UNIVERSITE D ARTOIS THESE Pour obtenr le grade de DOCTEUR DE L UNIVERSITE SPECIALITE : SCIENCES POUR L INGENIEUR OPTION : GENIE CIVIL Présentée et soutenue ublquement ar Emlo SASSINE Ingéneur en énergétque ANALYSE TYPOLOGIQUE ET THERMIQUE DES MAISONS ANCIENNES DE LILLE. ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DES PAROIS VERTICALES Devant la commsson d examen formée de : S. Fohanno Matre de conférences HDR Unversté de Rems Raorteur G. Nasr Professeur Unversté Lbanase Raorteur E. Antczak Professeur Unversté d Artos Drecteur de thèse L. Lahoche Professeur Unversté d Amens Examnateur Z. Youns Matre de conférences Unversté d Artos Co-encadrant Y. Chérf Matre de conférences Unversté d Artos Co-encadrant
A mes arents, mon remer suort moral, A mon frère Davd, Aux êtres qu me sont les lus chers, A toute ersonne qu a contrbué à la réusste de cette thèse, Et à la femme de ma ve, Je déde ce traval, frut de tros ans de recherche. «Personne ne eut vous arendre quo que ce sot qu ne reose déjà au fond d'un dem-sommel dans l'aube de votre connassance. Le maître qu marche arm les dscles, à l'ombre du temle, ne donne as de sa sagesse, mas lutôt de sa fo et de sa caacté d'amour. S'l est vrament sage, l ne vous nvte as à entrer dans la demeure de sa sagesse. Il vous condut jusqu'au seul de votre esrt. L'astronome eut vous arler de son entendement de l'esace. Il ne eut vous donner son entendement. Le muscen eut vous nterréter le rythme qu régt tout esace. Il ne eut vous donner l'ouïe qu cate le rythme, n la vox qu lu fat écho. Celu qu est versé dans la scence des nombres eut décrre les régons du ods et de la mesure. Il ne eut vous y emmener. Car la vson d'un être ne rête as ses ales à d'autres, De même que chacun de vous se tent seul dans la connassance de Deu, chacun de vous dot demeurer seul dans sa connassance de Deu et dans son entendement de la terre.» {Gbran Khall Gbran Le Prohète}
Remercements Ce traval a été mené au sen de l Ecole des Hautes Etudes d ngéneur de Llle et du Laboratore de Géne Cvl et Géo Envronnement. Je tens tout d'abord à exrmer ma sncère grattude à Monseur le Professeur Emmanuel Antczak our m'avor accuell au sen du laboratore, d'avor ms à ma dsoston les moyens qu'a nécessté cette étude, ans, que our ses drectves et encouragements réceux. Qu l veulle ben trouver c l exresson des mes vfs remercement our l esrt de recherche et d ndéendance qu l ma transms tout au long de cette aventure. Je tens à remercer Messeurs Stéhane Fohanno et le Professeur Georges Nasr our avor acceté d être Raorteurs de ce traval. J'exrme auss ma reconnassance au Professeur Laurent Lahoche our avor artcé au Jury de ma soutenance et d'avor orté de l'ntérêt à mon traval. Je remerce mon co-encadrant Zohr Youns our son mlcaton dans ma thèse, our ses consels et son suort moral. Parellement, je remerce auss mon co-encadrant Yassne Chérf our son encadrement et sa artcaton dans les travaux. Je sus également très reconnassant à Monseur Therry Charter our ses ades dans le montage et l entreten du dsostf exérmental ans qu à ses consels et ses exlcatons. Je remerce HEI (Ecole des Hautes Etudes d Ingéneur) Unversté Catholque de Llle d avor fnancé une arte de ma thèse. Je remerce également tout son ersonnel our m avor offert l ambance favorable our le déroulement de ma thèse. Je remerce auss le Consel Régonal du Nord-Pas de Calas (servce recherche et déveloement), qu m ont fnancé en arte ma thèse de doctorat. Un remercement auss our les ersonnes qu ont travallé sur le rojet URPACT qu fut our nous une référence mortante et surtout dans l étude thermque des dfférentes tyologes. Je souhate remercer tous les membres du LGCgE qu ont contrbué au bon déroulement de cette thèse, que se sot de manère technque, scentfque, admnstratve ou amcale. Je tens à remercer chaleureusement tous les thésards avec qu j'a artagé mon bureau, à HEI comme à Béthune et qu ont artagé avec mo leurs multles et rches connassances, ans, que leurs rêves et rojets. Fnalement, je remerce ceux qu m ont donné la ve, l éducaton et le suort : me arents S je souhatas vous exrmer ar écrt comben je vous sus reconnassant, je rédgera des thèses et des thèses Merc our tout
SOMMAIRE INTRODUCTION GENERALE... 8 CHAPITRE I: ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE... I. INTRODUCTION... I.. LE SECTEUR LOGEMENT... I...a Déenses énergétques... 4 I...b Confort thermque... 5 I.. LE CADRE REGLEMENTAIRE ET LES LABELS... 6 I...a Evoluton de la réglementaton thermque françase... 6 I...b Les labels en France... 8 I. LE BATI ANCIEN... 9 I.. DEFINITION DU BATI ANCIEN... 9 I.. SPECIFICITES DU BATI ANCIEN... I...a Interacton avec son envronnement... I...b Le comortement des occuants... I...c Mode constructf artculer... I...d Grande nerte thermque... I...e Sensblté à l humdté... I.. RISQUES ET PROBLEMES... 4 I...a Humdté... 4 I...b Pathologes structurelles... 5 I...c Effet de la aro frode... 6 I...d Ponts thermques... 6 I..4 REHABILITATION ET RENOVATION... 8 I. L ISOLATION THERMIQUE... 8 I.. GENERALITES... 8 I.. L ISOLATION THERMIQUE DES MURS EXTERIEURS... 9 I.. LES DIFFERENTS TYPES D ISOLANTS... 40 I...a Les solants synthétques... 40 I...b Les solants mnéraux... 4 I...c Les solants végétaux... 4 I...d Les solants ssus du recyclage... 4 I...e Les solants d orgne anmale... 44 I..4 L ISOLATION ECOLOGIQUE... 45 I..5 LA CERTIFICATION DES ISOLANTS... 46 I.4 CRITERES DE CHOIX D UN ISOLANT PERFORMANT... 46 I.4. CRITERES HYGROTHERMIQUES... 47 I.4..a Easseur mnmale... 47 I.4..b Réacton à l humdté... 47 I.4..c Inerte thermque... 48 I.4. AUTRES CRITERES... 49 I.4..a Crtères envronnementaux et santares... 49 4
