utlsaton du dagamme psychométque pou la détemnaton de la zone de confot La zone de confot est une zone ou les condtons sont confotables pou l homme. Ans, les paamètes pemettant de la détemne sont les suvant [13-14] : Tempéatue de l a Ta ( C) ; Tempéatue adante moyenne des paos T m ( C) ; Humdté de l a H (%) ; Vtesse de l a Va (m/s). Ajoutant à ces paamètes, ceux popes à l habtant comme le vêtue et l actvté. Pou détemne ans la zone de confot, V. Olgyay [15], a élaboé un dagamme appelé «psychométque» ou «boclmatque», utlsé dans les tavaux destnés au calcul du confot dans l habtat spécalement pou les zones chaudes. Su ce dagamme, l sea établ une vaaton de poston clmatque, dont la zone de confot se touve au cente avec les plages d hve et d été ndquées sépaément Dfféents facteus agssant su le confot themque L oentaton B. Gvon [44], place le concept de l oentaton au cente des éléments nfluant su les ambances ntéeues d un bâtment. Il défnt, l oentaton d un bâtment pa la decton ves laquelle sont tounées ces façades. Ce facteu est soums à de nombeuses consdéatons, telles que la vue, les dépedtons possbles, l aéaton et la natue du clmat. En effet, 10

27 l oentaton des bâtments détecte la qualté de l habtat en affectant son ambance ntéeue de deux manèe et ce pa la égulaton de deux facteus clmatques dstnctes : Le ayonnement solae et ses effets d échauffement su les mus et pèces oentées selon dfféentes dectons ; La ventlaton en appot avec la decton des vents domnants et l oentaton de la constucton. Ans, les dfféentes oentatons des façades d un bâtment se pésentent comme sut [16-17]: - L oentaton sud est généalement généatce de chaleu et de lumèe, les espaces oentés ves cette decton seont les pèces de ve consacées aux actvtés de jou, comme le salon, salle à mange, cusne et bueau. Ces pèces dovent posséde de gandes ouvetues vtées pou meux capte le ayonnement solae. Toutefos une attenton patculèe deva ête potée quant aux appots solaes. Ans, l ntégaton de potecton solae est ndspensable. - Les pèces peu utlsées et à fable tempéatue sont à place de péféence côté Nod de l habtat, l s agt de zones tampons. Elles sont mons utlsées, mas jouent un ôle potecteu vs-à vs du fod. La mse en place de ces zones pemet de édue jusqu'à 30 % la dépedton themque totale. La salle de ban, le gaage, la buandee, les escales, le celle, les coulos, etc. consttuent des zones tampons déales. - A l est et au sud-est, les chambes poftent du solel levant, souce d ébloussement lumneux. - A l ouest et au sud-ouest, ces pèces bénéfcent du solel couchant, mas elles subssent des suchauffent dffcles à contôle en fn de jounée. * Dans la éhabltaton themque, losque cela est possble, un éaménagement ou edstbuton des actvtés et espaces ntéeus de manèe à ce qu ls coespondent au meux à une statége d achtectue qu tent compte du leu d mplantaton ; ans, les espaces ntéeus seont éogansés en foncton de l usage, de manèe à ce que l ambance themque coesponde aux actvtés et aux heues d utlsaton [18] La ventlaton natuelle La geston du confot d été passe pa la possblté de ventle avec de l a fas une habtaton. La capacté de afachssement est dsponble comme de jou ou de nut. En hve, cette opton n est valable que s un jou fat bon pou aée la mason. L a moble est tès favoable à des dépedtons de chaleu. Pa conséquent, l mpact de la ventlaton su un bâtment n est pas néglge, ca elle augmente les petes pa convecton [19-16]. 11

