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Physique du bâtiment
Pr. Touria MOUDAKKAR
1. Veiller aux normes (de sécurité, et de
thermique) pour le confort et le bien-être des
occupants)=> permis de construction
2. Guider le maître d’ouvrage dans le choix des
matériaux et des systèmes à mettre en œuvre.
L’ingénieur en génie civil assure le bon déroulement des projets mis en œuvre sur les chantiers (du permis de
construire à la construction de l’ouvrage) . En raison de son implication dans toutes les phases du projet, il
doit d’abord :
Quel intérêt de la physique du bâtiment pour un ingénieur civil ???
Bâtiment = structure +enveloppe
1- Contexte énergétique résidentiel à l’échelle nationale
les bâtiments consomment une partie importante de l’énergie, en conséquence, ils sont source d’une
partie non négligeable de la pollution,
Industry;
20%
Transport;
38%
Residential
26%
Commercial
8%
Agriculture
; 8%
Au Maroc
Consommation énergétique marocaine par le secteur
résidentiel (AIE data)
1-1 Croissance signifiante durant la dernière décennie
Les facteurs expliquant cette
augmentation sont :
- Lancement de grands programmes de
construction: programme d’urgence pour
l’éducation nationale, le programme de
150000 logements par an…)
- La croissance démographique,
- L'amélioration de l'accès à l'électricité
(passant de 22% en 1996 à 99,15% en 2015)
- l’utilisation intensifiée des appareils
électroménagers
1-2 Augmentation continuelle du besoin énergétique du bâtiment
Le besoin énergétique du bâtiment comme tout autre secteur, est estimé à la hausse: une
augmentation de 2,6% pour les pays de la région MENA et de 1,2% dans le monde
30%
57%
6%
4% 0%3%
Total energy supply by source
Morocco-2019 (IEA)
Coal
Oil
Biofuels and
waste
Natural gas
Hydro
Wind, solar,
etc.
1- Insécurité
d’approvisionnement
2- Dégât sur
environnement
3- Pression sur les
ressources fossiles
Besoin résidentiel
: 20% de l’énergie
mondiale et 25%
au Maroc
Croissance
annuelle
moyenne de 2%
entre 2015 et 2030
Energie finale
au Maroc: 91%
à base des
combustibles
fossiles
1-3 Conséquences de la problématique énergétique
 Les énergies fossiles commencent à s’épuiser.
D’ici environ une centaine d’années, les trois
énergies fossiles les plus utilisées dans le monde
vont devenir très rares.
a) Pression sur les ressources fossiles
Prévisions sur la variation du prix
des combustibles fossiles jusqu'à
2030
b) Insécurité d’approvisionnement
Le Maroc importe aujourd’hui tous ses produits pétroliers, surtout après l’arrêt total de la raffinerie Samir en
2016. Ceci rend le Maroc plus dépendant énergétiquement vis à vis de l’étranger (91.7% en 2019) et
moins sécurisé en terme d’approvisionnement par la perte de 60% de sa capacité de stockage de produits
pétroliers à la Samir
• Les émissions mondiales de CO2 ont triplé
entre 1970 et 2018, et la tendance ne semble
pas s'inverser.
c) Dégât sur environnement : réchauffement climatique
• Le Maroc a connu en 2020 l’émission de 64
millions de tonnes de eq CO2 dans
l'atmosphère,
- Un climat qui se réchauffe
- Accroissement de la gravité des tempêtes et des inondations
- Accroissement des sécheresses
- Monté des océans
- Perte de biodiversité
- Augmentation des risques pour la santé
Effet de réchauffement climatique
1-4 Solutions à apporter: les énergies renouvelables et l’efficacité
énergétique
1. Réduire le besoin énergétique du
bâtiment par l’amélioration de son
efficacité énergétique : bâtiment vert
2. Diversifier le mixte énergétique en
remplaçant une part des combustibles
fossiles par des solutions énergétiques
non-polluantes
Wind PV Hydro Geothermic Biomass
LCOE in the southwestern
Mediterranean region
($/kWh)
0.067 0.068 0.055 0.073 0.066
Average LCOH ($/kWh) 0.039 0.057 0.044 0.071 0.076
 Ces solutions sont actuellement
plus compétitives à l’énergie
produite à base des fossiles (Au
Maroc LCOE= 0,09 $/kWh)
Coût de l’énergie produire par les énergies renouvelables 2020
 Le Maroc dispose d’un potentiel
considérable en ER
Pourquoi les énergies renouvelables ??
Maison avec panneaux photovoltaïques Maison avec chauffe-eau solaire
Intégration des solutions énergétiques renouvelables
Pourquoi l’efficacité énergétique dans le bâtiment ?
Est-ce qu’il y a vraiment un potentiel de réduction d’énergie dans le bâtiment ??
La signification des couleurs:
• Couleur bleue :Faible déperdition
• Couleur verte: déperdition limitée
• Couleur jaune: déperdition moyenne
• Couleur orange : déperdition importante
• Couleur rouge: Forte déperdition
Typologie des bâtiments performants
- Bâtiment performant
1) Bâtiment à basse consommation
Il est caractérisé par :
- Des besoins énergétiques plus faibles que le bâtiment standard
- Isolation thermique
- Une consommation d’énergie réduite pour le chauffage, la climatisation et l’éclairage
- Aucun moyen de production local d’énergie thermique ou électrique
2) Bâtiment à zéro énergie (passive)
C’est un bâtiment à équilibre nul, ca veut dire que l’énergie produite par le bâtiment lui-même est égal à
l’énergie consommée pour son fonctionnement
3) Bâtiment à énergie positive
Ce bâtiment producteur d’énergie dépasse le niveau zéro énergie: il produit globalement plus d’énergie
qu’il en consomme
Définition d’un bâtiment performant selon la réglementation thermique
Une réglementation thermique : exigences en termes de performance énergétique globale
Une réglementation thermique est, en général, un texte cadrant la thermique des bâtiments neufs et/ou existants.
Elle fixe des consommations d’énergie maximales dans plusieurs domaines : chauffage / refroidissement, eau chaude sanitaire,
ventilation et éclairage… pour chaque type de bâtiment ; résidentiel, administratif, commercial etc:
1. Exigence de consommation maximale (RT2012: 50 kWh/m²/an; RE2020: 0 kWh/m²/an)
2. Exigence d’efficacité énergétique des composants liés au bâtiment (chauffage, refroidissement et éclairage)
3. Empreinte carbone des appareils ménagers et de la source d’énergie
Certificat de conformité par rapport à la RT : différentes approches
=> Estimer le besoin énergétique
Différentes approches pour estimer le besoin énergétique d’un
bâtiment:
1- Numérique ou analytique
(bilan thermique)
2- Expérimentale (diagnostic
des performances
énergétiques)
Choix de l’approche la plus adaptée
Type du bâtiment Approches Objectifs
Bâtiment neuf Numérique ou analytique  Permis de construction
 Conception optimale :technico-
économique
Bâtiment existant Expérimentale (mesures de
performances )
 Etiquetage énergétique en cas de vente
(l'Indice de Dépense d'Énergie
IDE)
 Potentiel d’amélioration énergétique (
travaux de rénovation)
Analyse numérique des performances énergétiques d’un
bâtiment neuf
Outil: simulation dynamique
- Binayate
- TRNbuild
- EnergyPlus & SketchUp
Ces logiciels de simulation
dynamique dédiés au calcul des
performances thermiques des
bâtiments permettent de prévoir
la consommation énergétique
réelle et d’étudier leur
comportement thermique
Comment établir ces simulations ??
Simulateur
• Enveloppe :Matériaux de
construction
• Isolation thermique
• Type de vitrage
- Besoin
énergétique en
kWh/m²
Composition de l’enveloppe du bâtiment
Exigences de la RTCM
 Documents nécessaires :
 Plan du bâtiment (vue en plan, étages et façades)
 Composition des murs et de la toiture
 Fiche technique des châssis et vitrages
 Les plans luminaires (d’éclairage)
 Documents descriptifs des équipements de chauffage/climatisation
(PAC , CTA,..)
Diagnostic des performances énergétiques d’un bâtiment
Selon l’IDE => affecter une étiquette énergie et climat à chaque bâtiment (parmi les 7 existants)
Pourquoi on cherche à étiqueter une maison énergétiquement??