I.4..b Performances acoustques... 50 I.4..c Prx... 50 I.5 SYNTHESE DES TRAVAUX SUR LA REHABILITATION DES BATIMENTS ANCIENS.. 5 CHAPITRE II: TYPOLOGIE DE BATIMENTS A LILLE... 57 II. INTRODUCTION... 57 II. PRESENTATION DU CONTEXTE LILLOIS... 57 II.. APERÇU HISTORIQUE... 57 II.. ANALYSE DU PARC DE LOGEMENTS EXISTANTS A LILLE... 59 II...a Occuaton du arc de logements à Llle... 59 II...b Précarté énergétque du arc de logements ancens à Llle... 59 II. APERÇU BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES TYPOLOGIES DU BATI ANCIEN AU NORD 6 II.. GENERALITES SUR LES TYPOLOGIES... 6 II.. ETUDES DEJA FAITES SUR LE PARC LILLOIS... 6 II.4 LA TYPOLOGIE ADOPTEE... 64 II.4. LES TYPES DE MAISONS IDENTIFIES... 64 II.4..a La mason de courée... 65 II.4..b La mason de vlle et la mason ouvrère... 66 II.4..c La mason bourgeose... 69 II.4. CONSTANTES ET VARIANTES DES TYPOLOGIES... 70 II.4..a Les constantes... 70 II.4..b Les varantes... 70 II.5 LES SPECIFICITES... 7 II.5. SPECIFICITES ARCHITECTURALES... 7 II.5..a Eléments caractérstques... 7 II.5..b Marge d évoluton et de modfcaton du atrmone bât... 7 II.5. SPECIFICITES ENERGETIQUES... 74 II.5..a La récarté énergétque... 74 II.5. REHABILITATION ENERGETIQUE DU BATI ANCIEN... 76 CHAPITRE III: COMPORTEMENT THERMIQUE D UN MUR ANCIEN LILLOIS TYPIQUE... 80 III. INTRODUCTION... 80 III.. DIFFERENTS MODES DE TRANSFERT DE CHALEUR... 8 III...a La conducton... 8 III...b La convecton... 8 III...c Le rayonnement... 8 III...d Coulage (Convecton + rayonnement)... 8 III...e Condtons aux lmtes... 8 III.. CONDUCTION UNIDIRECTIONNELLE EN REGIME PERMANENT... 8 III...a Cas du mur smle (monocouche)... 8 III...b Cas du mur multcouches... 8 III.. CONDUCTION UNIDIRECTIONNELLE EN REGIME VARIABLE... 84 5
III...a Mur thermquement mnce (Méthode de gradent nul) et méthode nodale... 85 III...b Méthode analytque Mur sem-nfn et mur fn... 86 III...c Méthode des éléments fns... 86 III...d Méthode des quadrôles... 86 III. DETERMINATION DES PROPRIETES THERMIQUES DES MATERIAUX (BRIQUE ET MORTIER)... 88 III.. METHODOLOGIE EXPERIMENTALE... 88 III...a Détermnaton de la conductvté thermque... 90 III...b Détermnaton de la chaleur massque... 9 III.. PROPRIETES DE LA BRIQUE... 9 III.. PROPRIETES DU MORTIER... 94 III. CARACTERISATION EXPERIMENTALE DU MUR... 96 III.. CAPTEURS ET INSTRUMENTATION :... 96 III...a Les cateurs de flux :... 96 III...b Les cateurs de temérature :... 98 III.. DESCRIPTION DU DISPOSITIF ET DE LA METHODE... 99 III.. ETUDE DU MUR EN REGIME PERMANENT... 0 III...a Méthode... 0 III...b Résultats et dscusson... 0 III..4 ETUDE DU MUR EN REGIME HARMONIQUE ETABLI... 05 III..4.a Aroxmaton du mur sem-nfn... 07 III..4.b Méthode du mur fn... 08 III..5 ANALYSE D'INCERTITUDE... 0 III..5.a Incerttude sur le flux mesuré... 0 III..5.b Incerttude sur la temérature mesurée... 0 III..5.c Incerttude sur la oston des cateurs... 0 III.4 RESULTATS THEORIQUES EN REGIME HARMONIQUE... III.4. DETERMINATION DES PROPRIETES EQUIVALENTES DU MUR... III.4. PRESENTATION DES METHODES UTILISEES... III.4..a Chox des condtons aux lmtes... III.4..b Méthode des quadrôles... 4 III.4..c Résoluton numérque (HEAT software)... 5 III.4..d Méthode nodale... 6 III.4. CONFRONTATION DES RESULTATS ET DISCUSSION... 7 III.5 ETUDE DU MUR EN REGIME QUELCONQUE... 9 III.5. DETERMINATION DE LA FONCTION DE FOURIER... 9 III.5. PRESENTATION GENERALE DE LA METHODE... 0 III.5. SOLUTION POUR LA METHODE D ORDRE... III.5..a Détermnaton de la foncton de transfert... III.5..b Analoge Electrque... III.5..c Réonse à un échelon de temérature... III.5..d Réonse à une exctaton snusoïdale... 4 III.5..e Réonse à une exctaton cosnusoïdale... 4 III.5.4 MODELE D ORDRE 4... 5 III.5.4.a Détermnaton de la foncton de transfert... 5 III.5.4.b Réonse à un échelon de temérature... 6 III.5.4.c Réonse à une exctaton snusoïdale... 7 6
III.5.4.d Réonse à une exctaton cosnusoïdale... 8 III.5.5 ANALYSE FREQUENTIELLE... 8 III.5.5.a Méthodologe... 8 III.5.5.b Dagramme de Bode... 9 III.5.5.c Résultats et analyse... 0 III.5.6 RESULTATS ET DISCUSSION... III.5.6.a Sgnal... III.5.6.b Sgnal... III.5.6.c Influence de n ordre 4... III.5.7 SYNTHESE... 5 CHAPITRE IV: ETUDE DES DIFFERENTS SCENARIOS D ISOLATION DU MUR ETUDIE...7 IV. INTRODUCTION...7 IV. DETERMINATION DES PROPRIETES THERMIQUES DES MATERIAUX ISOLANTS...7 IV.. METHODE DE DETERMINATION DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE ET DE LA CHALEUR MASSIQUE DES ECHANTILLONS... 8 IV...a Détermnaton de la caacté thermque des fluxmètres... 9 IV...b Détermnaton de la chaleur massque réelle des solants... 40 IV.. DETERMINATION DES PROPRIETES THERMIQUES DES ISOLANTS... 40 IV...a Le olystyrène... 40 IV...b La lane de bos... 4 IV...c La lane de mouton... 4 IV...d Le ln... 4 IV...e Le métsse... 44 IV.. COMPARAISON ET SYNTHESE... 44 IV. VALIDATION DU MODELE THEORIQUE PAR COMPARAISON AVEC LE MODELE EXPERIMENTAL...46 IV.. RESULTATS EN REGIME PERMANENT... 46 IV.. RESULTATS EN REGIME HARMONIQUE... 48 IV.. RESULTATS EN REGIME QUELCONQUE... 49 IV...a Présentaton de la méthode... 49 IV...b Etude fréquentelle (Bode) et concluson... 5 IV...c Résultats our un as de tems de 0 mnutes... 5 IV...d Résultats our un as de tems d une heure... 54 IV.4 ETUDE D UN MUR DANS DES CONDITIONS CLIMATIQUES LILLOISES REELLES AVEC LE MODELE THEORIQUE...55 IV.4. DETERMINATION DES CONDITIONS LIMITES EXTERIEURES... 55 IV.4..a Défnton de la méthode utlsée... 56 IV.4..b Alcaton de la méthode au clmat de Llle... 58 IV.4. ETUDE DES DIFFERENTES CONFIGURATIONS D ISOLATION AVEC DU POLYSTYRENE... 60 IV.4..a L solaton ntéreure... 6 IV.4..b L solaton extéreure... 6 7
IV.4..c Comarason entre solaton ar l extéreur et solaton ar l ntéreur... 6 IV.4. COMPARAISON DES DIFFERENTS MATERIAUX... 64 IV.4..a L solaton ntéreure... 64 IV.4..b L solaton extéreure... 65 IV.4..c Synthèse... 67 IV.4.4 DISCUSSION ET CONCLUSION... 67 CHAPITRE V: SIMULATIONS THERMIQUES DYNAMIQUES DES DIFFERENTES TYPOLOGIES...68 V. INTRODUCTION...68 V. HYPOTHESES ET DONNEES D ENTREE...69 V.. LA COMPOSITION DES PAROIS... 69 V.. LES DONNEES CLIMATIQUES... 70 V.. SCENARIO DE CHAUFFAGE... 7 V..4 LES INFILTRATIONS ET LES DEBITS D AIR... 7 V..5 LES APPORTS INTERNES... 7 V..6 LES SCENARIOS D OCCUPATION... 7 V..7 LES PONTS THERMIQUES... 7 V. RESULTATS AVANT ISOLATION THERMIQUE...7 V.. COMPARAISON DES PERFORMANCES ENERGETIQUES DES DIFFERENTES TYPOLOGIES... 7 V.. PERFORMANCES ENERGETIQUES DE LA MAISON OUVRIERE AVANT ISOLATION... 74 V...a Comarason de la temérature ntéreure dans la zone la lus occuée... 74 V...b Confort thermque dans la èce la lus occuée... 76 V...c Dagramme de Sankey... 76 V.4 RESULTATS APRES ISOLATION THERMIQUE...78 V.4. DEFINITION DES DIFFERENTS SCENARIOS D ISOLATION... 78 V.4. RESULTATS POUR LES DIFFERENTS BOUQUETS DE TRAVAUX ET POUR LES DIFFERENTES TYPOLOGIES... 80 V.4. RESULTATS POUR LES DIFFERENTS MATERIAUX ISOLANTS (CAS DE LA MAISON OUVRIERE)... 8 V.4.4 COMPARAISON ENTRE ISOLATION INTERIEURE ET ISOLATION L EXTERIEURE... 8 V.4.5 CONFORT THERMIQUE D ETE PENDANT LA PERIODE DE CANICULE... 85 V.5 SYNTHESE ET CONCLUSION...86 CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES...87 ANNEXES...90 ANNEXE - PLANS DES TYPOLOGIES []...90 8