28 * Dans les clmats chauds en favose la ventlaton noctune, ca les tempéatues à l ntéeue sont tès hausses et l a extéeu est fas. A Ghadaïa, les tempéatues jounalèes en été attegnent en moyenne 40 à 45 C, la vaaton mensuelle enegstée su 30ans (depus 1977 à 2006) vae ente 20.8 C et 23.5 C [34], et le gadent de tempéatue ente le jou et la nut avosne 15 C [20] Dmenson des ouvetues Les paos tanspaentes (vtages) de l enveloppe d une habtaton patcpent actvement dans les échanges themques ente les envonnements ntéeus et extéeus des bâtments (appots et dépedtons themques). Toutefos, une attenton patculèe quant aux dmensons de ces ouvetues est ecommandée selon l oentaton et la concepton. En effet : - Les vtes vetcales oentées au sud pésentent le double avantage d ête tès ben exposées au solel d hve, et facles à potége du solel d été. - Pou les vtes oentées à l Est ou à l Ouest, l n est pas souhatable de leu donne de gandes dmensons au seul plan d énege solae, ca elles eçovent tès peu d énege solae en hve [21]. Il faut auss évte de sudmensonné les fenêtes oentés ouest pou sque de suchauffe [22].On ne dmensonne les ouvetues Est et ouest qu en foncton de la vue et de l éclaage. En été, elles sont, pa conte, lagement exposées (le matn pou les fenêtes Est, l apès-md pou les fenêtes ouest). La tempéatue extéeue étant plus élevée l apès-md, les ouvetues ouest podusent des suchauffes plus dffcles à élmne [21]. - Les ouvetues vtées oentées au nod, sont celles qu eçovent le mons d énege solae, ca, c est souvent du nod que vennent les vents les plus fods, donc ses ouvetues dovent ête édutes [21]. Mas à cause du poblème de suconsommaton en éclaage atfcel l faut évte de top édue ces ouvetues [22]. * Dans la égon de Ghadaïa, la plupat des fenêtes sont tès pettes, on touve auss des ouvants sous fome de fentes ben oentées, et des ouvants hozontaux connuent des égons du sud su la totue de la mason. Mas actuellement des gandes fenêtes commencent à appaaîte dans les nouvelles constuctons. Elles sont potégées pa des stoes véntens aux nomes ntenatonales, sans autant dénatue l achtectue ancestale [23-24] La fome et compacté Une habtaton confotable ne peut ête que de fome smple et compacte [25-26]. Toutefos, la fome du bâtment nflue su : 12

29 Le blan global de l éclaement énegétque du solel ; Le taux de dépedtons themques ; L écoulement des flux aux abods des bâtments. Ans, selon (V. Olygay (1963) [15]), la fome optmale d un bâtment coespond à celle qu pemet de pede un mnmum de chaleu en hve et d en gagne un mnmum en été. Il pécse que : La fome allongée dans la decton est-ouest, donne de melleus ésultats pou tous les clmats. Pa conte le caé, n est pas optmale quelle que sot la localsaton de la constucton. Et toutes les fomes allongées dans la decton nod-sud sont encoe mons effcaces que la fome caée. * A Ghadaïa, la textue des vlles est extêmement seée et dense. Les masons généalement épasses et mbquées les unes dans les autes, elles céent ans de gands volumes habtables pa appot à la suface du mu exposée au solel, cet état de fat nfluence su le confot ntéeu [27] La couleu Du pont de vue themque, la tente des couleus nfluence féquemment le compotement themque des mus extéeus pa conséquent, su le endement énegétque de l habtat. Des essas poussés ont monté que les tempéatues supefcelles dues à l acton decte des ayons du solel vaent fotement en foncton de la couleu. Pa conséquent, l faut un chox judceux des matéaux et de leu couleu au moment de la constucton ou de la éhabltaton themque [28]. Des couleus dfféentes absobent des quanttés vaables de lumèe natuelle. Ans, dans le (Tableau 1.1), l sea donné les coeffcents d absopton selon leus catégoes. Tableau1.1 : Facteu d absopton en foncton de la couleu (Souce : J.L. Izad, 1993) Catégoe Clae moyenne sombe noe Absoptvté α< <α< <α<0.9 α>0.9 Couleus Blanc, Cème, Oange, Rouge sombe, Vet Bun, Vet sombe, No, Rouge cla cla, Bleu cla Bleu vf, Bleu sombe Bun sombe *A Ghadaïa, on touve des couleus claes comme : bleu, ose, jaune, blanc, suvant l endut qu les ecouve dans la constucton. Notant que, la couleu clae éflécht meux les ayons solaes, pncpalement la couleu blanche. Qu dans son utlsaton, pmtvement est sous fome de lat de chaux [23]. 13

