Etudes numérique et expérimentale des transferts hygrothermiques dans les matériaux poreux de construction

Numerical and experimental study of hygrothermal transfer in building porous materials

• Auteur / Autrice : Abdelkrim Trabelsi
• Direction : Rafik Belarbi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Chimie des surfaces

Matériaux poreux

Résumé

Le présent travail porte sur l'étude des transferts de chaleur et d'humidité dans les matériaux poreux de construction. Durant ce travail, nous avons développé un modèle mathématique de transfert hygrothermique et nous l’avons implémenté sous COMSOL Multiphysics ; la résolution numérique a été validée en la confrontant à la résolution analytique. Parmi les principaux paramètres d'entrée du modèle développé il y a : l'isotherme d’adsorption de la vapeur d'eau, le coefficient de diffusion d'humidité et le coefficient de gradient thermique. A cet effet, nous avons développé des bancs d'essai en laboratoire et des procédures mathématiques permettant d'évaluer ces paramètres. Nous avons réalisé, par ailleurs, des études de variabilité des isothermes de désorption sur des échantillons de béton de structure prélevés in-situ qui a permis d'initier une approche probabiliste. Aussi, dans l'optique d'évaluer l’impact de cette variabilité sur la qualité de la prédiction des transferts hydriques, des simulations ont été entreprises. Par la suite, une validation de la démarche mise en œuvre a été effectuée. Il s'agit de confronter nos résultats à ceux obtenus expérimentalement et à ceux issus de l'utilisation du code de simulation CHAMPS. La comparaison a permis de conforter la prédiction de l'approche développée. Enfin, la prise en compte de l'incidence du gradient de température dans l'évaluation du coefficient de tampon hydrique MBV (Moisture Buffer Value) a été réalisée. Ce coefficient permet, non seulement de comparer les potentialités des matériaux vis-à-vis de leur pouvoir tampon, mais aussi d'en dégager une classification des matériaux vis à vis du stockage hydrique.

The purpose of this thesis is the development of design tool to improve energy and environmental buildings efficiency and to improve civil engineering structure durability. During this thesis, we have developed a coupled heat and moisture transfer model in building porous materials. Its mathematical development admits an analytical solution in particular cases. It is possible then to consider numerical resolution validation. The developed mathematical model was implemented in "COMSOL Multiphysics". Numerical and analytical resolution was compared, it shows a good agreement. The main input parameters of the developed model include: water vapour sorption-desorption isotherm, moisture diffusion coefficient and thermogradient coefficient. In this work, we have developed laboratory devices and mathematical procedures to assess these parameters. We have made more specific studies on the variability of water vapour adsorption isotherm on samples taken in-situ. Later, we realized simulations to demonstrate the importance of taking into account the different input parameters variability that we have quantified. We have also undertaken simulations to validate the developed approach. It consists in comparison between our results and results of laboratory tests and those produced by the simulation code "CHAMPS". The comparison helped strengthen the prediction of the developed approach. Finally, we have studied the effect of temperature gradient on the assessment of the "MBV" (Moisture Buffer Value) coefficient. This coefficient is of particular interest because it allows comparing the potentialities of buffering capacities of materials.