Utilisation d'un matériau poreux dans une paroi thermorégulatrice : modélisation et étude expérimentale des transferts de masse et de chaleur en modes chauffage et rafraichissement

par Laurent Marmoret

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux

Soutenue en 1998

à Lyon, INSA , dans le cadre de Ecole Doctorale Mecanique, Energetique, Genie Civil, Acoustique (Villeurbanne) , en partenariat avec Université de Rennes 1 (laboratoire) .

Le jury était composé de Michèle Queneudec T'Kint de Roodenbeke.


  • Résumé

    Ce travail s'inscrit dans un objectif général de valorisation de fines argileuses considérées actuellement comme un déchet de carrière. Nous avons ici étudié les transferts de chaleur et de masse dans un béton argileux non saturé allégé par des poudres d'aluminium. La première partie a été consacrée à la caractérisation thermo-physique des bétons argileux allégés ou non. Ces résultats sont, dans une seconde partie, utilisés dans un modèle mathématique pour prévoir la répartition et l'évolution des variables du système d'équations retenu (teneur en eau, masse volumique de vapeur d'eau et température) à l'intérieur des matériaux considérés. Des tests de convergences en température, humidité relative et en flux ont validé la méthode de résolution des systèmes d'équations différentielles correspondant aux variables du système et ont permis aussi de déterminer une épaisseur optimale de 22 centimètres d'une paroi expérimentale. Dans une troisième partie, une paroi élaborée à partir de ces matériaux a été construite. Elle permettra de caler le modèle. Une circulation d'eau placée au centre de cette paroi est enrobée par un béton argileux non allégé de façon à permettre une bonne émission de la chaleur dans le mur. L'épaisseur restante est composée par un béton argileux allégé constituant l'élément stockeur. Cette paroi est soumise à des sollicitations ambiantes en température et en humidité relative représentatives des périodes de chauffage et de rafraîchissement ainsi qu'à des variations de la température et du débit de l'eau circulant dans la canalisation. Le modèle calé a enfin permis de simuler le comportement hygrothermique d'une paroi identique en mortier de ciment, puis de comparer les capacités de stockage-déstockage et les risques de condensation de ce matériau avec ceux obtenus pour les bétons argileux.

  • Titre traduit

    Utilization of a porous material in a wall : Modeling and experimental study of simultaneous heat and mass transfer during heating and cooling modes


  • Résumé

    A method was proposed in order to increase the value of clayey fillers which are generally considered as quarry waste. This work described the heat and mass transfers through a clayey-cement concrete lightened with Aluminum powder. Mechanical and thermal characteristics were studied and their variations with water content and temperature were analyzed. The results were inserted into an estimated global model describing thermal and humidity transfers. The variables were temperature and the apparent densities of water vapor and liquid water. The stability of the numerical model was successfully tested. A test wall was built in order to compare the experimental and numerical approaches during heating and cooling. Two types of energy fluxes were studies: firstly, fluxes due to energy radiated by water flowing through a pipe located at the centre of the wall, secondly, fluxes through the external surfaces of the wall and due to variations in the room temperature and humidity. The estimated model was used to study the interest of lightened clayey-cement concrete compared to mortar. It was proved that such a porous clayey material presented considerable advantages compared to other materials often used in surface heating and cooling systems.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (144 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2094)
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