30 Potecton solae et vent domnant Les dspostfs de potectons solaes ont pou but de mnmse la suchauffe et de contôle l ébloussement lumneux. Ils peuvent, sot s ntége stuctuellement à l achtectue pa des (poches, véandas, bse-solel, débod de totue), ou s applque à l enveloppe (stoes, pecennes, volets). Ils peuvent également ête fxes ou mobles, ntéeues ou extéeues, vetcales ou hozontales. Les potectons solaes peuvent ête auss, lées à l envonnement, autant natuel ou constut, comme la végétaton, le elef ou même des masques povoqués pa des bâtments vosns [29-30]. Izad J-L [17], sgnale auss que les oentatons sont choses à pat de l utlsaton que l on dése, ans, les paos exposées aux vents poteus de plue, de sable ou aute dovent ête potégées, alos que celles exposées aux vents doux peuvent ête modéément ouvetes afn d utlse l évapoaton comme moyen de afachssement. Toutefos, les façades Est et ouest sont celles qu devant ête plus potégées, ca selon (P. Fenandez [19]) l nclnason des ayons solaes est mpotant su ces façades ce qu accot leu faclté de tavese les ouvetues vtées et échauffe ans les façades. Notant que ces façades bénéfcent du solel levant et couchant en toute sason. -La façade sud est celle qu capte plus de ayon solae dans l année. Cette façade peçot le ayonnement solae losque le solel est le plus haut dans le cel. Une potecton conte le solel est toutefos ecommandée [31]. Seulement et paadoxalement, cette façade n est pas celle qu capte le plus de ayon en été, ca les ayons étant mons nclnés, l absopton est donc monde que su les façades Est et ouest, c est également cette patculaté qu fea de la façade sud la plus asé à potége [32]. -Les façades oentées au nod, sont celles qu eçovent le mons d énege solae, ca, c est souvent du Nod que vennent les vents les plus fods. Ans, pou cette oentaton, les potectons solaes hozontales sont les plus effcaces, notamment celles ntégées à l achtectue, telles que les auvents, les débods de totue, les etats, les pegolas, etc. * Dans les égons ades, on utlse des potectons à la fos pou vance du solel ntense et des vents fods, mas également pou vance sable et poussèe. A Ghadaïa, les vents de decton Sud-ouest sont pafos volents, tanspotant sable et poussèe, sutout en mos de Mas, avl et ma. De decton Nod-ouest, ces vents sont fods et elatvement humdes, et ls sont fots et chauds de decton Nod -Est [20]. Pou l ensolellement, l est ntense duant la plus gande pate de l année. La valeu moyenne enegstée est de 9.4 heue calculée su 14

31 10 années [20]. L adaton moyenne jounalèe dépasse les 7000Wh/m² en patcule duant les mos de mas à aout [33]. Ans pou vance l agessvté clmatque povenant de l effet vent et du solel ntense et toutes les contantes suvenues, des mesues de potecton seont nécessae pou les habtatons. Pa alleus, les modes de potectons utlsés dans cette égon sont les systèmes d acades et le palme tels qu ls sont notés dans le manusct du gand auteu connasseu de cette égon (Andé. Raveeau [24]) Isolaton themque Pou avo un confot themque, une solaton themque est plus que nécessae. En hve, l'solaton donne une bonne sensaton de confot tout en lmtant sa note de chauffage. En été, le confot sea obtenu en assocant les atouts de cette solaton à une fote nete themque de la mason ans la tempéatue ntéeue sea mantenue stable et la plus faîche possble sans ecous à la clmatsaton [39-35]. En effet, d apès (P. de Haut (2007) [36], une mason chauffée ped contnuellement une pate de sa chaleu. Les gosses futes de chaleu s effectuent pa les sufaces : totue, mus et vtages. Ces ponts sensbles d une habtaton peuvent génée jusqu'à 60 % des dépedtons en chaleu, les jonts ente les paos lassent également fu la chaleu appelée «ponts themques 3». Ces denes peuvent patcpe de 5 à 25 % à la fute de chaleu. Les dépedtons themques peuvent ête sufacques pa tansmsson à taves les paos opaques et vtages, lnéques à taves tous les angles de l habtat et ponts themques ou encoe des dépedtons pa enouvellement d a. Les caactéstques pncpales de l solaton themque Dans le tatement de poblème themque et énegétque du bâtment en appot avec les matéaux solants, deux pncpaux paamètes themo-physques ntevennent : La conductvté themque (λ) Il s agt d une donnée ntnsèque à chaque matéau, qu caactése unquement ses pefomances solantes. Le coeffcent de conductvté themque (λ) d un matéau caactése sa capacté à tansmette la chaleu pa conducton. Ans, plus λ est gand, plus le matéau est conducteu de chaleu ; et plus λ est pett, plus le matéau est solant themquement [57]. 3 Les ponts themques sont défns pa des petes lées aux dscontnutés de la stuctue d un local 15

