Etude avec ESP-r

Dans Kokogiannakis et al. (2014), les auteurs étudient la quantité d’énergie nécessaire pour le chauffage et la climatisation en utilisant un VTC par la simulation avec ESP-r, sur un bâtiment de type bureau fortement vitré. Les simulations sont réalisées pour 3 villes : Abu Dhabi, Shangaï, Berlin.

Les résultats montrent que le VTC peut réduire significativement la consommation de froid d’approximativement 30% pour les climats chauds en comparaison au système de double vitrage

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avec miroir et au triple vitrage clair. Néanmoins, les résultats mettent en évidence que le VTC a un impact négatif pour les climats froids.

1.4 CONCLUSIONS ET POSITIONNEMENT DE LA THESE

Nous avons vu lors de ce chapitre l’importance du vitrage dans la performance énergétique de l’enveloppe. Pour concevoir un bâtiment bioclimatique durable il faut avoir des vitrages performants énergétiquement et adaptés au climat. Nous avons aussi mis en évidence qu’une catégorie particulière du vitrage peut s’avérer très utile et change également de paradigme dans la façon de concevoir les nouveaux bâtiments. Parmi ces vitrages intelligents, il y a un type en particulier qui semble être plus adapté aux climats chauds, c’est le vitrage thermochrome.

Dans la littérature scientifique, il a été démontré que ce vitrage est capable à la fois de réduire la consommation de climatisation tout en améliorant le confort thermique et visuel. Les propriétés particulières de ce vitrage pourront être mises à profit de la conception en milieu tropical chaud et humide, comme à La Réunion. De plus, nous sommes les seuls à effectuer ces travaux pour la zone tropicale, ‘A’ selon la classification de Köppen-Geiger (Aburas et al., 2019).

L’état de l’art du VTC, nous montre que le matériau est mature et est déjà commercialisé sur des projets de construction. Son comportement physique à échelle réelle a été étudié pour soutenir le développement du matériau. Les études se sont portées sur l’influence de la température de transition, l’influence du gradient et de la bande d’hystérésis, et de sa capacité à réduire les consommations ainsi qu’à améliorer le confort des occupants.

Néanmoins, les modèles utilisés pour les études de simulations énergétique du VTC ont des lacunes et sont améliorables. Il manque aussi des connaissances sur le comportement du VTC en général, surtout quand il est soumis au rayonnement solaire en milieu tropical. Il faut pouvoir étudier d’un côté le matériau et son fonctionnement à l’échelle microscopique ainsi que son impact et ses interactions sur le bâtiment à l’échelle macroscopique. Tout cela aura un impact sur le développement du matériau et sur la conception des bâtiments intégrant les VTC. Il est donc nécessaire d’avoir des modèles fiables sur lesquels les fabricants peuvent s’appuyer pour fabriquer le VTC le plus adapté et optimisé pour un climat, une orientation et un type de bâtiment donnés. L’un des enjeux est de pouvoir se placer en avance sur le développement de ce matériau pour guider son processus de fabrication par l’amélioration de son modèle. Pour tenter d’améliorer le modèle du VTC, il faut tout d’abord identifier ses limites. Les limites des modèles de vitrage thermochrome dans les outils de calculs existants sont :

• La fonction de contrôle de la transmittance par rapport à la température est dans la majorité des cas une fonction en escalier (constante par morceau) et dans certains cas linéaires ;

Page |39 • L’absence de modèle qui présente un couplage dynamique en temps réel des effets de la

température sur les propriétés thermo-optiques ;

• L’absence de prise en compte de la répartition possiblement hétérogène du champ de température et de transmittance sur la surface du verre (modèle 2D).

Nous allons donc proposer à travers cette thèse un modèle en deux dimensions du comportement du VTC, en considérant les phénomènes thermiques et les sollicitions climatiques de façon dynamique. Dans ce modèle, tout particulièrement, nous allons prendre en compte finement la sollicitation solaire, le rayonnement extérieur et les masques proches. Pour pallier au couplage dynamique, nous allons proposer un modèle « décalé » avec un pas de temps plus petit devant la réaction thermo-optique du VTC. De plus, nous allons modéliser la forme de la fonction de contrôle (transmittance/absorptance en fonction de la température) de type « sigmoïde » comme observée et mesurée en laboratoire. Ensuite, au travers d’une expérimentation, nous allons confronter nos résultats de simulations des modèles à ceux mesurés en conditions réelles, sur plusieurs plages temporelles dans le but d’apporter des éléments de validation.

L’apport original de cette thèse réside dans la modélisation en deux dimensions avec la prise en compte fine de la répartition du champ de température et du champ de transmittance de façon dynamique, ainsi que le couplage de ce modèle original avec des codes de calculs thermique 1D et photométrique de bâtiment. De plus, l’évaluation de l’impact de ce type de vitrage sur la répartition des flux de chaleur et d’éclairement naturel à l’intérieur du bâtiment, constitue aussi un apport innovant dans la thématique. Pour finir, on peut aussi ajouter, que les campagnes de mesure expérimentale menées lors de cette thèse sont uniques à la Réunion et dans la zone intertropicale sur un vitrage thermochrome.

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Chapitre 2 EXPERIMENTATION IN SITU DU