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Soutenance stage cerma-poas-2012
Ce projet de fin d'étude se concentre sur le calcul du confort thermique dans une zone urbaine à l'aide d'un modèle simplifié, présenté par Papa Sall sous l'encadrement de l'École Nationale Supérieure d'Architecture de Nantes. Le document aborde les méthodologies, les résultats obtenus, ainsi que les implications pratiques du stage en termes d'ingénierie et d'architecture. Les conclusions soulignent la richesse du contenu du stage et l'expérience acquise dans le domaine professionnel.
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Soutenance stage cerma-poas-2012
- 1. Projet de find'étude pour l'obtention du titre d’ Ingénieur De l’école Supérieure d’Ingénieurs Électricité, Production et Méthodes Industrielles Calcul du confort thermique sur une zone urbaine par un modèle simplifié Présenté par : Papa SALL Société d'accueil : Centre de recherche méthodologique d'architecture de l’Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes (CERMA) Encadré par : Monsieur Vincent TOURRE, Maitre de Conférences. et Madame Marjorie MUSY, Ingénieur de Recherche. Année universitaire 2011/2012
- 2. Projet de find'étude pour l'obtention du Master de Sciences et Technologies de l’UPMC Mention Sciences de l’Ingénieur Orientation Énergétique et Environnement Calcul du confort thermique sur une zone urbaine par un modèle simplifié Présenté par : Papa SALL Société d'accueil : Centre de recherche méthodologique d'architecture de l’Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes (CERMA) Encadré par : Monsieur Vincent TOURRE, Maitre de Conférences. et Madame Marjorie MUSY, Ingénieur de Recherche. Année universitaire 2011/2012
- 3. PLAN Introduction I. Présentation du CERMA II. Problématique III. Méthodologie IV. Présentation des résultats Conclusion • Apports du stage Page 3
- 4. Introduction Mon intérêt pour le stage • EPMI + UPMC # Validation des connaissances théoriques # Expérience professionnelle • Projets futurs # Ingénierie d’Etudes # Thèse Page 4
- 5. I. Présentation duCERMA Page 5
- 6. I. Présentation duCERMA Le CERMA • Centre de Recherche Méthodologique d‘Architecture Créé en 1971, sous forme d'une association UMR CNRS 1563 « Ambiances architecturales et urbaines » Disciplines du CERMA Architecture Thermique Géographie Recherche Physique Acoustique Informatique Page 6
- 7. I. Présentation duCERMA Pascal Joanne Organigramme du Cerma Directeur du CERMA Recherche et Administration enseignement et technique Doctorants MCC Chercheurs Associés *Professeurs HEGRON Gérard MCC MIGUET Francis IFSTTAR de Nantes Chargée d’études ENSA de Nantes PENEAU Jean-Pierre CHAZELAS Martine MARENNE Christian Professeur Emérite ENSA de Nantes ENSA de Nantes ENSA Nantes Derouiche Malek SIMONNOT Nathalie Grimaud Valentin Secrétaire *Maitres-assistants IR MCC ENSA Versailles DA RUGNA Josiane HASMAINA Rachid JOANNE Pascal GROLEAU Dominique ENSA de Nantes IR honoraire CNRS HE Shuang ENSA de Nantes MEUNIER Virginie DROZD Céline *Assistante de Direction LIU Ruijun ENSA de Nantes Gestionnaire BEN SALMA Amar MALYS Laurent FERCOQ Agnès *Ingénieurs de Recherche PETIT Anne Ecole Centrale de Nantes *Chargée de la communication CHAILLOU Francoise SALIOU Jean-Rémy *MESR (CERMA et IRSTV) Ingénieur contractuelle MUSY Marjorie Professeur DOM Véronique VIGIER Toinon SIRET Daniel MOREAU Guillaume CHANG Fan *Administrateur réseau et parc *Maitres de Conférences informatique CNRS MARTIN Jean-Yves MIGNE Cédric *Ingénieur de recherche LEDUC Thomas SERVIERES Myriam TOURRE Vincent Page 7
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- 9. II. Problématiques Le projet EnVIE Enrichissement de Villes 3D numériques par des Indicateurs de durabilité et de qualité Environnementale, - 3 PME : # SIRADEL # METEODYN # MGDIS - 1 laboratoire de recherche : # CERMA Page 9