ANNEXE - METHODE DES SOURCES VIRTUELLES : DIFFUSION DANS UN MILIEU D'EPAISSEUR FINIE LIMITE PAR DEUX PLANS PARALLELES...99 ANNEXE - RACINES D UN POLYNOME DE DEGRE 4 [66]...0 ANNEXE 4 - CARACTERISATION DES DIFFERENTS MATERIAUX ISOLANTS... 0 A.) MESURES REALISEES POUR L ECHANTILLON DE LAINE DE BOIS... 0 B.) MESURES REALISEES POUR L ECHANTILLON DE LAINE DE MOUTON... 05 C.) MESURES REALISEES POUR L ECHANTILLON DE LIN... 07 D.) MESURES REALISEES POUR L ECHANTILLON DE METISSE... 09 ANNEXE 5 - DONNEES D ENTREE POUR LES DIFFERENTES STD... A.) DELIMITATION DES DIFFERENTES ZONES THERMIQUES... B.) PROPRIETES DES DIFFERENTS MATERIAUX CONSTITUANTS LES PAROIS... 4 C.) LES APPORTS INTERNES... 4 D.) LES PONTS THERMIQUES... 6 9
Lste des fgures Fgure - Scénaros de réchauffement mondal []... 8 Fgure - Evoluton et rédcton de la roducton mondale de étrole et de gaz (90-050) []... 9 Fgure I-- Nombre de résdences rncales en France [4]... 4 Fgure I-- Part des usages dans la consommaton énergétque fnale des logements en France [5]... 4 Fgure I-- Plage de confort thermque [8]... 6 Fgure I-4- Consommaton énergétque moyennes des bâtments selon leurs dates de constructon [5]... 0 Fgure I-5- Phénomènes hysques dans les aros resrantes [7]... 4 Fgure I-6- Exemle de onts thermques lnéques et onctuel... 6 Fgure I-7- Dagramme de Moller et condensaton []... 7 Fgure I-8- Teneur en eau et courbe de rétenton d humdté [8]... 48 Fgure I-9- Réartton géograhque du anel d étude [6]... 5 Fgure I-0- Comarason entre les consommatons réelles et les consommatons smulées [6]... 5 Fgure I-- Comarason entre le fonctonnement hygrométrque d'un mur ancen non solé et celu d'un mur solé [5]... 5 Fgure I--Dfférents dsostfs ms en lace our rédure les consommatons énergétques des bâtments [5]... 54 Fgure I-- Bonnes et mauvases nterventons sur les murs ancens [5]... 54 Fgure II-- Carte de Llle Métroole [5]... 58 Fgure II-- Dstrbuton des tyes d occuatons ar tranches d âge dans la métroole lllose [6]... 59 Fgure II-- Effectfs cumulés des logements exstants à Llle ar année de constructon [40]... 60 Fgure II-4- Habtat mal solé cumulé à Llle en ourcentage ar année de constructon [40]... 60 Fgure II-5- Crosement des dfférents crtères fasant natre les dfférents tyes de masons ndvduelles [44]... 6 Fgure II-6- Réartton des grandes famlles de tyologes [7]... 6 Fgure II-7- Mason de courée vue D ( mtoyennetés)... 65 Fgure II-8- Photo d'une rue comosée de masons de courées... 66 Fgure II-9- Mason ouvrère vue D... 67 Fgure II-0- Rue bornée ar des masons ouvrères... 67 Fgure II-- Mason de vlle vue D... 68 Fgure II-- Photo d une mason de vlle... 68 Fgure II-- Mason bourgeose vue D... 69 Fgure II-4- Photo d une mason bourgeose... 69 Fgure II-5- Masons en bandes caractérstques du Nord de la France... 70 0
Fgure II-6- Perte de l'homogénété du rang (une ruture y est ntrodute), erte de la qualté esthétque de la façade... 7 Fgure II-7- Réartton des ménages en récarté énergétque en foncton de la date de constructon [8]... 75 Fgure II-8- Réartton des logements en récarté énergétque en foncton du tye de chauffage utlsé [4]... 76 Fgure II-9- Reérage des zones frodes dans l enveloe à l ade de caméra thermque nfrarouge []... 76 Fgure II-0- Beson de chauffage d un logement en foncton de son âge et de son tye [46]... 77 Fgure II-- Réartton des étquettes énergétques des logements au Nord-Pas-de- Calas selon leurs dates de constructon [46]... 77 Fgure III-- Façade extéreure d une constructon Lllose tyque (mason de vlle)... 80 Fgure III-- Transfert thermque undrectonnel dans une aro homogène... 8 Fgure III-- Transfert thermque en régme ermanent dans une aro multcouches.. 84 Fgure III-4- Schéma électrque analogue d un mur thermquement mnce... 85 Fgure III-5- Modèle du mur ar la méthode nodale... 86 Fgure III-6- Transfert thermque en régme transtore dans une aro bcouche... 88 Fgure III-7- Dsostf de caractérsaton des matéraux... 89 Fgure III-8- Schéma du dsostf exérmental de caractérsaton des matéraux... 89 Fgure III-9- Système conductf undrectonnel soums à un gradent de temérature ( > )... 90 Fgure III-0- Evoluton des flux au cours de la détermnaton de la conductvté thermque... 9 Fgure III-- Evoluton des flux au cours de la détermnaton de la chaleur massque. 9 Fgure III-- Bloc de brque exérmenté... 9 Fgure III-- Détermnaton de la conductvté thermque de la brque... 9 Fgure III-4- Détermnaton de la chaleur massque de la brque... 94 Fgure III-5- Bloc de morter exérmenté... 94 Fgure III-6- Détermnaton de la conductvté thermque du morter... 95 Fgure III-7- Détermnaton de la chaleur massque du morter... 95 Fgure III-8-Mur en cours de constructon... 96 Fgure III-9- Coue d une cellule de fluxmètre... 97 Fgure III-0- Dsostf d étalonnage des fluxmètres à flux nul... 97 Fgure III-- Réonse en tenson en foncton de la densté de flux... 98 Fgure III-- Photo du montage exérmental (mur + casson) avant assemblage... 99 Fgure III--Dsoston des thermocoules dans les couches numéros 6 (à gauche) et 7 (à drote) du mur... 00 Fgure III-4- Schéma du modèle exérmental (coue transversale du casson)... 00 Fgure III-5-Rerésentaton électrque du montage exérmental en régme statonnare... 0 Fgure III-6- Régme ermanent our dfférentes temératures de consgnes... 0 Fgure III-7- Evoluton de la temérature du casson en régme ermanent en foncton de la temérature de consgne... 0