BBC: un investissement initial important, mais
un gain économique à long terme
Exemple:
- Bâtiment 1: CA=40000$ avec une facture
énergétique mensuelle de 70$,
- Bâtiment 2 : CA=65000$ avec une facture
énergétique mensuelle de 15$
? Quel bâtiment à choisir (DV=40 ans)
Diagnostic des performances énergétiques d’un bâtiment
Potentiel d’amélioration : audit énergétique
Outils de diagnostic:
 Analyseur des compteurs électriques
 Thermocouple
 Luxmètre
 Thermographie infrarouge
Inspection thermographique
Outils : Caméra thermique
Résultats : Présence des ponts thermiques au niveau de
- Intersection mur /sol , mur/plancher
- Cadre fenêtre
Observation de quelque points de mur avec isolation défectueuse.
Au Maroc ,une limite de 10% de la production annuelle d’électricité, pouvant être injectée dans
le réseau national par une installation d’autoproduction (contrainte réglementaire).
Jusqu’à 2023, un bâtiment performant au Maroc est un bâtiment à basse
consommation (BBC)
Un bâtiment à zéro énergie ou à énergie positive doit être connecté à un réseau de
distribution d’électricité vers lequel il peut injecter le surplus de sa production électrique,
RTCM Maroc
• Au Maroc, la première règlementation thermique a été élaborée par l’Agence Marocaine pour
l’Efficacité Énergétique (AMEE) le 06 Novembre 2014 sous le nom « Règlement Général de
Construction fixant les règles de Performances Energétique de Construction ». Ainsi
depuis son entré en vigueur, ce règlement est très peu applicable dans les constructions.
Par ailleurs, ce règlement se présente sous deux approches :
• Une approche dite prescriptive : qui offre une description technique des exigences limites des
caractéristiques thermiques des enveloppes des bâtiments.
• Une approche dite performancielle : qui définie les seuils de performances thermiques d’un
bâtiment
 Type du bâtiment : Résidentiel ,Tertiaire
 Zone climatique
Approche prescriptive : coefficient de déperdition thermique
Elle est basée sur une approche simplifiée fixant les spécifications techniques limites en termes de
caractéristiques thermiques de l'enveloppe du bâtiment, notamment les coefficients de transmission
thermique (U) les facteurs solaires (FS*) des baies vitrées et les résistances thermiques (R).
Approche prescriptive
Performances énergétiques des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation des
bâtiments (CVC)
EER: coefficient d'efficacité frigorifique
Approche prescriptive
Approche performancielle
Le logiciel BINAYATE est un outil simple à deux fonctionnalités :
1. BINAYATE prescriptive : un programme informatique développé pour justifier la conformité de
l’enveloppe du bâtiment avec les exigences de la "Règlement Thermique de Construction au
Maroc« .
Il est basé sur une approche simplifiée fixant les spécifications techniques limites en termes de
caractéristiques thermiques de l'enveloppe du bâtiment, notamment les coefficients de transmission
thermique (U) les facteurs solaires (FS*) des baies vitrées et les résistances thermiques (R).
L’usage de BINAYATE Prescriptive est conditionné par un taux global des baies vitrées (TGBV) du
bâtiment inférieur à 45% de la surface des murs extérieurs des espaces chauffés et/ou climatisés dudit
ouvrage.
2. BINAYATE performancielle: Logiciel permettant d'évaluer la performance énergétique du
bâtiment et fixant les spécifications techniques minimales basées sur les besoins énergétiques annuels
du bâtiment liés au confort thermique. Sa base de données inclut:
- Données météorologiques moyennes, (fichier TMY), pour 30 stations météo réparties sur les six
zones climatiques.
- Données de caractéristique thermo-physiques des matériaux de construction.
Dans le cadre du projet de "Code d'Efficacité Énergétique dans les Bâtiments, l’AMEE a développé
un logiciel de diagnostic de performance énergétique et de contrôle de conformité à la
réglementation thermique dans le bâtiment au Maroc en collaboration avec le Programme de
développement Organisation des Nations Unies (PNUD) et le Fonds pour l'Environnement Mondial
(GEF)
Logiciel Binayate
performancielle
4- A quoi sert l’énergie dans le bâtiment ?
les postes les plus consommateurs d’énergie dans un bâtiment
Dans le monde, les systèmes CVC (chauffage,
ventilation et climatisation) sont les postes les
plus consommateurs d’énergie dans le bâtiment
(55%), suivis par l’éclairage et la production de
l’eau chaude sanitaire,
Pourquoi le CVC et l’éclairage??
Il doit être clair que les besoins des occupants passent avant les exigences
énergétiques. Le bâtiment est d'abord construit pour assurer le bien être de
l'occupant, et non pour économiser de l'énergie
Inconfort thermique en été et en hiver
Inconfort visuel : manque d’éclairage naturel
Inconfort olfactif par rapport à l’air
intérieur: moisissure maison mal ventilée
Le confort est une nécessité et pas un luxe, c’est un état de bien être général. Il est mesuré par
le taux d'insatisfaction des occupants. Il dépend des paramètres suivants:
 Confort thermique
 Confort olfactif
 Confort auditif
 Confort visuel
Conditions thermiques:
• Température de l'air
• Sources de rayonnement (radiateurs, soleil)
• Température des surfaces environnantes
• Perméabilité thermique des surfaces en contact
avec le corps
Qualité de l'air:
• Vitesse relative de l'air
• Humidité relative
• Pureté ou pollution de l'air, odeurs
Acoustique
• Niveau de bruit, nuisance acoustique
• Temps de réverbération (durée d'écho)
Visuel:
• Éclairage naturel et artificiel ; Couleurs
• Volumes intérieur et distribution des
volumes
Habitation est satisfaisante si :
D'autres facteurs :
 Degré d'occupation des locaux
 Volume de l’espace
 Aménagement intérieur
Quel est l’intérêt de la prédiction du confort pour la conception d’un
bâtiment ?
Calcul de bilans énergétiques réels, tenant compte des occupants et de leurs exigences
justifiées:
 Calcul des températures minima et maxima acceptables permettant de diminuer les besoins
en énergie,
 Estimation du débit d’air nécessaire pour une meilleure ventilation dans le bâtiment:
dimensionnement du CVC
 Calcul de la marge de variation de flux lumineux d’une pièce en fonction des exigences par
rapport au confort visuel des occupants
Comment évaluer le confort dans un bâtiment ?
• Le pourcentage prévisible d’insatisfaits (PPD) exprime la part des
sujets insatisfaits dans une condition donnée.
 Les individus diffèrent dans leur perception du confort, la satisfaction de tous les
occupants relève d’une action impossible. Par contre, la création d’un environnement où la
majorité est satisfaite peut être réalisée.
 Dans de nombreux pays, on admet que l'habitation est satisfaisante si le PPD ne
dépasse pas 10 %.
 PPD est défini par rapport à chaque type de confort
Pour évaluer le confort thermique dans un espace déjà occupé , il faut d’abord déterminer PMV (le vote
moyen prévisible) et par la suite, déterminer PPD par la relation de Fanger
Il est usuel de quantifier le PMV par une appréciation moyenne d’une population selon l’échelle suivante
Le confort optimal correspond à un PMV nul
Avec un PMV nul, il reste 5 % d'insatisfaits. Ce nombre monte à
10 % pour un PMV = ± 0.5
Interprétation du confort thermique
Le confort thermique ne tient compte que des paramètres suivants:
- Les facteurs liés à l'individu: Son activité et son habillement
- Les facteurs liés à l'environnement:
o Températures de l'air et des surfaces environnantes
o Vitesse relative de l'air et le degré de la turbulence
Evaluer le confort thermique revient à définir les échanges
thermiques qui se produisent entre le corps et son
environnement ( par convection et conduction vers l'air ambiant,
par rayonnement vers les surfaces voisines et par évapo -
transpiration dans l'air)
.
Contrairement aux idées reçues, il est erroné de
vouloir satisfaire les critères de confort thermique
par une simple régulation de la température
intérieure de l'habitation.
Effet du métabolisme sur le confort thermique:
Il s’agit de la production de chaleur interne au corps ,Cette énergie prend alors deux formes : la chaleur pour
maintenir la température du corps à 36,7 °C et le travail musculaire interne pour soutenir le squelette et externe
pour transmettre des forces aux objets.