- 10. II. Problématiques Le projet EnVIE • Aide à la prise de décision • Fin du projet : fin janvier 2013 • Zones de test : # la commune de Saint-Grégoire majoritairement résidentielle # le quartier de Blosne constitué de grands immeubles Page 10
- 11. II. Problématiques Le travail du stage Proposer une méthode de calcul du confort thermique à l’échelle urbaine • Problème : # Acquisition des données du projet # Exploitation des données Page 11
- 12. II. Problématiques Le travail du stage Calcul de la température de surface Calcul du TRM Calcul du confort Page 12
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- 14. III. Méthodologie Etat de l’art sur le confort thermique Définition : # Un état de satisfaction de l’individu dans son environnement thermique. Conditions du confort : # Une sensation de neutralité thermique. # Un équilibre énergétique du corps. Page 14
- 15. III. Méthodologie Rappelde Thermique La convection La rayonnement L'évaporation Les échanges par chaleur respiration Le stockage Page 15
- 16. III. Méthodologie Les phénomènes thermiques : 35% Convection 35% Rayonnement Sudation 24% Respiration Pertes de chaleur Evaporation 1% Conduction Page 16
- 17. III. Méthodologie Bilan thermique Page 17
- 18. III. Méthodologie Indicateur de confort thermique Coefficient de proportionnalité Production de chaleur métabolique Pertes de chaleur sensible à travers la peau Pertes par diffusion à travers la peau Pertes de chaleur par sudation Pertes de chaleur sensible par respiration Pertes de chaleur latente par respiration Température Effective Page 18
- 19. III. Méthodologie Indicateur de confort thermique Représentation du PPD en fonction du PMV* avec Excel Page 19
- 20. III. Méthodologie Paramètres du confort Dépend de 6 paramètres Les paramètres qui dépendent de l’individu : 1 -Le métabolisme 2 -Le style vestimentaire Les paramètres qui dépendent des données météo : 3 -La température ambiante de l’air 4 -L’humidité relative de l’air 5 -La vitesse du vent 6 -La température de surface des parois Page 20
- 21. III. Méthodologie Paramètres du confort Les paramètres qui dépendent de l’individu : 1 -Le métabolisme OK 2 -Le style vestimentaire OK Les paramètres qui dépendent des données météo : 3 -La température ambiante de l’air OK 4 -L’humidité relative de l’air OK 5 -La vitesse du vent OK 6 - Le calcul de la température de surface des parois ? Page 21
- 22. III. Méthodologie Comparaison entre SOLWEIG et ENVI-met SOLWEIG 3 Paramètres à déterminer ENVI-met 18 Paramètres à déterminer Page 22
- 23. III. Méthodologie Calcul de Ts sur Solene Source J. Bouyer 2009 Modélisation d’un mur Page 23
- 24. III. Méthodologie Calcul de Ts sur Solene Source J. Bouyer 2009 Page 24
- 25. III. Méthodologie Comparaison ENVI-met SOLWEIG SOLENE SOLWEIG 3 Paramètres à déterminer ENVI-met 18 Paramètres à déterminer SOLENE 17 Paramètres à déterminer Page 25
- 26. III. Méthodologie Le calcul du GLO FACTEURS DE FORMES ENVI-met SOLENE Page 26
- 27. III. Méthodologie Solutions retenues ENVI-met SOLENE SOLWEIG Page 27
- 28. III. Méthodologie Géométrie à simuler Géométrie de simulation à partir de Paraview Géométrie de simulation à partir de Google-Map Page 28
- 29. IV. Présentation des résultats Page 29
- 30. IV. Présentation desrésultats Hypothèses de calculs Page 30
- 31. IV. Présentation desrésultats Méthode SOLWEIG # Procédé de calcul de l’indice de clarté IC Luminance_ciel Energie_sol_direct Masques_sol Energie_sol_globale Energie_sol_diffuse Organigramme pour le calcul d’IC Page 31
- 32. IV. Présentation desrésultats Loi de variation de la température de surface pour la méthode Solweig pour IC =1 35 30 25 20 15 Ts-Ta en fonction de la hauteur max Ts-Ta du soleil 10 Linéaire (Ts-Ta en fonction de la hauteur max du soleil ) 5 0 0 20 40 60 80 100 -5 -10 nmax Relation entre la hauteur du soleil et de la différence maximale entre la surface du sol (Ts) et la température de l'air (Ta), Pour les jours clairs. Page 32