Fgure III-8- Evoluton de la temérature ntéreure du mur en régme ermanent en foncton de la temérature de consgne... 0 Fgure III-9- Evoluton de la temérature extéreure du mur en régme ermanent en foncton de la temérature de consgne... 0 Fgure III-0- Evoluton du flux ntéreur en régme ermanent en foncton de la temérature de consgne... 04 Fgure III-- Etablssement du régme harmonque dans le mur... 05 Fgure III-- Evoluton de la temérature dans le mur our dverses rofondeurs (valeurs exérmentales)... 06 Fgure III-- Temérature moyenne du mur our dverses rofondeurs... 06 Fgure III-4- Soluton de H(α)... 09 Fgure III-5- Confguraton du mur étudé... Fgure III-6- Rerésentaton d une couche du mur... Fgure III-7-Schéma électrque équvalent du mur... Fgure III-8- Condtons aux lmtes exérmentales... 4 Fgure III-9- Résultats du rogramme basé sur la méthode des quadrôles... 4 Fgure III-40- Mallage du mur Heat D... 6 Fgure III-4- Comarason du transfert thermque our dfférents nombres de nœuds... 7 Fgure III-4- Modélsaton du mur sur Matlab Smulnk... 7 Fgure III-4- Confrontaton des résultats dans le cas du régme harmonque... 8 Fgure III-44- Schéma électrque analogue du mur RC... Fgure III-45- Dagramme de Bode our le mur our dfférents ordres... 0 Fgure III-46- Comarason entre les résultats exérmentaux et les résultats des deux modèles théorques (ordre et ordre 4) our le sgnal... Fgure III-47- Comarason entre les résultats exérmentaux et les résultats des deux modèles théorques (ordre et ordre 4) our le sgnal... Fgure III-48- Etude de l nfluence du déveloement de la foncton de Fourer (nombre d harmonques) sur l allure du flux ntéreur théorque... 4 Fgure III-49- Comarason de la comoston des sgnaux et en fréquences... 5 Fgure III-50- Varaton de la temérature de l ar dans l ambance du laboratore sur une durée de rès de 6 jours... 6 Fgure IV-- Dsostf de caractérsaton des matéraux... 8 Fgure IV-- Détermnaton de la caacté thermque des fluxmètres... 9 Fgure IV-- Echantllon de olystyrène exérmenté... 4 Fgure IV-4- Varatons de la temérature et du flux endant la mesure de la conductvté du olystyrène... 4 Fgure IV-5- Conductvté thermque du olystyrène en foncton de la temérature moyenne mosée... 4 Fgure IV-6- Varatons de la temérature et du flux endant la mesure de la chaleur massque du olystyrène... 4 Fgure IV-7- Echantllon de lane de bos exérmenté... 4 Fgure IV-8- Echantllon de lane de mouton exérmenté... 4 Fgure IV-9- Echantllon de ln exérmenté... 44 Fgure IV-0- Echantllon de métsse exérmenté... 44
Fgure IV-- Conductvté thermque des dfférents matéraux solants en foncton de la temérature moyenne mosée... 44 Fgure IV-- Comarason des erformances thermques des dfférents solants... 45 Fgure IV-- Schéma du montage exérmental du mur arès solaton... 46 Fgure IV-4- Flux et temératures en régme ermanent dans le cas du mur solé... 47 Fgure IV-5- Comarason des deux flux exérmental et nodal dans le cas du mur solé et sollcté ar une temérature snusoïdale... 48 Fgure IV-6- Dagramme de Bode our dfférentes éasseurs de olystyrène alquées de l ntéreur... 5 Fgure IV-7- Dagramme de Bode our dfférentes éasseurs de olystyrène alquées de l extéreur... 5 Fgure IV-8- Comarason des deux flux exérmental et théorque (ordre ) dans le cas du mur solé our un as de tems de 0 mnutes... 5 Fgure IV-9- Influence de la temérature de l ar ambant sur les résultats exérmentaux... 5 Fgure IV-0- Comarason des deux flux exérmental et théorque (ordre ) dans le cas du mur solé et sollcté ar une temérature quelconque our un as de tems d une heure... 54 Fgure IV-- Varatons de la temérature extéreure à Llle entre le er janver et le 7 janver 0 [8]... 55 Fgure IV-- Profl quotden de temérature solare our les dfférentes sasons... 58 Fgure IV-- Temérature ambante et temérature solare entre le er et le 7 janver 0 à Llle... 59 Fgure IV-4- Comoston des varatons de clmat réel en fréquences... 60 Fgure IV-5- Varatons de la densté de flux thermque sur la durée consdérée our dfférentes éasseurs de olystyrène alquées de l ntéreur... 6 Fgure IV-6- Déerdtons énergétques surfacques en kw.h/m our le mur solé ar dfférentes éasseurs de olystyrène alquées de l ntéreur sur la durée consdérée (400 h)... 6 Fgure IV-7- Varatons de la densté de flux thermque sur la durée consdérée our dfférentes éasseurs de olystyrène alquées de l extéreur... 6 Fgure IV-8- Déerdtons énergétques surfacques en kw.h/m our le mur solé ar dfférentes éasseurs de olystyrène alquées de l extéreur sur la durée consdérée (400 h)... 6 Fgure IV-9- Comarason des denstés de flux thermques entre l solaton ar l ntéreur et l solaton ar l extéreur our 0 cm de olystyrène... 6 Fgure IV-0- Varatons de la densté de flux thermque sur la durée consdérée our dfférents matéraux alqués de l ntéreur... 64 Fgure IV-- Déerdtons énergétques surfacques en kw.h/m our le mur solé ar dfférents matéraux alqués de l ntéreur sur la durée consdérée... 65 Fgure IV-- Varatons de la densté de flux thermque sur la durée consdérée our dfférents matéraux alqués de l extéreur... 66 Fgure IV-- Déerdtons énergétques surfacques en kw.h/m m our le mur solé ar dfférents matéraux alqués de l extéreur sur la durée consdérée... 66 Fgure V-- Coeffcents de déerdton surfacque des dfférentes aros... 70
Fgure V-- Varatons annuelles de la temérature extéreure (Llle)... 70 Fgure V-- Localsaton des dfférents onts dans la mason bourgeose... 7 Fgure V-4- Comarason des besons énergétques annuels our les dfférentes tyologes... 7 Fgure V-5- Comarason des besons énergétques annuels our les dfférentes tyologes ar unté de surface habtable... 74 Fgure V-6- Evoluton de la temérature dans la zone la lus occuée (salon + salle de séjour) endant la semane la lus chaude (8 Jullet Aout)... 75 Fgure V-7- Evoluton de la temérature dans la zone la lus occuée (salon + salle de séjour) endant la semane la lus frode ( Févrer 8 Févrer)... 75 Fgure V-8- Zone de Brager our la mason ouvrère à l état exstant (avant solaton) 76 Fgure V-9- Dagramme de Sankey our la mason ouvrère à l état exstant (avant solaton)... 77 Fgure V-0- Besons énergétques our les dfférents scénaros d solaton et our les dfférentes tyologes... 80 Fgure V-- Sgnatures énergétques des dfférentes tyologes... 8 Fgure V-- Comarason des besons annuels de chauffage our une mason ouvrère selon dfférents tyes d solants emloyés our le scénaro d solaton... 8 Fgure V-- Influence du tye d solant sur le confort thermque dans la zone la lus occuée endant la semane la lus chaude our le scénaro... 8 Fgure V-4- Comarason des besons de chauffage entre l solaton thermque ntéreure et l solaton thermque extéreure our une mason ouvrère our le scénaro... 8 Fgure V-5- Evoluton des besons de chauffage endant la semane la lus frode our la mason ouvrère (scénaro )... 84 Fgure V-6- Influence de l emlacement de l solant sur le confort thermque dans la zone la lus occuée endant la semane la lus chaude... 84 Fgure V-7- Influence de l emlacement de l solant sur le confort thermque dans la zone la lus occuée endant la semane la lus chaude en érode de cancule (été 00)... 85 4