La production thermique est permanente mais est toujours liée à l’activité physique de la personne. Plus le
travail musculaire est intense , plus la production de chaleur est importante
L’échange thermique du corps
humain avec le milieu environnant
ne sera pas le même d’une
personne à une autre (selon
l’activité de chaque personne)
Effet de l’habillement sur le confort thermique:
L’habillement rajoute une isolation thermique autour du corps humain. Il en résulte des puissances
échangées par convection et par rayonnement plus faibles
Les tenues vestimentaires sont évaluées par leur résistance thermique, c’est à dire leur aptitude à s’opposer
au passage de la chaleur
L’échange thermique du corps humain avec le
milieu environnant dépendra de l’habillement,
 Comment assurer les conditions de confort dans un bâtiment neuf ?
=> Il faut modéliser le PMV en considération tous les paramètres affectant la sensation du confort thermique
comme la température radiante d’une pièce, l’habillement et l’activité des occupants
La température moyenne radiante est la température ressentie par le corps humain suite aux échanges
thermiques avec son environnement. Elle dépend des températures de surface des murs, du plancher et du
plafond de la pièce . Un confort thermique est atteint lorsque l’asymétrie de rayonnement des éléments est
minimisée
 Dans le même espace , la
notion du confort thermique
diffère d’une personne à une
autre selon l’habillement et
l’activité
Température opérative idéale en fonction de l'habillement et du
métabolisme [EN ISO 7730] pour laquelle PMV=±0,5
Exemple:
Un conférencier avec un costume, une
chemise et une cravate (0,7 col) donne sa
conférence debout (1,2 met) dans une salle à
19 °C de température. Cette personne se sent
mal à l’aise dans cette pièce (PMV=-2).
Justifier sa sensation d’inconfort et proposer
une amélioration
Intervalle de confort thermique
Un air de bonne qualité offre un confort respiratoire. La qualité dépend de la présence des impuretés en
quantités gênantes ou dangereuses pour les occupants:
Une ventilation insuffisante est l’une des causes principales de la mauvaise qualité de l’air
intérieur d’un bâtiment pouvant altérer la santé des occupants
Qualité d’air
 les odeurs, auxquelles les personnes entrant dans les locaux sont très sensibles, ƒ
 la vapeur d'eau, qui augmente l'humidité relative, donc le risque de moisissures, ƒ
 le gaz carbonique, qui, en trop grande concentration (respiration + combustion),
 ƒ
les poussières, aérosols et gaz toxiques provenant des activités et du bâtiment lui-même.
 ƒ
la chaleur en excès, provenant des activités humaines, qui augmente la température et doit donc être
évacuée.
La pollution atmosphérique provient de sources intérieures et externes, tel que:
=> La pollution à l’intérieur des bâtiments est plus importante que la pollution externe
Conséquences d’une mauvaise qualité d’air
Risque sur le confort et la santé: l’être humain passe entre 80% et 90% de son temps dans
un espace fermé et y respire de l’air intérieur bien souvent plus pollué que l’air extérieur.
 Une sensation d’inconfort à cause des odeurs;
 Un risque de moisissures dû à la concentration en vapeur d’eau;
 Un état léthargique (fatigue intense, une faiblesse, une baisse d'énergie, une profonde
envie de dormir) des occupants en raison d’une trop grande concentration du gaz
carbonique,
 Augmentation de la température intérieure en raison de la chaleur en excès
La quantité de CO2 rejeté par les occupants s’accumulent si le bâtiment est mal ventilé. La
recommandation sanitaire spécifie une concentration de 1.000 ppm, au-delà de laquelle
l’occupant peut sentir avoir des maux de tête, une fatigue générale et sensation de somnolence
Effet d’une grande concentration de CO2 ou de CO
Le monoxyde de carbone ou CO est un gaz inodore et incolore produit lors d’une combustion
incomplète. Si l’appareil de combustion (chauffe-bains, chaudières) ou la chaufferie n’est pas
correctement ventilée (par exemple si le conduit des fumées ou les grilles d’aération sont mal
entretenus), le CO se retrouve dans l’air intérieur du bâtiment. Une fois respiré, il remplace
l’oxygène transporté dans le sang et provoque une carence en oxygène qui peut aller jusqu’à la
mort.
Effet de l’humidité sur la Qualité d’air
=> Croissance microbienne importante et une condensation
sur les surfaces froides
Effet des odeurs sur le confort
Les odeurs peuvent être quantifiées de la manière suivante [Fanger 1988]: on définit l'olf comme la
quantité d'odeurs corporelles émises par un individu moyen, se lavant pratiquement chaque jour et
changeant de linge régulièrement.
Le pol est la concentration en odeurs corporelles résultant d'une émission permanente d'un olf
dans un débit de 1 l/s d'air pur.
Le pourcentage d'insatisfaits (PD) de l'odeur de l'air parmi les personnes entrant dans un local est lié
à la concentration en odeurs corporelles dans ce local par la relation empirique
Pourcentage d'insatisfaits de la qualité de l'air dans une population entrant dans un local, en fonction de
sa charge polluante et du débit d'air spécifique
- Pour éviter de dépasser 10 % d'insatisfaits parmi les visiteurs, il convient donc d'assurer un débit d'air au
moins 17 l/(s·olf.) ou 60 m³/(h·olf)
Exemple: Un fumeur représente en moyenne une source d'odeurs désagréables d'environ 6 olf, => débit d’air
requis ??
Solution: nécessité de l’aération ou de la ventilation
Il est nécessaire de disposer des débits d’air nécessaires pour améliorer la qualité de l’air intérieur:
 Aérer ou ventiler pendant et immédiatement après toute activité polluante. ƒ
 Aérer ou ventiler pour maintenir les polluants inévitables au-dessous de la limite acceptable
- Si plusieurs polluants sont émis dans le volume étudié, le débit requis est celui nécessaire pour éliminer
le polluant le plus exigeant et non la somme des débits,
Le débit de ventilation doit être suffisant pour assurer la qualité de l’air mais réduit au minimum pour
éviter le gaspillage d’énergie,
Débit d’air minimum requis
En régime permanent, le débit d'air pur nécessaire pour maintenir la concentration d'un
polluant donné en dessous d'une certaine limite est donné par l'équation
Polluants émis par une personne en activité de bureau
Exemple
Bilan thermique
 Bilan énergétique d’un bâtiment, c’est l’étude de tous les apports thermiques et de toutes les
déperditions thermiques
Déperditions thermiques Apports thermiques
=
Pour assurer un bon confort avec une consommation énergétique rationnelle, il faut établir un
bilan thermique
 Besoin énergétique réduit => ൞
↓ 𝑑é𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒𝑠
↑ 𝑎𝑝𝑝𝑜𝑟𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒
↑ 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑑𝑢 𝑠𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑖𝑚 𝑒𝑡 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑢𝑓𝑓𝑎𝑔𝑒
Avant l’isolation des murs / Après isolation
1- Effet de l’isolation thermique sur la consommation énergétique du bâtiment
Le seul changement d'orientation du nord au sud on constate que l'on économise
pour le chauffage 25,5%
2- Effet de l’orientation sur la consommation énergétique du bâtiment
3- Climatisation, chauffage et ventilation : système plus performant
Un bon confort n'implique pas automatiquement une grande consommation d'énergie. Par une
planification intelligente et intégrée, il est parfaitement possible d'assurer une excellente qualité
d'environnement intérieur avec une très faible consommation d'énergie.
Ventilation à récupération
Climatisation avec
une pompe à chaleur
(air-air)
Au lieu
Au lieu
Déperditions thermiques
 Modes de transfert de chaleur
La chaleur passe naturellement de zones chaudes aux zones froides, en
utilisant essentiellement trois modes de transfert :
Comment caractériser le transfert de chaleur à travers une paroi ?
 Composition de la paroi: enduit, mur , isolation, ,,,
 Mode de transfert le plus dominant
 Résistance thermique de chaque matériau
 Résistance thermique totale (selon la nature de la
paroi)
Le flux de chaleur φ (phi) est la quantité d’énergie ou de
chaleur passant au travers de 1m² de paroi pendant une
seconde lorsqu’il existe un écart de température entre ses
2 faces. Il s’exprime en W/m²
Pour estimer le flux de chaleur à travers une
paroi, il faut déterminer:
𝜑 =
𝟏
𝑹𝒕𝒐𝒕
𝑇𝑖 − 𝑇𝑒 = 𝑼 𝑇𝑖 − 𝑇𝑒
Résistance thermique totale d’une paroi 𝑹
La résistance thermique totale d’une paroi homogène caractérise la somme des transferts de chaleur réalisés
par conduction au sein des matériaux et des échanges thermiques superficiels réalisés par convection et
rayonnement. Elle se calcule en additionnant les résistances thermiques des différents constituants de la paroi et
les résistances superficielles correspondantes et s’exprime en (m².K/W)
Rparoi = ∑R + Rsi + Rse
Coefficient des déperditions thermiques
Le coefficient de transmission thermique U caractérise la quantité de
chaleur pouvant traverser une surface.