- 33. IV. Présentation desrésultats Résultats de la simulation de la température de surface avec le modèle inspiré de Solweig Données météo Tparoi_psall _Solweig Ts Caractéristiques géométriques Organigramme pour le calcul de Ts avec la méthode basée sur Solweig Page 33 Température de surface en (°C) calculée pour la date du 1 Aout à 14h00
- 34. IV. Présentation desrésultats Résultats de la simulation de la température de surface avec le modèle de Solene Données Caractéristiques météo géométriques de surfaces Caractéristiques TSimulation_ Caractéristiques géométriques Surface Ts géométriques de sols Conditions initiales de températures Organigramme pour le calcul de Ts avec la méthode de julien Bouyer Page 34 Température de surface en (°C) calculée pour la date du 1 Aout à 14h00
- 35. IV. Présentation desrésultats Comparaison des résultats de simulation Résultat version TSimulation_Surface Résultat version Tparoi_psall Température de surface en (°C) calculée pour la date du 1 Aout Page 35
- 36. IV. Présentation desrésultats Comparaison des résultats de simulation Différence entre les 2 résultats de simulation Température de surface en (°C) Page 36
- 37. IV. Présentation desrésultats Simulation de la température radiante moyenne Flux solaire Température direct + albédo Vitesse air air diffus Scène sol piéton Surface Elévation du Bonhomme bonhomme soleil Température radiante moyenne Géométrie du Scène masque ciel Scène maillée Organigramme de la fonction proc_out_mrt.c Température Emissivité Page 37 de surface
- 38. IV. Présentation desrésultats Simulation du PMV* Métabolisme = 1,2 Température radiante moyenne HR confort PMV* PPD Vitesse air Température air Organigramme de la fonction pmv_et.c Rcl= 0,5 Page 38
- 39. IV. Présentation desrésultats Simulation du PMV* TRM Ta HR Va M Rcl PPD PMV* (°C) (°C) (%) (m/s) (met) (Clo) (%) 0 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 0.192 5.768 10 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 0.561 11.579 20 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 0.956 24.296 30 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 1.380 44.468 40 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 1.834 68.891 50 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 2.327 89.076 Quelques exemples de calcul du PMV* avec une hypothèse de valeurs constantes Page 39
- 40. IV. Présentation desrésultats Conclusion sur la méthode # Méthode Solweig invalide # Réduire la taille de la scène # Fonction proc_out_mrt Page 40
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- 42. CONCLUSION • Implications dans un projet intéressant • Un stage très riche en contenu et en nouvelles notions • La découverte milieu des architectes Apport du stage Sur le plan personnel Sur le plan professionnel # Expériences # Traitement de l’information # Adaptation # Travail d’équipe # Communication Page 42
- 43. QUESTIONS ? Calcul du confort thermique sur une zone urbaine par un modèle simplifié Présenté par : Papa SALL Page 43
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- 46. Le rayonnement R =Densité de flux de chaleur radiatif, W/m² 𝜀 𝑣𝑒𝑡 = L’émissivité moyenne de la peau et des vêtements dans l’infrarouge lointain est de l’ordre de 0,97. 𝑓𝑐𝑙 = Facteur d’habillement. 𝜎 = Constante de Stefan Boltzmann, 5.67 × 10−8 𝑊/𝑚²𝐾 4 𝑇 𝑟𝑚 = Température radiante moyenne, °C 𝑇 𝑝 = Température de la peau, °C 𝐹 𝑒𝑓𝑓 = Le facteur de surface effective de rayonnement Page 46
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- 49. Les échanges parchaleur latente : l'évaporation Page 49
- 50. Les échanges parchaleur respiration Page 50
- 51. Les échanges parchaleur sensible Environnement Environnement (1) Microclimat Homme (2) urbain proche Transfert de masse Ambiance climatique Microclimat local globale urbain T V ê R > T interne t P > T cutanée e E Température HR > Thermorégulation Tair m A Rayonnement e U > Activité Rayonnement Humidité n C > Métabolisme Humidité relative Vent t Vitesse d’air Précipitation E Description fonctionnelle de la biophysique du microclimat (Fabrice & Sophie , 2005-2006) Page 51
- 52. Le stockage dechaleur Page 52