Lste des tableaux Tableau I-- Comarason entre la RT005 et la RT0... 7 Tableau I-- Exgences sur les résstances thermques (m.w/k) des aros (RT005 élément ar élément) [0]... 8 Tableau I-- Labels our les bâtments exstants construts avant 948... 8 Tableau I-4- Avantages et nconvénents de l solaton ar l ntéreur [8]... 40 Tableau I-5- Les solants synthétques... 4 Tableau I-6- Les solants mnéraux... 4 Tableau I-7- Les solants végétaux... 4 Tableau I-8- Les solants ssus du recyclage... 44 Tableau I-9- Les solants d orgne anmale... 45 Tableau II-- Réartton du arc du Nord-Pas-de-Calas en dfférentes tyologes archtecturales selon le modèle Enerter [46]... 64 Tableau II-- Gans lés à la mse en œuvre du bouquet de travaux [46]... 78 Tableau III-- Prorétés thermo hysques de la brque et du morter... 96 Tableau III-- Dsoston des dfférents cateurs dans le mur... 96 Tableau III-- Résultats des temératures et des flux dans le cas du régme ermanent... 0 Tableau III-4- Incerttude due à la oston des thermocoules... Tableau III-5- Prorétés thermques de la brque et du morter détermnées exérmentalement (arte III.)... 5 Tableau III-6- Evaluaton de l nfluence du nombre d harmonques dans la récson des résultats... 4 Tableau IV-- Prorétés thermques mesurées des dfférents matéraux solants... 45 Tableau IV-- Résultats de temératures et de flux dans le cas du régme ermanent (mur solé)... 47 Tableau V-- Easseurs d solant à alquer our les dfférents scénaros d solaton []... 78 5
Nomenclature U Coeffcent de transmsson thermque global [W.m -.K - ] V Tenson électrque (analoge électrque) [V] R C Résstance thermque (ou résstance électrque dans le cas de l analoge électrque []) Caacté thermque (ou caacté électrque dans le cas de l analoge électrque [F]) [m.k.w - ] [J.m -.K - ] T Temérature [ C, K] e Easseur [m] x Abscsse [m] t Tems [s] h Coeffcent de transmsson thermque surfacque [W.m -.K - ] S Surface [m ] B Nombre de Bot [] a Dffusvté thermque [m.s - ] c Chaleur massque [J.kg -.K - ] G Gan [] D Module cumulé [] n Ordre d tératon [] I Courant électrque (analoge électrque) [A] K Sensblté du fluxmètre [V.W -.m ] P Pussance de chauffage [W] H Sgnature énergétque du bâtment [W/ C] Symboles grecs Emssvté du matérau [] Flux thermque [W.m - ] Temérature (arès soustracton de la temérature ntéreure) [ C] Conductvté thermque [W.m -.K - ] Constante de Stefan Boltzmann [W.m -.K -4 ] 6
Amortssement du sgnal (temérature) [] Déhasage du sgnal (temérature) [rad] ω Fréquence angulare [rad/s] Indces Intéreur [] e Extéreur [] w Relatf à la surface ntéreure du mur [] wo Relatf à la surface extéreure du mur [] w Relatf au mur [] d Relatf au système de chauffage (damng system) [] t Total [] m Morter [] b Brque [] a Ar [] s Solel [] c Relatf à la convecton [] r Relatf au rayonnement [] 7
Introducton générale Introducton générale L'énerge, cette ressource réceuse qu condtonne notre ve quotdenne, mose aujourd'hu un déf our l'humanté: d'une art, le mode de ve actuel et l'exloson démograhque de la lanète font que la consommaton de l'énerge mondale se vot augmenter contnuellement; et d'autre art, la lmtaton de la luart des ressources énergétques utlsées actuellement et la resson exercée ar l'homme sur l'envronnement en utlsant ces ressources font que cette consommaton dot absolument dmnuer. Fgure - Scénaros de réchauffement mondal [] La resson de l'homme sur son envronnement ar la consommaton énergétque se manfeste surtout ar le réchauffement clmatque défn comme étant une modfcaton durable des aramètres statstques du clmat. En effet, les rojectons des modèles clmatques résentées dans le derner raort du groue d'exerts ntergouvernemental sur l'évoluton du clmat GIEC (groue d'exerts ntergouvernemental sur l'évoluton du clmat) [] ndquent que la temérature de surface du globe est suscetble d'augmenter de, à 6,4 C sulémentares au cours du XXIe sècle (les ncerttudes étant lées à la récson des modélsatons emloyées, et aux comortements étatques et ndvduels résents et futurs). La queston osée aujourd'hu est comment amortr l'effet de serre et non as comment l'évter; même l'arrêt comlet des émssons amortrat le hénomène de réchauffement sans l'emêcher de se oursuvre en rason de la grande caacté calorfque des océans et de la durée de ve des gaz à effet de serre dans l'atmoshère. Les réercussons du réchauffement de la lanète sur l homme et son envronnement euvent être dramatques à moyen et long terme : 8
Introducton générale -Conséquences envronnementales : rncalement lées à la fonte des glacers et couvertures negeuses, ce qu se tradut ar une montée des eaux due à cet aort d eau sulémentare et à la dlataton thermque de l eau des mers et des océans. De lus, S le réchauffement moyen de la lanète excédat,5 à,5 C ar raort à 980-999, le rsque d extncton de 0 à 0 % des esèces recensées à ce jour serat robablement accru, et s la temérature s'élevat de lus de,5 C envron, les modèles révoent que 40 à 70 % des esèces recensées ourraent dsaraître de la surface du globe [], []. -Conséquences sur l'homme : Le GIEC révot des conséquences négatves majeures sur l'humanté au XXIe sècle se tradusant ar une basse des rendements agrcoles otentels dans la luart des zones trocales et subtrocale, une dmnuton des ressources en eau dans la luart des régons sèches trocales et subtrocales, une augmentaton des hénomènes météorologques extrêmes ( lues torrentelles, temêtes, sécheresses), une augmentaton des feux de forêt durant des étés lus chauds... L'augmentaton actuellement observée des quanttés de gaz à effet de serre, comme le CO, contrbue à renforcer l'effet de serre. Il a été rouvé ar l'étude sotoque du carbone dans l'ar que cette augmentaton des quanttés de gaz à effet de serre est due our lus de la moté à la combuston de matère carbonée fossle, l'autre arte étant due essentellement aux débosements massfs. Fgure - Evoluton et rédcton de la roducton mondale de étrole et de gaz (90-050) [] La roblématque énergétque mondale est due non seulement aux dégagements de CO ar la combuston des énerges fossles, mas auss à la dmnuton de la roducton mondale des énerges fossles. La Fgure montre que, our les dfférents forages étrolers, les courbes attegnent un c entre les années 006 et 05. Les énerges fossles sont en fat une ressource non renouvelable dont les découvertes rouvées sont en erétuelle décrossance deus quelques décennes. Une roducton décrossante engendre une dmnuton de la consommaton et une augmentaton des rx. Or, la 9