U=1/R
Plus sa valeur est faible et plus la construction sera isolée.
Conduction thermique d’un matériau de construction 𝝀
 La conductivité thermique est la quantité d’énergie traversant
1m² de matériau d’un mètre d’épaisseur et, pour une différence
de 1 degré de température, exprimée en W/m-K
 Elle représente l’aptitude du matériau à se laisser traverser
par la chaleur. C’est une caractéristique constante intrinsèque
aux matériaux homogènes,
 Si le mode de transfert prédominant est la conduction :
 Si le mode de transfert prédominant est la convection :
𝑅 =
𝑒
𝜆
𝑅 =
1
ℎ
Mur
Extérieur ou l’intérieur
Matériaux conducteurs ou isolants
 Plus la conductivité est faible plus un matériau est isolant.
1) Résistance thermique d’un matériau 𝑹
La résistance thermique d’un matériau caractérise sa capacité à ralentir le transfert dechaleur réalisé
par conduction. Elle s’exprime . Elle est calculée par la formule suivante:
Plus R est élevé plus le matériau est isolant 𝑅 =
𝑒
𝜆
Epaisseur du matériau pour une
résistance thermique équivalente
( m².K/W)
2) La résistance superficielle d’une paroi Ri, Re
La résistance superficielle d’une paroi caractérise la part des échanges thermiques qui se réalise à
la surface des parois par convection et rayonnement. Elle dépend du sens du flux dechaleur et de
l’orientation de la paroi ; Rsi pour les échanges sur la surface de paroi interne et Rse pour les échanges
sur la surface de paroi externe. Elle s’exprime en m2.K/W.
Dans la pratique, pour des parois planes, les valeurs de résistances thermiques superficielles sont données
dansles règles Th1 de la réglementation thermique en vigueur.
Isolants thermiques
Pourquoi isoler ?
 Réduire la consommation d’énergie de chauffage / de climatisation
(en diminuant les déperditions thermiques)
 Améliorer le confort
Avec quoi isoler ?
 Matériaux à faible
conductivité
thermique
Rq: L’air est un très bon isolant mais à condition d’être immobilisé : air
sec a une conductivité thermique de 0,024 W/m.K : mur à double
cloison
Qualité des isolants thermiques
• Conductivité thermique
• Résistance mécanique (traction et compression)
• Etanchéité à l'air
• Résistance à la diffusion de vapeur d'eau
• Faible absorption d'eau
• Résistance au feu
• Comportement à la chaleur
• Qualités acoustiques
• Prix
• Facilité de mise on œuvre
Types d’isolants
•Isolant minéral : laine de verre, laine de roche, verre cellulaire,
•Isolant synthétique : polystyrène expansé, polystyrène
extrudé, polyuréthane, mousse phénolique.
.
•Isolant naturel : liège, fibres de bois, chanvre,, laine de mouton, plumes de
canard, fibres de coco, , laine de coton, torchis, toiture végétalisée.
•Isolant mince
Conductivité thermique des différents
isolants
Avantages :
+Facile à manipuler (léger et souple)
+Incombustible
+Prix accessible
+Meilleure isolation acoustique
Inconvénients
- La plupart des isolants minéraux sont
sensibles à l'eau et à l' humidité .=>
pare-vapeur
- La pose doit se faire par un prof
- L’isolant commence à se tasser avec le
temps et devient instable
- Déphasage thermique faible (6h)
- Impact néfaste sur la santé lors de
l’installation ou la démolition
• 1) Isolant minéral :Fabriqués à partir de matières naturelles inorganiques
Avantages :
+Simple à mettre en place
+Meilleure isolation thermique
+Prix relativement accessible
+Meilleure solution pour les ponts thermiques ( bon taux de
remplissage en utilisant la mousse)
Inconvénients:
- Isolation phonique moins bonne
- Inflammable (dérivé des produits pétroliers)
- Câble compliquer à gérer
- Performances énergétiques se dégradent avec
le temps
2) Isolants synthétiques
polyuréthane
polystyrène extrudé
3) Isolants minces
Avantages :
+Mieux adapté s’il y a un manque de surface
+Mieux adapté à des endroits très humides
: Isolant thermo- réflectif, produit mince réfléchissant
(PMR),isolant mince multicouches
Inconvénients:
-Contraintes de mise en place
-un peu plus cher
4) Isolants bio-sourcés
Il s’agit d’isolants constitués de matière d’origine végétale (paille ,chanvre, bois)…ou du textile recyclé
Avantage:
+meilleur déphasage thermique de 12-15h
+meilleure régulation de l’humidité
+durabilité importante
+facilement recyclable
Inconvénients
-Plus cher
-Technicité spécifique pour la
mise en place
- Ressources limitées
Vêtements recyclés
Laine de bois insufflé sous pression
Qualité des matériaux isolants sur le marché
Conductivité
thermique
Forme longévité Prix Divers
Laine de verre ~0,035 PanneauxRo
uleaux
Vrac
- 3 à 8€/m² Polluant
Laine de roche ~0,036 Panneaux ++ 5 à 10€/m² Polluant
Plus résistant à l’eau
Liège expansé ~0,040 Plaque ++++ 10 à 30€/m² Insensible à l’eau
Laine de mouton ~0,038 Vrac,
Rouleaux
+ 15 à 20€/m² Faible inertie,
absorbe l’eau
Polystyrène
expansé
~0,035 Plaque ++ 10€/m² Fragile au feu,
mauvaise
isolation
phonique
Polyuréthane ~0,026 Panneaux
Mousse
+++ 20€/m² Polluant,
insensible à l’eau
Quelques exemples d’isolants courants
Conductivité
thermique
Forme longévité Prix Divers
Isolant
mince
Fort mais pouvoir
réflecteur
Rouleaux + 5 à 10€/m² Polluant
Facile à poser
Peinture
isolante
0,55 bombe ++ 15€/m² Épaisseur infime
Brique
Monomur
0,15 Brique
constructive
++++ 50€/m² Mise en place
simple
Béton
cellulaire
0,11 Mur complet ++++ 20 à 45€/m² Mise en place
simple
Technique d’isolation
• Il y a trois techniques différentes pour réaliser l’isolation thermique d’un mur.
Chacune d’entre elles dispose d’avantages et d’inconvénients
ext int ext int int
ext
mur
Isolation extérieure Isolation intérieure Isolation répartie
isolant
plancher
Systèmes de construction
Isolant innovant: brique monomore à isolation répartie
Prix inaccessible: Entre 20 à 50€/m²
Technique d’isolation: comparaison
Isolation intérieure Isolation extérieure Isolation répartie
Utilisation • Si le ravalement est
récent
• Si le ravalement est ancien
• Profite de l’inertie du mur
• Prévoir dès la conception
du projet
• Compromis entre les
techniques
Efficacité • Bonne
• Humidité et
condensation à surveiller
• Excellente
• Suppression des ponts
thermiques
• Bonne
• Pont thermique limité
Installation • Possibilité de le faire soi-
même
• Installation par un pro
• Autorisation
administrative nécessaire
• Très simple, le même
produit sert à construire et
à isoler
Prix • 30 à 60€/m² • 40 à 80€/m² • 80 à 120€/m² mais
comprend le
mur+isolation
Épaisseur optimale de l’isolant
0
50
100
150
200
250
300
0.03 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3
Epaisseur [m]
Coût
total
[Fr/m²]
. chauffage
matériel
Le point critique dans l’isolation est de retrouver cette épaisseur optimale à installer
,apportant les bénéfices thermiques et réduisant les coûts de l’opération.