32 La ésstance themque(r=1/k) ou coeffcent de conductance (K) La ésstance themque est le appot de l épasseu d un matéau à sa conductvté themque (e/λ). Elle s expme en mète caé et en degé Celsus pa watts (m² C/W).Plus R est élevée, melleue est la pefomance d solaton, ce qu dmnue les dépedtons en hve et les appots themques en été (tansfet de chaleu pa les paos et vtages) [57]. Dans un mu consttué de pluseus couches de matéaux d épasseu themque dfféente, la elaton donnons la elaton de ésstance themque se pésente comme sut : 1 K e n = = 1 λ h h e (1.3) Où : 1/h e + 1/h : Somme des coeffcents d échanges supefcels ntene et extene en (m² C/W) ; R =1/K : Somme des ésstances themques en (m² C/W). * En égme pemanent, les coeffcents d échanges supefcels pennent des valeus conventonnelles selon la poston de la pao. Ce qu n est pas le cas pou le égme tanstoe ou ces coeffcents tennent compte des paamètes de facteus de fome du à l nteacton ente toutes les sufaces ntenes à l habtat avec un échange pa ayonnement nfaouge et de leus émssvtés. Ils dépendent auss des émssvtés et d absoptvtés de la voûte céleste et du sol pa appot à la suface extene. Les deux coeffcents sont donnés en détal, dans le dene chapte qu fat objet d une étude au égme dynamque et éel. Les dépedtons themques a) Dépedtons sufacques pa tansmsson L ensemble de ces dépedtons se font pa conducton à l ntéeue des paos ou vtages, pa convecton et ayonnement su les sufaces ntenes et extenes aux paos. La fomule elant ces petes est donnée comme sut : c = K S Où : K : coeffcent de tansmsson sufacque en (W/m² C) ; S : suface ntéeue de la pao en (m²) ; Q T (1.4) T = ( T ) Te : Dfféence de tempéatue ente l ntéeue et l extéeue ( C) ; 16

33 b) Dépedtons lnéques La elaton nous pemettant de calcule les dépedtons lnéques est comme sut : = k L Ql T (1.5) Où : k : coeffcent d échange de tansmsson lnéque de la lason en (W/m C) ; L : Longueu ntéeue de la lason en (m). c) Dépedtons pa enouvellement d a On dstngue deux cas de petes pa enouvellement d a : celles dues au débt d nfltaton et à celu de ventlaton spécfque. Tous les deux dovent ête psent en compte. Ans les dépedtons pa enouvellement d a s expment comme sut [46] : Ou Q =. 34qe T e 0 (1.6) q q + q Et, pou les nfltatons du côté des locaux non chauffés: = (1.7) v ma e m m + q = f. l. e (1.8) f Avec, q e, q, q v : espectvement débt entant, pa nfltaton et débt pa ventlaton [m 3 /h] ; M : coeffcent de peméablté des ouvants (potes et fenêtes) en [m 3 /hm²pa 2/3 ] ; f : coeffcent de peméablté des ouvants des fentes en [m 3 /hm²pa 2/3 ] ; A m : suface des ouvants [m²] ; l f : longueus des fentes[m] ; e m : coeffcent d exposton au vent et au tage themque [pa 2/3 ] ; e : coeffcent d exposton au seul tage themque [pa 2/3 ] du local non chauffé. * les valeus (m, f et e) sont données pa des tableaux nomalsés suvant les ègles Th-G [50]. 17