Introducton générale crossance démograhque et l'augmentaton des besons énergétques rendent la dmnuton de la consommaton une msson dffcle, d'où la crse énergétque. Face à ces roblématques la dmnuton de la resson de l'homme sur son envronnement devent une nécessté urgente à mettre en lace. La France s'est engagée à artr du rotocole de Kyoto à rédure ses émssons ; et, au-delà de ce rotocole, à dvser ar quatre ses émssons à l'horzon de l'année 050. Le secteur du bâtment est au centre de ce déf, notamment en France où l rerésente 4% des consommatons énergétques et 5% des émssons de gaz à effet de serre. Dans les ays ndustralsés, les bâtments consomment une arte mortante de l'énerge utlsée ar la socété et, en conséquence, ls sont source d'une arte non néglgeable de la olluton. Cette énerge est l objet de nombreux usages: chauffage et/ou refrodssement, ventlaton, eau chaude santare, éclarage, cusson et autres aarels électroménagers Dans les clmats temérés et frods, la lus grande art de l'énerge utlsée ar un bâtment sert au chauffage. Deus le remer choc étroler de 974, les efforts se multlent afn de rédure les consommatons énergétques dans ce secteur; les réglementatons thermques se succèdent l'une arès l'autre afn de rédure de lus en lus les consommatons lées au chauffage des bâtments en France. Le flux de chaleur généré dans le système de chauffage aboutt névtablement à l'extéreur ar dfférentes voes lus ou mons drectes. Une des solutons les lus adatées à la réducton des consommatons de chauffage dans le bâtment est l'solaton thermque qu ermet de dmnuer les déerdtons thermques vers l'extéreur et ar la sute les besons de chauffage. Ceendant, contrarement au bât moderne qu ne résente as de contrantes vs-à-vs des technques d'solaton et du chox des matéraux, le bât ancen vt avec son envronnement grâce à un équlbre fragle qu ne dot as être erturbé. Une mauvase nterventon sur ce bât rsque de le déstablser, d'engendrer des roblèmes graves dans sa structure, et d'mlquer des résultats contrares à ceux attendus. Sa connassance est donc nécessare en amont de toute nterventon. Le arc de logements dans le Nord Pas de Calas se caractérse ar une forte résence d'un habtat ndvduel ancen ouvrer (en courées, habtat de tyologe relatvement homogène ssu de l'ndustralsaton du début 9ème sècle). L'améloraton de ses caractérstques thermques consttue une roblématque dfférente de celle du bât récent. Il s agt d un habtat ancen souvent ndécent, vore nsalubre dont la qualté énergétque est médocre. Cet habtat est majortarement occué ar des oulatons modestes ou en stuaton récare. Cette récarté se trouve renforcée ar l augmentaton des déenses énergétques rovoquant une augmentaton des mayés, vore une mse en danger des occuants ar l'utlsaton de moyens de chauffage nadatés (chauffage d aont nadaté). 0
Introducton générale Les roblèmes osés ar la réhabltaton et l améloraton du arc rvé exstant s artculent autour de tros thématques : La roblématque technque : La roblématque technque est due aux contrantes technques et archtecturales qu lmtent arfos quelques tyes d nterventon sur le bât ancen exstant dans la métroole Lllose. a.) Les contrantes technques sécfques du bât : - fable surface des logements nécesstant la mse en œuvre de technques adatées d solaton, - ette surface des arcelles et forte densté des surfaces bâtes ne ermettant as faclement la mse en œuvre d énerges alternatves, - fable nveau de confort et exstence de athologes lourdes (hors caractérstques thermques) nécesstant des nvestssements d améloraton du confort jugés rortares. b.) Les contrantes archtecturales et urbanes du fat de l mlantaton de cet habtat en zone urbane entraînant des surcoûts. La roblématque lée à l occuaton : - Dffcultés d'aroraton ar les occuants d'équements sohstqués, - Une occuaton contnue du logement rendant lus dffcle une nterventon en ste occué. La roblématque fnancère : Elle est caractérsée ar une caacté d'nvestssement lmtée qu l s agsse des rorétares occuants à fables revenus mas auss des rorétares balleurs dont les nvestssements ortant sur l améloraton des erformances énergétques de leur logement ne se tradut as ar un retour sur l nvestssement réalsé. L un des rncaux levers our l améloraton des erformances énergétques des logements exstants est d agr sur l enveloe ar une solaton effcace et durable. L'objectf de cette thèse est d'étuder le bâtment ancen résdentel dans la vlle de Llle et de lu rooser une solaton écologque erformante. Dans le remer chatre de cette thèse on fera une analyse bblograhque ermettant l nserton de notre roblématque dans un contexte lus vaste, celu du bât ancen et de l solaton thermque écologque. Le deuxème chatre sera consacré à l étude des dfférentes tyologes de bâtments exstant dans la vlle de Llle, elles euvent être classées dans tros grandes famlles : la mason de courée, la mason de vlle et la mason bourgeose ; on regardera leurs caractérstques, leurs sécfctés, leurs constantes (smlartés) et leurs varantes.
Introducton générale Dans le trosème chatre, on étudera une aro caractérstque de ces tyologes selon luseurs méthodes analytques, numérques et l ntérêt de chacune des méthodes. Un mur exérmental nstrumenté sera soums à dfférentes sollctatons afn de valder les modèles théorques résentés. On utlsera tout d abord la méthode analytque ssue de la résoluton de l équaton de chaleur et ermettant de trouver une équaton analytque exlcte des varatons sato-temorelles de la temérature ; cette méthode ermettra la détermnaton des rorétés thermques du mur à artr des données exérmentales. Dans un deuxème tems on étudera le transfert thermque dans ce mur en régme harmonque et en régme quelconque. Les résultats théorques seront confrontés aux résultats exérmentaux. Dans un quatrème chatre, les dfférents matéraux solants seront caractérsés thermquement us alqués au mur selon dfférentes confguratons (ar l ntéreur et l extéreur) afn de détermner les avantages et les nconvénents de chaque tye d solaton du ont de vue thermque. Ensute, et arès l étude du crtère thermque, on comarera les autres crtères (envronnementaux, économques et hygrométrques) our justfer et consolder le chox du matérau. Une fos l étude au nveau de la aro termnée, on assera à l échelle du bâtment dans le cnquème chatre. Pour chaque tyologe on étudera les consommatons énergétques avant et arès solaton à l ade du logcel PLEIADES-COMFIE dédé à la Smulaton Thermque Dynamque (STD) des bâtments.