Epaisseur optimale énergétique VS Epaisseur optimale financière
($/J)
($/m3)
DJU degré de jours unifiés= nombre
de degrés-jour pour le climat considéré,
à savoir la somme, sur tous les jours
où elle est positive, des différences
entre les températures intérieure et
extérieure moyennes, durant une
année:
𝐷𝐽𝑈 = σ 𝐷𝐽 (x=18)
Epaisseur optimale
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Laine de pierre
Laine de verre
Polystyrène
Polyuréthane
Bois de construction
Brique thermique
Brique module
Epaisseur optimale [m]
Energétique
Financière
Coefficient de transmission thermique
et résistance totale
j
j
j
d
R


Résistance thermique
avec
RT = Rsi + R1 + R2+..+ RN+ Rse
Rsi = 0,13 W/m²K
Rse = 0,04 W/m²K
Valeurs conventionelles
d2
2
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  • 1. Physique du bâtiment Pr. Touria MOUDAKKAR
  • 2. 1. Veiller aux normes (de sécurité, et de thermique) pour le confort et le bien-être des occupants)=> permis de construction 2. Guider le maître d’ouvrage dans le choix des matériaux et des systèmes à mettre en œuvre. L’ingénieur en génie civil assure le bon déroulement des projets mis en œuvre sur les chantiers (du permis de construire à la construction de l’ouvrage) . En raison de son implication dans toutes les phases du projet, il doit d’abord : Quel intérêt de la physique du bâtiment pour un ingénieur civil ??? Bâtiment = structure +enveloppe
  • 3. 1- Contexte énergétique résidentiel à l’échelle nationale les bâtiments consomment une partie importante de l’énergie, en conséquence, ils sont source d’une partie non négligeable de la pollution, Industry; 20% Transport; 38% Residential 26% Commercial 8% Agriculture ; 8% Au Maroc
  • 4. Consommation énergétique marocaine par le secteur résidentiel (AIE data) 1-1 Croissance signifiante durant la dernière décennie Les facteurs expliquant cette augmentation sont : - Lancement de grands programmes de construction: programme d’urgence pour l’éducation nationale, le programme de 150000 logements par an…) - La croissance démographique, - L'amélioration de l'accès à l'électricité (passant de 22% en 1996 à 99,15% en 2015) - l’utilisation intensifiée des appareils électroménagers
  • 5. 1-2 Augmentation continuelle du besoin énergétique du bâtiment Le besoin énergétique du bâtiment comme tout autre secteur, est estimé à la hausse: une augmentation de 2,6% pour les pays de la région MENA et de 1,2% dans le monde
  • 6. 30% 57% 6% 4% 0%3% Total energy supply by source Morocco-2019 (IEA) Coal Oil Biofuels and waste Natural gas Hydro Wind, solar, etc. 1- Insécurité d’approvisionnement 2- Dégât sur environnement 3- Pression sur les ressources fossiles Besoin résidentiel : 20% de l’énergie mondiale et 25% au Maroc Croissance annuelle moyenne de 2% entre 2015 et 2030 Energie finale au Maroc: 91% à base des combustibles fossiles 1-3 Conséquences de la problématique énergétique
  • 7.  Les énergies fossiles commencent à s’épuiser. D’ici environ une centaine d’années, les trois énergies fossiles les plus utilisées dans le monde vont devenir très rares. a) Pression sur les ressources fossiles Prévisions sur la variation du prix des combustibles fossiles jusqu'à 2030
  • 8. b) Insécurité d’approvisionnement Le Maroc importe aujourd’hui tous ses produits pétroliers, surtout après l’arrêt total de la raffinerie Samir en 2016. Ceci rend le Maroc plus dépendant énergétiquement vis à vis de l’étranger (91.7% en 2019) et moins sécurisé en terme d’approvisionnement par la perte de 60% de sa capacité de stockage de produits pétroliers à la Samir
  • 9. • Les émissions mondiales de CO2 ont triplé entre 1970 et 2018, et la tendance ne semble pas s'inverser. c) Dégât sur environnement : réchauffement climatique • Le Maroc a connu en 2020 l’émission de 64 millions de tonnes de eq CO2 dans l'atmosphère,
  • 10. - Un climat qui se réchauffe - Accroissement de la gravité des tempêtes et des inondations - Accroissement des sécheresses - Monté des océans - Perte de biodiversité - Augmentation des risques pour la santé Effet de réchauffement climatique
  • 11. 1-4 Solutions à apporter: les énergies renouvelables et l’efficacité énergétique 1. Réduire le besoin énergétique du bâtiment par l’amélioration de son efficacité énergétique : bâtiment vert 2. Diversifier le mixte énergétique en remplaçant une part des combustibles fossiles par des solutions énergétiques non-polluantes
  • 12. Wind PV Hydro Geothermic Biomass LCOE in the southwestern Mediterranean region ($/kWh) 0.067 0.068 0.055 0.073 0.066 Average LCOH ($/kWh) 0.039 0.057 0.044 0.071 0.076  Ces solutions sont actuellement plus compétitives à l’énergie produite à base des fossiles (Au Maroc LCOE= 0,09 $/kWh) Coût de l’énergie produire par les énergies renouvelables 2020  Le Maroc dispose d’un potentiel considérable en ER Pourquoi les énergies renouvelables ??
  • 13. Maison avec panneaux photovoltaïques Maison avec chauffe-eau solaire Intégration des solutions énergétiques renouvelables
  • 14. Pourquoi l’efficacité énergétique dans le bâtiment ? Est-ce qu’il y a vraiment un potentiel de réduction d’énergie dans le bâtiment ?? La signification des couleurs: • Couleur bleue :Faible déperdition • Couleur verte: déperdition limitée • Couleur jaune: déperdition moyenne • Couleur orange : déperdition importante • Couleur rouge: Forte déperdition
  • 15. Typologie des bâtiments performants - Bâtiment performant 1) Bâtiment à basse consommation Il est caractérisé par : - Des besoins énergétiques plus faibles que le bâtiment standard - Isolation thermique - Une consommation d’énergie réduite pour le chauffage, la climatisation et l’éclairage - Aucun moyen de production local d’énergie thermique ou électrique 2) Bâtiment à zéro énergie (passive) C’est un bâtiment à équilibre nul, ca veut dire que l’énergie produite par le bâtiment lui-même est égal à l’énergie consommée pour son fonctionnement 3) Bâtiment à énergie positive Ce bâtiment producteur d’énergie dépasse le niveau zéro énergie: il produit globalement plus d’énergie qu’il en consomme
  • 16. Définition d’un bâtiment performant selon la réglementation thermique Une réglementation thermique : exigences en termes de performance énergétique globale
  • 17. Une réglementation thermique est, en général, un texte cadrant la thermique des bâtiments neufs et/ou existants. Elle fixe des consommations d’énergie maximales dans plusieurs domaines : chauffage / refroidissement, eau chaude sanitaire, ventilation et éclairage… pour chaque type de bâtiment ; résidentiel, administratif, commercial etc: 1. Exigence de consommation maximale (RT2012: 50 kWh/m²/an; RE2020: 0 kWh/m²/an) 2. Exigence d’efficacité énergétique des composants liés au bâtiment (chauffage, refroidissement et éclairage) 3. Empreinte carbone des appareils ménagers et de la source d’énergie
  • 18.
  • 19. Certificat de conformité par rapport à la RT : différentes approches => Estimer le besoin énergétique Différentes approches pour estimer le besoin énergétique d’un bâtiment: 1- Numérique ou analytique (bilan thermique) 2- Expérimentale (diagnostic des performances énergétiques)
  • 20. Choix de l’approche la plus adaptée Type du bâtiment Approches Objectifs Bâtiment neuf Numérique ou analytique  Permis de construction  Conception optimale :technico- économique Bâtiment existant Expérimentale (mesures de performances )  Etiquetage énergétique en cas de vente (l'Indice de Dépense d'Énergie IDE)  Potentiel d’amélioration énergétique ( travaux de rénovation)
  • 21. Analyse numérique des performances énergétiques d’un bâtiment neuf Outil: simulation dynamique - Binayate - TRNbuild - EnergyPlus & SketchUp Ces logiciels de simulation dynamique dédiés au calcul des performances thermiques des bâtiments permettent de prévoir la consommation énergétique réelle et d’étudier leur comportement thermique
  • 22. Comment établir ces simulations ?? Simulateur • Enveloppe :Matériaux de construction • Isolation thermique • Type de vitrage - Besoin énergétique en kWh/m² Composition de l’enveloppe du bâtiment Exigences de la RTCM  Documents nécessaires :  Plan du bâtiment (vue en plan, étages et façades)  Composition des murs et de la toiture  Fiche technique des châssis et vitrages  Les plans luminaires (d’éclairage)  Documents descriptifs des équipements de chauffage/climatisation (PAC , CTA,..)
  • 23. Diagnostic des performances énergétiques d’un bâtiment Selon l’IDE => affecter une étiquette énergie et climat à chaque bâtiment (parmi les 7 existants)
  • 24. Pourquoi on cherche à étiqueter une maison énergétiquement??