34 Type d solaton Il exste tos façons d sole une habtaton, Isolaton en double closon [38], solaton de l ntéeu et solaton de l extéeue. Dans une habtaton exstante, le chox est évdement poté su l solaton de l ntéeu ou de l extéeu. a) Isolaton de l ntéeu Elle pésente l'avantage d'ête maîtsée pa tous les ntevenants du bâtment, mas elle est lon d ête la plus couante. Les solants ntéeus plus ls sont pefomants, plus l'nfluence elatve des ponts themques s'accoît. Rappelons auss qu'une solaton ntéeue, même pefomante, pésente toujous une fable nete themque [39-35]. b) Isolaton de l extéeu L solaton de l extéeue est la plus ntéessante, pusqu elle pésente des avantages multples et mpotants [39-35] : L solaton extéeue pemet de enfoce la potecton des mus conte les dégadatons du temps et les ntempées. Elle pemet de suppme la majoté des ponts themques, tels que : abouts de planche ou de efends, encadements de bae (avec cetanes pécautons), etc. Elle potège les gos œuves conte cetanes contantes themques et lmte les sques de condensaton dans la maçonnee à l ntéeu du volume chauffé. Cec améloe consdéablement le confot themque de l habtaton qu elle que sot la sason. Elle pemet de place les mus poteus (louds) du côté ntéeu et donc de enfoce l'nete themque du logement, souce de confot pou les occupants, ca les mus louds égulent la chaleu et l'humdté. En hve et dem-sason, ces mus ntéeus éclaés pa le solel accumuleont ces ayonnements pou les dffuse en soée. En été, s vous ventlez ben la mason duant les heues faîches de la nut, ces mus louds esttueont cette faîcheu dans la jounée. L solaton pa l'extéeu est beaucoup plus facle à éalse pa so-même que l'solaton pa l'ntéeu, ca, les panneaux solants pou l'extéeu sont léges et l sufft de les pose ben bod à bod. Il est péféable de chos des matéaux solants pouvant ête dectement céps. Toutefos, la pose d'un cép su un solant extéeu est plus technque que su un mu maçonné. Elle a auss l avantage de ne pas modfe les sufaces habtables. 18

35 Ente une mason fablement solée et une mason tès ben solée, le coût du chauffage peut ête dvsé pa 3 ou pa 4. Sachant que le coût d une solaton est généalement amot ente tos et cnq ans [40-39]. * Aute fos à Ghadaïa, les paos sont exécutés en moellons de pee mélangé avec de la palle, fume dévés de dattes et aute ce qu end le mu poeux et solé [23]. Mas, este que dans les pays chauds, l utlsaton des solants classques éagt assez mal devant l ntensté du ayonnement solae. Pou eméde, tos systèmes de compensaton sont ecommandés : la pncpale est, l solaton pmae, sot pa éflexon en tentant de couleu tès clae (blanc) les paos exposées aux ayons, sot pa ombage pou évte la condensaton du ayonnement solae, en étalant des volages (des acades pou la tadton des égons du Sud Algéen), ou en plantant des écans de végétaton ; sot pa oentaton en pésentant le mons possble de sufaces au ayonnement pependculae (masons oentées, tot nclné au nod, etc.) Inete themque Dans les matéaux de constucton couamment utlsés, l nete themque d un bâtment se juge en pemèe appoxmaton pa la masse ntene du matéau ms en œuve. Toutefos le ôle et les pncpaux paamètes sont énoncés comme sut : En été, plus l nete themque de l habtaton augmente, plus la tempéatue maxmale attente est fable et plus les vaatons de tempéatue jou/nut sont fables. L nete themque pemet donc de lsse les flux themques et les tempéatues extêmes. L utlsaton de matéaux louds, contbue à donne au bâtment une fote nete. Elle évte les suchauffes et ade à la stablsaton de la tempéatue [61-62]. En hve, l nete themque joue également un ôle mpotant, pncpalement dans le cas de chauffage ntemttent. Le efodssement est plus lent dans un local dont les paos sont loudes. Les coupues de chauffage, vsant à fae des économes d énege, sont d autant mons ntéessantes que la stuctue est plus nete, ca plus loude [62]. 19