Chatre I: Analyse bblograhque I. Introducton Analyse bblograhque Le arc de logements et des bâtments tertares rerésente envron,5 mllards de mètres carrés chauffés se réartssant de la façon suvante : 75% de cette surface est affectée aux logements, le restant au bâtment tertare. L énerge est consommée our les / dans les logements et our / dans les bâtments tertares. La art des émssons de CO sut une réartton dentque. Le secteur des logements en artculer résente un otentel non néglgeable d économes d énerge surtout au nveau du chauffage qu consttue une art mortante des factures énergétques en France. Dans cette arte on abordera les déenses énergétques dans ce secteur et la noton de confort thermque qu est à la base des consommatons lées au chauffage. De lus, on résentera les dfférentes réglementatons thermques lées à ce secteur en s attardant sur les exgences thermques et les labels lés aux bâtments résdentels ancens. Parm les 6, mllons de logements construts avant 975, 9 mllons envron l'ont été avant 948, c'est à dre avant le déveloement massf de modes de constructons ndustralsés. Une arte de ce arc a u conserver, grâce à des rénovatons resectueuses de ses caractérstques orgnelles, une forte valeur atrmonale. Il consttue alors un témognage, arfos unque, d'un habtat vernaculare et d'une conceton tradtonnelle. Sa erformance thermque est encore mal connue ou de façon arcellare. Ceendant, dsose de qualté thermque ntrnsèque (erformance thermque et confort d'été) qu'l convent d'étuder our meux les rendre en comte et les valorser ar des rénovatons adatées. I.. Le secteur logement La contrante de réducton ar 4 des émssons de CO du secteur du bâtment à l horzon 050 fxée ar les orentatons de la oltque énergétque, se tradura ar l oblgaton d une dmnuton ar 6 (vor lus) des émssons ramenées au m, comte tenu de l augmentaton du arc de bâtments et l augmentaton de la surface habtable ar habtant qu est assée de m en 984 à 40 m en 006 [4]. Cec nécessterat de arvenr, sur le arc, à une consommaton moyenne d énerge rmare nféreure à 70 kwh ar an et ar m chauffé ou clmatsé, dont envron 5 kwh our le chauffage ou la clmatsaton et la roducton d eau chaude santare. Le nombre de résdences rncales en 050 sera aroxmatvement de 9,449 mllons (Fgure I-). Donc, l faudra construre entre 00 et 050 lus de 0 mllons de logements en France s l on consdère que les logements actuels conserveront leur habtablté jusqu en 050. D où la nécessté, en lus de révor la constructon de ces
Analyse bblograhque nouveaux logements, de lancer une camagne de réhabltaton des bâtments exstants afn de les adater aux condtons de confort et aux modes de ve contemorans, ans qu aux normes relatves à l électrcté, l ncende, l évacuaton des eaux usées Nombre des résdences rncales (mllers de logements) 40,000 5,000 0,000 5,000 0,000 980 990 000 00 00 00 040 050 Année Fgure I-- Nombre de résdences rncales en France [4] D autre art, la réhabltaton ermet auss de réondre à l engagement du gouvernement franças de dvser ar quatre ses émssons entre 00 et 050, ce qu est connu sous le nom de «Facteur 4». Ans, our attendre les objectfs fxés, l faut amélorer la erformance énergétque auss ben dans le bât neuf que dans le bât exstant. I...a Déenses énergétques L énerge consommée our le chauffage consttue une art mortante des factures énergétques en France (70 %) et notamment à Llle, une vlle dans le Nord de la France caractérsée ar son clmat relatvement frod ar raort aux autres vlles françases. Cusson 7% ECS 0% Electrcté sécfque % Chauffage 70% Fgure I-- Part des usages dans la consommaton énergétque fnale des logements en France [5] 4
Analyse bblograhque Arès la rore eau et les vêtements, l enveloe du bâtment consttue une trosème eau qu joue un rôle mortant dans le confort thermque des habtants et nflue énormément sur leur santé ; d où la noton de bo constructon ntégrant à la fos des dmensons de confort thermque, sonore, lumère, qualté d ar ntéreur Une habtaton écologque réusse est le résultat d un équlbre entre effcacté énergétque et fable mact envronnemental, d un équlbre entre des technques lowtech se basant sur des rocessus naturels (aorts solares gratuts, technques boclmatques ), et des comléments hgh-tech our otmser l autonome énergétque (chauffage, ventlaton, are-vaeur ). I...b Confort thermque Le confort thermque est un terme vague et ambgu usque la noton confort en ellemême est subjectve et vare entre les ndvdus selon l âge, le sexe, l emlacement géograhque A ttre d exemle la zone de confort des Anglas se stue entre 4,5 C et C, celle des Amércans entre 0 C et 6 C et celle des habtants des régons trocales entre C et 9,5 C [6]. Ceendant, on eut le défnr comme étant un sentment de ben-être satsfat ar l envronnement thermque. Il déend de 6 aramètres [7]: - Le métabolsme : c est la roducton de chaleur nterne ermettant de mantenr la temérature du cors autour de 7 C. - L habllement : l rerésente une résstance thermque aux échanges de chaleur entre la surface de la eau et l envronnement. - La temérature de l ar ambant : les deux objectfs rncaux sont de mantenr la temérature de l ar ntéreur stable face aux écarts de temérature extéreure, et de créer une certane homogénété de temérature dans l esace. - La temérature des aros : Les aros frodes entranent des déerdtons thermques du cors humans ar rayonnement avec ces aros ce qu crée une sensaton d nconfort thermque et oblge à élever la temérature de l ar our comenser cet nconfort. - Les mouvements de l ar : En hver, la temérature de l ar ntéreur étant nféreur à celle de la eau ( C), l ar en mouvement ermet d augmenter les déerdtons thermques ar convecton au nveau de la eau, d où l ntérêt de dmnuer les courants d ar ; au contrare en été on a ntérêt à créer des courants d ar our rafrachr la mason. - L humdté relatve de l ar : l humdté est due rncalement à l occuaton humane, l actvté des habtants et l humdté extéreure. Une ventlaton adatée ermet de résoudre ce roblème. L nconfort n aarat que our une humdté relatve nféreure à 0% ou suéreure à 70%. 5
Analyse bblograhque Fgure I-- Plage de confort thermque [8] Le dagramme rerésenté dans la Fgure I- ermet de défnr une lage de confort temérature-humdté. I.. Le cadre réglementare et les labels I...a Evoluton de la réglementaton thermque françase En 974, et sute aux chocs étrolers, la remère réglementaton thermque aaraît our les logements neufs ; l solaton devent alors non seulement une nécessté, mas une oblgaton à resecter. Deus 974, les Pouvors Publcs n ont cessé d ajuster les exgences, au rythme des réglementatons thermques successves : 98, 988, 000, 005 et 0. Dans la réglementaton thermque RT 005 [9], le rojet est comaré à un bâtment de référence qu est le jumeau du rojet du ont de vue géométrque mas ayant des caractérstques thermques de ses comosants fxés à une valeur de référence défne réglementarement. Deus novembre 007, la réglementaton thermque dans l exstant encadre les travaux que les artculers entrerennent dans leur logement. Elle n oblge as à les réalser mas fxe des erformances à resecter, en artculer our dmnuer les besons en énerge d un logement en l solant. Globalement, la RT 0 ne concerne as sécfquement les bâtments ancens, mas ose de nouveaux objectfs à l horzon 00 en termes urbans et aysagers. Ces objectfs concernent donc ndrectement le bât ancen. Le domane d alcaton de la RT 0 ne change as ar raort à la RT 005 ; elle ne s'alque donc as : - aux constructons rovsores révues our une durée d'utlsaton de mons de deux ans ; 6