  • 25. BBC: un investissement initial important, mais un gain économique à long terme Exemple: - Bâtiment 1: CA=40000$ avec une facture énergétique mensuelle de 70$, - Bâtiment 2 : CA=65000$ avec une facture énergétique mensuelle de 15$ ? Quel bâtiment à choisir (DV=40 ans)
  • 26. Diagnostic des performances énergétiques d’un bâtiment Potentiel d’amélioration : audit énergétique Outils de diagnostic:  Analyseur des compteurs électriques  Thermocouple  Luxmètre  Thermographie infrarouge Inspection thermographique Outils : Caméra thermique Résultats : Présence des ponts thermiques au niveau de - Intersection mur /sol , mur/plancher - Cadre fenêtre Observation de quelque points de mur avec isolation défectueuse.
  • 27. Au Maroc ,une limite de 10% de la production annuelle d’électricité, pouvant être injectée dans le réseau national par une installation d’autoproduction (contrainte réglementaire). Jusqu’à 2023, un bâtiment performant au Maroc est un bâtiment à basse consommation (BBC) Un bâtiment à zéro énergie ou à énergie positive doit être connecté à un réseau de distribution d’électricité vers lequel il peut injecter le surplus de sa production électrique,
  • 28. RTCM Maroc • Au Maroc, la première règlementation thermique a été élaborée par l’Agence Marocaine pour l’Efficacité Énergétique (AMEE) le 06 Novembre 2014 sous le nom « Règlement Général de Construction fixant les règles de Performances Energétique de Construction ». Ainsi depuis son entré en vigueur, ce règlement est très peu applicable dans les constructions. Par ailleurs, ce règlement se présente sous deux approches : • Une approche dite prescriptive : qui offre une description technique des exigences limites des caractéristiques thermiques des enveloppes des bâtiments. • Une approche dite performancielle : qui définie les seuils de performances thermiques d’un bâtiment
  • 29.  Type du bâtiment : Résidentiel ,Tertiaire  Zone climatique
  • 30.
  • 31. Approche prescriptive : coefficient de déperdition thermique Elle est basée sur une approche simplifiée fixant les spécifications techniques limites en termes de caractéristiques thermiques de l'enveloppe du bâtiment, notamment les coefficients de transmission thermique (U) les facteurs solaires (FS*) des baies vitrées et les résistances thermiques (R).
  • 33. Performances énergétiques des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation des bâtiments (CVC) EER: coefficient d'efficacité frigorifique Approche prescriptive
  • 35. Le logiciel BINAYATE est un outil simple à deux fonctionnalités : 1. BINAYATE prescriptive : un programme informatique développé pour justifier la conformité de l’enveloppe du bâtiment avec les exigences de la "Règlement Thermique de Construction au Maroc« . Il est basé sur une approche simplifiée fixant les spécifications techniques limites en termes de caractéristiques thermiques de l'enveloppe du bâtiment, notamment les coefficients de transmission thermique (U) les facteurs solaires (FS*) des baies vitrées et les résistances thermiques (R). L’usage de BINAYATE Prescriptive est conditionné par un taux global des baies vitrées (TGBV) du bâtiment inférieur à 45% de la surface des murs extérieurs des espaces chauffés et/ou climatisés dudit ouvrage. 2. BINAYATE performancielle: Logiciel permettant d'évaluer la performance énergétique du bâtiment et fixant les spécifications techniques minimales basées sur les besoins énergétiques annuels du bâtiment liés au confort thermique. Sa base de données inclut: - Données météorologiques moyennes, (fichier TMY), pour 30 stations météo réparties sur les six zones climatiques. - Données de caractéristique thermo-physiques des matériaux de construction.
  • 36. Dans le cadre du projet de "Code d'Efficacité Énergétique dans les Bâtiments, l’AMEE a développé un logiciel de diagnostic de performance énergétique et de contrôle de conformité à la réglementation thermique dans le bâtiment au Maroc en collaboration avec le Programme de développement Organisation des Nations Unies (PNUD) et le Fonds pour l'Environnement Mondial (GEF) Logiciel Binayate performancielle
  • 37. 4- A quoi sert l’énergie dans le bâtiment ?
  • 38. les postes les plus consommateurs d’énergie dans un bâtiment Dans le monde, les systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation) sont les postes les plus consommateurs d’énergie dans le bâtiment (55%), suivis par l’éclairage et la production de l’eau chaude sanitaire,
  • 39. Pourquoi le CVC et l’éclairage?? Il doit être clair que les besoins des occupants passent avant les exigences énergétiques. Le bâtiment est d'abord construit pour assurer le bien être de l'occupant, et non pour économiser de l'énergie Inconfort thermique en été et en hiver Inconfort visuel : manque d’éclairage naturel Inconfort olfactif par rapport à l’air intérieur: moisissure maison mal ventilée
  • 40. Le confort est une nécessité et pas un luxe, c’est un état de bien être général. Il est mesuré par le taux d'insatisfaction des occupants. Il dépend des paramètres suivants:  Confort thermique  Confort olfactif  Confort auditif  Confort visuel Conditions thermiques: • Température de l'air • Sources de rayonnement (radiateurs, soleil) • Température des surfaces environnantes • Perméabilité thermique des surfaces en contact avec le corps Qualité de l'air: • Vitesse relative de l'air • Humidité relative • Pureté ou pollution de l'air, odeurs Acoustique • Niveau de bruit, nuisance acoustique • Temps de réverbération (durée d'écho) Visuel: • Éclairage naturel et artificiel ; Couleurs • Volumes intérieur et distribution des volumes Habitation est satisfaisante si : D'autres facteurs :  Degré d'occupation des locaux  Volume de l’espace  Aménagement intérieur
  • 41. Quel est l’intérêt de la prédiction du confort pour la conception d’un bâtiment ? Calcul de bilans énergétiques réels, tenant compte des occupants et de leurs exigences justifiées:  Calcul des températures minima et maxima acceptables permettant de diminuer les besoins en énergie,  Estimation du débit d’air nécessaire pour une meilleure ventilation dans le bâtiment: dimensionnement du CVC  Calcul de la marge de variation de flux lumineux d’une pièce en fonction des exigences par rapport au confort visuel des occupants
  • 42. Comment évaluer le confort dans un bâtiment ? • Le pourcentage prévisible d’insatisfaits (PPD) exprime la part des sujets insatisfaits dans une condition donnée.  Les individus diffèrent dans leur perception du confort, la satisfaction de tous les occupants relève d’une action impossible. Par contre, la création d’un environnement où la majorité est satisfaite peut être réalisée.  Dans de nombreux pays, on admet que l'habitation est satisfaisante si le PPD ne dépasse pas 10 %.  PPD est défini par rapport à chaque type de confort
  • 43. Pour évaluer le confort thermique dans un espace déjà occupé , il faut d’abord déterminer PMV (le vote moyen prévisible) et par la suite, déterminer PPD par la relation de Fanger Il est usuel de quantifier le PMV par une appréciation moyenne d’une population selon l’échelle suivante Le confort optimal correspond à un PMV nul Avec un PMV nul, il reste 5 % d'insatisfaits. Ce nombre monte à 10 % pour un PMV = ± 0.5
  • 44. Interprétation du confort thermique Le confort thermique ne tient compte que des paramètres suivants: - Les facteurs liés à l'individu: Son activité et son habillement - Les facteurs liés à l'environnement: o Températures de l'air et des surfaces environnantes o Vitesse relative de l'air et le degré de la turbulence Evaluer le confort thermique revient à définir les échanges thermiques qui se produisent entre le corps et son environnement ( par convection et conduction vers l'air ambiant, par rayonnement vers les surfaces voisines et par évapo - transpiration dans l'air) . Contrairement aux idées reçues, il est erroné de vouloir satisfaire les critères de confort thermique par une simple régulation de la température intérieure de l'habitation.