36 Les pncpales caactéstques de l nete themque sont : La dffusvté themque La dffusvté themque "a" expme la vtesse à laquelle la chaleu se popage, pa conducton, dans un cops. Plus la dffusvté est gand, plus le matéau s échauffe ou se efodt apdement. Tands que, plus elle est fable, plus le font de chaleu metta du temps à tavese l épasseu du matéau. Elle s expme selon l équaton suvante [41] : Ou : a: Dffusvté en (m²/s) ; λ : Conductvté themque en (W/mC) ; ρ : Masse volumque en (Kg/m 3 ) ; C : Chaleu spécfque en (kj/kg). a = λ ρ.c (1.9) L effusvté themque L effusvté themque "b" expme l apttude de la suface d un matéau à stocke ou esttue de la chaleu. Elle caactése, donc, la capacté des matéaux à éag plus ou mons apdement à un appot de chaleu au logement. Elle cot avec la conductvté et la capacté themque. Elle s expme en ((W/ Cm²) 1/2 ) et donnée pa la fomule suvante [42] : b = λ.ρ.c (1.10) En généal, pou édue l ampltude d un flux themque, les paos d enveloppe devont pésente une fable dffusvté et une fote effusvté. * Dans le contexte de la démache boclmatque, une nete tès loude, assocée à une bonne geston des appots solaes (captage l hve et potecton l été) devent un ctèe décsf de la constucton, notamment pou le confot d été, qu l s agsse des tempéatues maxmales attentes ou des vaatons de tempéatues jou/nut [43] 20

37 Concluson Le confot themque abodé dans ce chapte, nous append que avant de éhablte un habtat exstant, l est mpéatvement nécessae de fae une vson globale du leu et de concepton de dépat de note habtaton, notamment, le espect des concepts boclmatques, l solaton de l enveloppe extéeue et les matéaux de base utlsés dans la stuctue. Il nous append auss que, l solaton de l extéeu pésente la soluton la plus satsfasante, pncpalement dans les égons chaudes mons pluveuse. Et, l nete themque joue un ôle mpotant dans l habtat et contbue à l solaton, pusque pésente un des facteus nfluant pa le chox de matéau avant de pocéde à l solaton. Fnalement, les dfféents ponts clés, etenues de pat les tavaux des auteus ctés pncpalement pou le cas des égons chaudes, peuvent ête énuméés de la sote : L oentaton Nod-sud à pvlége ; La fome allongée dans la decton est-ouest à pvlége à la fome caée ; La compacté pou édue la suface exposée à l extéeu ; Paos loudes pou stocke la chaleu (nete themque) Isolaton de l extéeue ; Lmtaton de ventlaton dans la jounée pou lmte la pénétaton de chaleu à l ntéeue des pèces ; Ventlaton noctune mpotant pou le afachssement des sufaces de l habtat ; Dmnuton des dmensons d ouvetues, juste pou assue l éclaage natuel ; L utlsaton de la couleu clae pou évte l absopton de la chaleu ; Utlsaton des potectons solaes, (solants, écans, acades et végétaton etc.) ; Utlsaton des potectons conte les vents domnants amenant sable et poussèes (acades et végétaton etc.) ; Enfn, les concepts boclmatques, l solaton et l nete themque, jouent un gand ôle dans la éhabltaton themque et épond généalement au mode de ve de l habtant su sa consommaton en énege et su sa entablté. 21

38 PARTIE 2 CAS D ETUDES

39 DEUXIEME CHAPITRE PRESENTATION DU PROJET ET SOLUTION BIOCLIMATIQUE ADOPTEE -ETUDE EXPERIMENTALE ET SIMULATION NUMERIQUE-