Analyse bblograhque - aux bâtments et artes de bâtment dont la temérature normale d'utlsaton est nféreure ou égale à C ; - aux bâtments ou artes de bâtment chauffés ou refrods our un usage dédé à un rocédé ndustrel ; - aux bâtments agrcoles ou d'élevage ; - aux bâtments stués dans les déartements d'outre-mer. - aux bâtments ou artes de bâtment destnés à rester ouverts sur l'extéreur en fonctonnement habtuel. Ceendant, l exste des dfférences entre la RT 005 et la RT 0 se tradusant ar une nouveauté majeure : la conceton boclmatque du logement (accès à l éclarage naturel, surfaces vtrées orentées au sud ) qu dot ourvor naturellement à une arte des besons énergétques du bâtment. Les majeures dfférences entre la RT 005 et la RT 0 sont résumées dans le Tableau I-. Exgences Tye d'usage Météo RT005 Bâtment référence, C<C ref U bat T c <T c ref de Garde fou ar comosant (enveloe et système) 6 tyes d'usage 8 Zones Clmatques RT0 Abandon du bâtment de référence, valeur fxée et modulée. C<C max B bo < B bomax valeur fxée et modulée Même système our le moment. Abandon sauf exceton (Tratement onts thermques ; erméablté; surface vtrée; facteur solare; rato d'ouverture bae) 7 tyes d'usage (crèche-gardere, cté U, ) Mêmes zones, fchers révsés ar météo France. Tableau I-- Comarason entre la RT005 et la RT0 La réglementaton alquée aux bâtments exstants construts avant 948 est nommée réglementaton thermque «élément ar élément». Lorsqu'un maître d'ouvrage décde de remlacer/nstaller un élément d'solaton, un équement de chauffage, de roducton d'eau chaude, de refrodssement, de ventlaton ou un équement d'éclarage (ce derner oste ne concerne que les bâtments tertares), l dot nstaller des roduts de erformance suéreure aux caractérstques mnmales mentonnées dans l'arrêté du ma 007. Les exgences sur les résstances thermque mnmales des aros défnes ar cet arrêté et servant our les tyologes de masons ndvduelles ancennes de Llle (zone H) euvent être résumées dans le Tableau I-. 7
Analyse bblograhque Paros Résstance thermque mnmale (m.k/w) Murs en contact avec l'extéreur et ramants de totures de ente suéreure à 60, Murs en contact avec un volume non chauffé Totures terrasses,5 Planchers de combles erdus 4,5 Ramants de toture de ente nféreure à 60 4 Planchers bas donnant sur l'extéreur ou sur un arkng collectf, Planchers bas donnant sur un volume non chauffé Tableau I-- Exgences sur les résstances thermques (m.w/k) des aros (RT005 élément ar élément) [0] I...b Les labels en France L utlsaton des labels ar les maîtres d ouvrage est un lever très mortant our le déveloement de technologes nnovantes, et en ruture ar raort aux technques d usage à l heure actuelle dans le monde de la constructon. Ils sont délvrés dans le cadre d une certfcaton ortant également sur la qualté globale du bâtment, ar des organsmes certfcateurs rvés ayant assé une conventon sécale avec le mnstère en charge de la constructon, qu les autorse à délvrer ce label. -Le label «haute erformance énergétque rénovaton» s alque unquement aux bâtments achevés arès le er janver 948. Il atteste que le bâtment resecte un nveau de erformance énergétque élevé ans qu un nveau mnmal de confort en été. C est auss un mode de reuve ermettant de justfer d un nveau de consommaton d énerge, qu eut notamment être utlsé our obtenr des ades comme l éco-rêt à taux zéro ou l éco-rêt logement socal. D arès l arrêté du 9 setembre 009 relatf au contenu et aux condtons d attrbuton du label «haute erformance énergétque rénovaton», our les bâtments à usage d habtaton ce label comorte deux nveaux : Label Condton Condton Haute erformance énergétque rénovaton, HPE rénovaton 009 Bâtment basse consommaton énergétque rénovaton, effnerge rénovaton 009 E 50(a+b) E 80(a+b) La temérature ntéreure conventonnelle attente en été du bâtment resecte les exgences de l artcle de l arrêté du jun 008 La temérature ntéreure conventonnelle attente en été du bâtment resecte les exgences de l artcle de l arrêté du jun 008 Tableau I-- Labels our les bâtments exstants construts avant 948 8
Analyse bblograhque E étant la consommaton conventonnelle d énerge rmare du bâtment our le chauffage, le refrodssement, la roducton d eau chaude santare, l éclarage et les auxlares de chauffage, de refrodssement, d eau chaude santare et de ventlaton, telles que défnes à l artcle 9 de l arrêté du jun 008. Le coeffcent a déend de la zone clmatque et b de l alttude. (Pour le cas de Llle, zone Ha, et alttude moyenne 5m, a=, et b=0.) Le label BBC Effnerge Rénovaton a été élarg aux logements construts avant 948, sous la termnologe Effnerge Rénovaton, sans our autant être nscrt dans un arrêté. S seul le nom affche une varante, l utlse le même référentel. Donc au fnal, les mêmes crtères seront demandés our toutes les masons ancennes construtes deus lus de 5 ans, mas dans un cas le label est nommé BBC-Effnerge Rénovaton (constructons ostéreures à 948) et dans l autre Effnerge Rénovaton (constructons antéreures à 948). I. Le bât ancen Le bât ancen connaît de lus en lus un regan d ntérêt en tant qu élément essentel du arc des logements surtout qu l consttue une arte non néglgeable du arc de logements exstants et offre un otentel d économes d énerge mortant. Ceendant, l faut avor un certan recul ar raort à ce tye de bâtment avant d y ntervenr, surtout qu l résente des sécfctés qu le dfférencent des bâtments contemorans d où la nécessté de ben le comrendre et de connatre les rsques et roblèmes qu le menacent. I.. Défnton du bât ancen La défnton rore de bât ancen vare selon les références : certans consdèrent les bâtments antéreurs à la remère réglementaton thermque de 975 comme bâtments ancens [], [], d autres consdèrent les bâtments ancens comme étant ceux datant d avant 948 []; cette date corresondant à la date de début de la reconstructon arès la deuxème guerre mondale. Ceendant, l est mortant de dstnguer les constructons d avant 948 des autres constructons ssues de la reconstructon arès la deuxème guerre mondale et antéreures à la remère réglementaton thermque. En effet, sute à la deuxème guerre mondale les ggantesques besons de reconstructon ont condut à une logque de reconstructon rade et à mondre coût. Les roblématques de déenses énergétques et d émssons de gaz à effet de serre ne se osant as à cette éoque, la tendance vers le chox de matéraux reroductbles en grande quantté domnat sur les crtères énergétques, envronnementaux et santares. On est assé ans d une archtecture qu s'alquat à rendre en comte l'envronnement clmatque, utlsant des ressources et des matéraux locaux à une archtecture ndustralsée, chauffée et éclarée 9