  • 45. Effet du métabolisme sur le confort thermique: Il s’agit de la production de chaleur interne au corps ,Cette énergie prend alors deux formes : la chaleur pour maintenir la température du corps à 36,7 °C et le travail musculaire interne pour soutenir le squelette et externe pour transmettre des forces aux objets. La production thermique est permanente mais est toujours liée à l’activité physique de la personne. Plus le travail musculaire est intense , plus la production de chaleur est importante L’échange thermique du corps humain avec le milieu environnant ne sera pas le même d’une personne à une autre (selon l’activité de chaque personne)
  • 46. Effet de l’habillement sur le confort thermique: L’habillement rajoute une isolation thermique autour du corps humain. Il en résulte des puissances échangées par convection et par rayonnement plus faibles Les tenues vestimentaires sont évaluées par leur résistance thermique, c’est à dire leur aptitude à s’opposer au passage de la chaleur L’échange thermique du corps humain avec le milieu environnant dépendra de l’habillement,
  • 47.  Comment assurer les conditions de confort dans un bâtiment neuf ? => Il faut modéliser le PMV en considération tous les paramètres affectant la sensation du confort thermique comme la température radiante d’une pièce, l’habillement et l’activité des occupants La température moyenne radiante est la température ressentie par le corps humain suite aux échanges thermiques avec son environnement. Elle dépend des températures de surface des murs, du plancher et du plafond de la pièce . Un confort thermique est atteint lorsque l’asymétrie de rayonnement des éléments est minimisée
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  • 49.  Dans le même espace , la notion du confort thermique diffère d’une personne à une autre selon l’habillement et l’activité Température opérative idéale en fonction de l'habillement et du métabolisme [EN ISO 7730] pour laquelle PMV=±0,5 Exemple: Un conférencier avec un costume, une chemise et une cravate (0,7 col) donne sa conférence debout (1,2 met) dans une salle à 19 °C de température. Cette personne se sent mal à l’aise dans cette pièce (PMV=-2). Justifier sa sensation d’inconfort et proposer une amélioration Intervalle de confort thermique
  • 50. Un air de bonne qualité offre un confort respiratoire. La qualité dépend de la présence des impuretés en quantités gênantes ou dangereuses pour les occupants: Une ventilation insuffisante est l’une des causes principales de la mauvaise qualité de l’air intérieur d’un bâtiment pouvant altérer la santé des occupants Qualité d’air  les odeurs, auxquelles les personnes entrant dans les locaux sont très sensibles, ƒ  la vapeur d'eau, qui augmente l'humidité relative, donc le risque de moisissures, ƒ  le gaz carbonique, qui, en trop grande concentration (respiration + combustion),  ƒ les poussières, aérosols et gaz toxiques provenant des activités et du bâtiment lui-même.  ƒ la chaleur en excès, provenant des activités humaines, qui augmente la température et doit donc être évacuée.
  • 51. La pollution atmosphérique provient de sources intérieures et externes, tel que: => La pollution à l’intérieur des bâtiments est plus importante que la pollution externe
  • 52. Conséquences d’une mauvaise qualité d’air Risque sur le confort et la santé: l’être humain passe entre 80% et 90% de son temps dans un espace fermé et y respire de l’air intérieur bien souvent plus pollué que l’air extérieur.  Une sensation d’inconfort à cause des odeurs;  Un risque de moisissures dû à la concentration en vapeur d’eau;  Un état léthargique (fatigue intense, une faiblesse, une baisse d'énergie, une profonde envie de dormir) des occupants en raison d’une trop grande concentration du gaz carbonique,  Augmentation de la température intérieure en raison de la chaleur en excès
  • 53. La quantité de CO2 rejeté par les occupants s’accumulent si le bâtiment est mal ventilé. La recommandation sanitaire spécifie une concentration de 1.000 ppm, au-delà de laquelle l’occupant peut sentir avoir des maux de tête, une fatigue générale et sensation de somnolence Effet d’une grande concentration de CO2 ou de CO Le monoxyde de carbone ou CO est un gaz inodore et incolore produit lors d’une combustion incomplète. Si l’appareil de combustion (chauffe-bains, chaudières) ou la chaufferie n’est pas correctement ventilée (par exemple si le conduit des fumées ou les grilles d’aération sont mal entretenus), le CO se retrouve dans l’air intérieur du bâtiment. Une fois respiré, il remplace l’oxygène transporté dans le sang et provoque une carence en oxygène qui peut aller jusqu’à la mort.
  • 54. Effet de l’humidité sur la Qualité d’air => Croissance microbienne importante et une condensation sur les surfaces froides
  • 55. Effet des odeurs sur le confort Les odeurs peuvent être quantifiées de la manière suivante [Fanger 1988]: on définit l'olf comme la quantité d'odeurs corporelles émises par un individu moyen, se lavant pratiquement chaque jour et changeant de linge régulièrement. Le pol est la concentration en odeurs corporelles résultant d'une émission permanente d'un olf dans un débit de 1 l/s d'air pur. Le pourcentage d'insatisfaits (PD) de l'odeur de l'air parmi les personnes entrant dans un local est lié à la concentration en odeurs corporelles dans ce local par la relation empirique
  • 56. Pourcentage d'insatisfaits de la qualité de l'air dans une population entrant dans un local, en fonction de sa charge polluante et du débit d'air spécifique - Pour éviter de dépasser 10 % d'insatisfaits parmi les visiteurs, il convient donc d'assurer un débit d'air au moins 17 l/(s·olf.) ou 60 m³/(h·olf) Exemple: Un fumeur représente en moyenne une source d'odeurs désagréables d'environ 6 olf, => débit d’air requis ??
  • 57. Solution: nécessité de l’aération ou de la ventilation Il est nécessaire de disposer des débits d’air nécessaires pour améliorer la qualité de l’air intérieur:  Aérer ou ventiler pendant et immédiatement après toute activité polluante. ƒ  Aérer ou ventiler pour maintenir les polluants inévitables au-dessous de la limite acceptable - Si plusieurs polluants sont émis dans le volume étudié, le débit requis est celui nécessaire pour éliminer le polluant le plus exigeant et non la somme des débits, Le débit de ventilation doit être suffisant pour assurer la qualité de l’air mais réduit au minimum pour éviter le gaspillage d’énergie,
  • 58. Débit d’air minimum requis En régime permanent, le débit d'air pur nécessaire pour maintenir la concentration d'un polluant donné en dessous d'une certaine limite est donné par l'équation Polluants émis par une personne en activité de bureau Exemple
  • 60.  Bilan énergétique d’un bâtiment, c’est l’étude de tous les apports thermiques et de toutes les déperditions thermiques Déperditions thermiques Apports thermiques = Pour assurer un bon confort avec une consommation énergétique rationnelle, il faut établir un bilan thermique  Besoin énergétique réduit => ൞ ↓ 𝑑é𝑝𝑒𝑟𝑑𝑖𝑡𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑡ℎ𝑒𝑟𝑚𝑖𝑞𝑢𝑒𝑠 ↑ 𝑎𝑝𝑝𝑜𝑟𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑖𝑟𝑒 ↑ 𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑑𝑢 𝑠𝑦𝑠𝑡è𝑚𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑙𝑖𝑚 𝑒𝑡 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑢𝑓𝑓𝑎𝑔𝑒
  • 61. Avant l’isolation des murs / Après isolation 1- Effet de l’isolation thermique sur la consommation énergétique du bâtiment
  • 62. Le seul changement d'orientation du nord au sud on constate que l'on économise pour le chauffage 25,5% 2- Effet de l’orientation sur la consommation énergétique du bâtiment
  • 63. 3- Climatisation, chauffage et ventilation : système plus performant Un bon confort n'implique pas automatiquement une grande consommation d'énergie. Par une planification intelligente et intégrée, il est parfaitement possible d'assurer une excellente qualité d'environnement intérieur avec une très faible consommation d'énergie. Ventilation à récupération Climatisation avec une pompe à chaleur (air-air) Au lieu Au lieu
  • 65.  Modes de transfert de chaleur La chaleur passe naturellement de zones chaudes aux zones froides, en utilisant essentiellement trois modes de transfert :
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  • 70. Comment caractériser le transfert de chaleur à travers une paroi ?  Composition de la paroi: enduit, mur , isolation, ,,,  Mode de transfert le plus dominant  Résistance thermique de chaque matériau  Résistance thermique totale (selon la nature de la paroi) Le flux de chaleur φ (phi) est la quantité d’énergie ou de chaleur passant au travers de 1m² de paroi pendant une seconde lorsqu’il existe un écart de température entre ses 2 faces. Il s’exprime en W/m² Pour estimer le flux de chaleur à travers une paroi, il faut déterminer: 𝜑 = 𝟏 𝑹𝒕𝒐𝒕 𝑇𝑖 − 𝑇𝑒 = 𝑼 𝑇𝑖 − 𝑇𝑒
  • 71. Résistance thermique totale d’une paroi 𝑹 La résistance thermique totale d’une paroi homogène caractérise la somme des transferts de chaleur réalisés par conduction au sein des matériaux et des échanges thermiques superficiels réalisés par convection et rayonnement. Elle se calcule en additionnant les résistances thermiques des différents constituants de la paroi et les résistances superficielles correspondantes et s’exprime en (m².K/W) Rparoi = ∑R + Rsi + Rse Coefficient des déperditions thermiques Le coefficient de transmission thermique U caractérise la quantité de chaleur pouvant traverser une surface. U=1/R Plus sa valeur est faible et plus la construction sera isolée.