40 Intoducton Ce chapte pésente une éponse quant à la poblématque posée dans note cas d étude. A la base, l sut les ecommandatons de la méthodologe poposée qu consste à l applcaton du dagamme psychométque. Avant toute opéaton de éhabltaton du local d étude, l sea donné une pésentaton généale de ce dene, suv d un dagnostc quant à l nconfot themque essent pa l occupant. Pou ce fae, nous avons pocédé pemèement à la véfcaton des epèes conceptuels ctés en appels, pa la sute nous avons mesué les valeus de tempéatues ntéeues à l habtaton. Ans, des themocouples sont placés à l ntéeue du local, et banchés su un appael de mesue physque connecté su un enegsteu automatque de donnée. L évoluton du pofl de tempéatue sea à chaque fos commentée. En paallèle, apès les ésultats donnés suvant l applcaton de la méthode du dagamme psychométque, un tableau de poposton est dessé, l donne les dfféentes solutons adéquates pou chaque péode de l année. Ces solutons sont données selon les ctèes à pévo et à chos les dfféents matéaux et équpement qu conduont à améloe l ambance ntéeue. En conjuguons les solutons boclmatques avec les concepts achtectuaux, nous avons pocédé à la éhabltaton de note habtaton. Gace à un appaellage de mesue, nous avons mesué les dfféentes tempéatues du local. Ans, des gaphques expémentaux apès éhabltaton sont donnés et compaés avec celles touvés avant éhabltaton pou la sason d été et d hve. Il est auss donné l évoluton au compotement de tempéatue au nveau des dfféentes façades ntéeues et extéeues à la stuctue, enfn l étude à l nete themque suv d un commentae quant aux ésultats touvés. Il sea développé pa la sute, pou les péodes les plus fodes de l année, un modèle mathématque applqué pa smulaton numéque vsant à calcule les dfféents pofls de tempéatues ntéeues au local établs su pluseus mos, suvant dfféentes souces de chaleu conventonnelle. Ce modèle est éct sous deux égmes : un égme quas-pemanant égt des équatons d échanges de chaleu, avec utlsaton des fomules et des èglements de la méthode applquée pa le DTU, et un égme tanstoe utlsant les équatons dfféentelles. Des ésultats en tempéatue ntéeue seont pa la sute enegstés et commentés. Nous pécsons que cette étude pésente un pélmnae pou le chapte qu sut, utlsant l énege solae comme souce de chaleu enouvelable et économe. Enfn l sea donné les valeus de dépedtons themques totales su l ensemble du local. 25

41 2.1. Pésentaton du pojet Stuaton du pojet Photo 2.1. Pésentaton du local avant éhabltaton (l habtaton à dote est concené pa l étude) S E O N Le pojet est mplanté su un tean stué à l URAER (Unté de Recheche applqué en Eneges Renouvelables), dans la égon de Ghadaïa. Il s agt d un studo accolé à d autes studos d une même achtectue (photo 2.1) et composé : d une chambe, salle de séjou, cusne et santae. L habtaton epose su des semelles en béton et l ensemble (sol, acades et mus)est pent d une couleu clae. Les paos sont exécutées en moellons de pee local Dagnostc et nstumentaton de mesue A l excepton de la couleu clae de l enveloppe extéeue et de l ombage du côté Est, le local pésente, des caences conceptuelles généées pncpalement pa la mauvase oentaton de ces façades. Pou justfe, ans, l nconfot themque essent pa l occupant (auteu du mémoe), des tempéatues ambantes ntéeues seont enegstées. Ans, le dspostf de mesue expémental (photo2.2) su lequel seont effectuées les mesues compend essentellement : L appaellage de mesue physque ; un enegsteu automatque de données placées à l ntéeu du local ; Odnateu pou stocke les données. La métologe mse en place, pemet de connaîte les évolutons des paamètes suvants : Tempéatues ambante ntéeue ; Humdté elatve à l ntéeu du local ; Ans, des valeus de tempéatue ambante ntéeue Photo 2.2. Système d acquston de données nstallé à l ntéeu du local (Enegsteu de type Fluke à 20 voes su lequel sont placés les themocouples banché à un PC) et extéeue, de l humdté elatve sont collectés su des jounées epésentatves au mos de décembe pou la sason d hve et jullet pou la sason estvale. Dans ce qu sut, sont donnés les dfféents pofls de tempéatue enegstés pou les deux sasons de l année. Notant que, faute de tous dans les données engendés pa des contantes technques pam les coupues d électcté, les mesues étaent lmtés à tos vo quate jounées successves. 26