  • 72. Conduction thermique d’un matériau de construction 𝝀  La conductivité thermique est la quantité d’énergie traversant 1m² de matériau d’un mètre d’épaisseur et, pour une différence de 1 degré de température, exprimée en W/m-K  Elle représente l’aptitude du matériau à se laisser traverser par la chaleur. C’est une caractéristique constante intrinsèque aux matériaux homogènes,  Si le mode de transfert prédominant est la conduction :  Si le mode de transfert prédominant est la convection : 𝑅 = 𝑒 𝜆 𝑅 = 1 ℎ Mur Extérieur ou l’intérieur
  • 73. Matériaux conducteurs ou isolants  Plus la conductivité est faible plus un matériau est isolant.
  • 74. 1) Résistance thermique d’un matériau 𝑹 La résistance thermique d’un matériau caractérise sa capacité à ralentir le transfert dechaleur réalisé par conduction. Elle s’exprime . Elle est calculée par la formule suivante: Plus R est élevé plus le matériau est isolant 𝑅 = 𝑒 𝜆 Epaisseur du matériau pour une résistance thermique équivalente ( m².K/W)
  • 75. 2) La résistance superficielle d’une paroi Ri, Re La résistance superficielle d’une paroi caractérise la part des échanges thermiques qui se réalise à la surface des parois par convection et rayonnement. Elle dépend du sens du flux dechaleur et de l’orientation de la paroi ; Rsi pour les échanges sur la surface de paroi interne et Rse pour les échanges sur la surface de paroi externe. Elle s’exprime en m2.K/W. Dans la pratique, pour des parois planes, les valeurs de résistances thermiques superficielles sont données dansles règles Th1 de la réglementation thermique en vigueur.
  • 77. Pourquoi isoler ?  Réduire la consommation d’énergie de chauffage / de climatisation (en diminuant les déperditions thermiques)  Améliorer le confort Avec quoi isoler ?  Matériaux à faible conductivité thermique Rq: L’air est un très bon isolant mais à condition d’être immobilisé : air sec a une conductivité thermique de 0,024 W/m.K : mur à double cloison
  • 78. Qualité des isolants thermiques • Conductivité thermique • Résistance mécanique (traction et compression) • Etanchéité à l'air • Résistance à la diffusion de vapeur d'eau • Faible absorption d'eau • Résistance au feu • Comportement à la chaleur • Qualités acoustiques • Prix • Facilité de mise on œuvre
  • 79. Types d’isolants •Isolant minéral : laine de verre, laine de roche, verre cellulaire, •Isolant synthétique : polystyrène expansé, polystyrène extrudé, polyuréthane, mousse phénolique. . •Isolant naturel : liège, fibres de bois, chanvre,, laine de mouton, plumes de canard, fibres de coco, , laine de coton, torchis, toiture végétalisée. •Isolant mince
  • 80. Conductivité thermique des différents isolants
  • 81. Avantages : +Facile à manipuler (léger et souple) +Incombustible +Prix accessible +Meilleure isolation acoustique Inconvénients - La plupart des isolants minéraux sont sensibles à l'eau et à l' humidité .=> pare-vapeur - La pose doit se faire par un prof - L’isolant commence à se tasser avec le temps et devient instable - Déphasage thermique faible (6h) - Impact néfaste sur la santé lors de l’installation ou la démolition • 1) Isolant minéral :Fabriqués à partir de matières naturelles inorganiques
  • 82. Avantages : +Simple à mettre en place +Meilleure isolation thermique +Prix relativement accessible +Meilleure solution pour les ponts thermiques ( bon taux de remplissage en utilisant la mousse) Inconvénients: - Isolation phonique moins bonne - Inflammable (dérivé des produits pétroliers) - Câble compliquer à gérer - Performances énergétiques se dégradent avec le temps 2) Isolants synthétiques polyuréthane polystyrène extrudé
  • 83. 3) Isolants minces Avantages : +Mieux adapté s’il y a un manque de surface +Mieux adapté à des endroits très humides : Isolant thermo- réflectif, produit mince réfléchissant (PMR),isolant mince multicouches Inconvénients: -Contraintes de mise en place -un peu plus cher
  • 84. 4) Isolants bio-sourcés Il s’agit d’isolants constitués de matière d’origine végétale (paille ,chanvre, bois)…ou du textile recyclé Avantage: +meilleur déphasage thermique de 12-15h +meilleure régulation de l’humidité +durabilité importante +facilement recyclable Inconvénients -Plus cher -Technicité spécifique pour la mise en place - Ressources limitées Vêtements recyclés Laine de bois insufflé sous pression
  • 85. Qualité des matériaux isolants sur le marché
  • 86. Conductivité thermique Forme longévité Prix Divers Laine de verre ~0,035 PanneauxRo uleaux Vrac - 3 à 8€/m² Polluant Laine de roche ~0,036 Panneaux ++ 5 à 10€/m² Polluant Plus résistant à l’eau Liège expansé ~0,040 Plaque ++++ 10 à 30€/m² Insensible à l’eau Laine de mouton ~0,038 Vrac, Rouleaux + 15 à 20€/m² Faible inertie, absorbe l’eau Polystyrène expansé ~0,035 Plaque ++ 10€/m² Fragile au feu, mauvaise isolation phonique Polyuréthane ~0,026 Panneaux Mousse +++ 20€/m² Polluant, insensible à l’eau Quelques exemples d’isolants courants
  • 87. Conductivité thermique Forme longévité Prix Divers Isolant mince Fort mais pouvoir réflecteur Rouleaux + 5 à 10€/m² Polluant Facile à poser Peinture isolante 0,55 bombe ++ 15€/m² Épaisseur infime Brique Monomur 0,15 Brique constructive ++++ 50€/m² Mise en place simple Béton cellulaire 0,11 Mur complet ++++ 20 à 45€/m² Mise en place simple
  • 88. Technique d’isolation • Il y a trois techniques différentes pour réaliser l’isolation thermique d’un mur. Chacune d’entre elles dispose d’avantages et d’inconvénients ext int ext int int ext mur Isolation extérieure Isolation intérieure Isolation répartie isolant plancher
  • 90. Isolant innovant: brique monomore à isolation répartie Prix inaccessible: Entre 20 à 50€/m²
  • 91. Technique d’isolation: comparaison Isolation intérieure Isolation extérieure Isolation répartie Utilisation • Si le ravalement est récent • Si le ravalement est ancien • Profite de l’inertie du mur • Prévoir dès la conception du projet • Compromis entre les techniques Efficacité • Bonne • Humidité et condensation à surveiller • Excellente • Suppression des ponts thermiques • Bonne • Pont thermique limité Installation • Possibilité de le faire soi- même • Installation par un pro • Autorisation administrative nécessaire • Très simple, le même produit sert à construire et à isoler Prix • 30 à 60€/m² • 40 à 80€/m² • 80 à 120€/m² mais comprend le mur+isolation
  • 92.
  • 93.
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  • 96. Épaisseur optimale de l’isolant 0 50 100 150 200 250 300 0.03 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 Epaisseur [m] Coût total [Fr/m²] . chauffage matériel Le point critique dans l’isolation est de retrouver cette épaisseur optimale à installer ,apportant les bénéfices thermiques et réduisant les coûts de l’opération.
  • 97. Epaisseur optimale énergétique VS Epaisseur optimale financière
  • 99.
  • 100.
  • 101. DJU degré de jours unifiés= nombre de degrés-jour pour le climat considéré, à savoir la somme, sur tous les jours où elle est positive, des différences entre les températures intérieure et extérieure moyennes, durant une année: 𝐷𝐽𝑈 = σ 𝐷𝐽 (x=18)
  • 102. Epaisseur optimale 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Laine de pierre Laine de verre Polystyrène Polyuréthane Bois de construction Brique thermique Brique module Epaisseur optimale [m] Energétique Financière
  • 103. Coefficient de transmission thermique et résistance totale j j j d R   Résistance thermique avec RT = Rsi + R1 + R2+..+ RN+ Rse Rsi = 0,13 W/m²K Rse = 0,04 W/m²K Valeurs conventionelles d2 2 d3 3 d1 1