Adaptation climatique des bâtiments : caractérisation et modélisation du comportement hygrothermique des enveloppes biosourcées – application au béton de bois

L’adaptation des bâtiments aux conditions climatiques estivales constitue un enjeu majeur pour limiter les situations de surchauffe tout en maîtrisant les consommations énergétiques. Dans ce contexte, les enveloppes intégrant des matériaux biosourcés présentent un intérêt particulier en raison de leurs propriétés thermiques et hydriques.

Le béton de bois constitue une solution constructive biosourcée utilisée notamment pour la réalisation de murs et de systèmes préfabriqués. Ses performances hygrothermiques à l’échelle du système constructif et du bâtiment nécessitent cependant d’être mieux caractérisées, en particulier concernant le confort d’été, l’efficacité énergétique et le comportement face aux situations de surchauffe.

L’objectif de ce travail est d’utiliser le béton de bois comme cas d’étude afin d’analyser la contribution d’une enveloppe biosourcée à l’adaptation thermique des bâtiments. La démarche reposera sur une approche multi-échelle allant du matériau au bâtiment.

Une première étape sera consacrée à la caractérisation des propriétés thermiques et hydriques du béton de bois nécessaires à la description de son comportement. Les travaux porteront notamment sur la conductivité thermique, la diffusivité, l’effusivité, la capacité calorifique, la porosité, la perméabilité à la vapeur d’eau et l’absorption en eau. Une attention particulière sera également portée aux transferts physiques au sein du composite et à l’interface entre les granulats de bois et la matrice.

Le travail sera ensuite étendu à l’échelle des systèmes constructifs afin de caractériser leur comportement hygrothermique et d’identifier les propriétés pertinentes pour leur représentation numérique. Le cœur de l’étude concernera la réponse des enveloppes en période estivale, avec un intérêt particulier pour le confort d’été, l’efficacité énergétique et la limitation des phénomènes de surchauffe.

L’étude s’appuiera sur la mise en œuvre d’un module tridimensionnel en béton de bois instrumenté. Ce démonstrateur permettra d’observer le comportement réel de l’enveloppe dans des conditions dynamiques et de disposer de données expérimentales à une échelle représentative du bâtiment.

Les mesures seront confrontées à des simulations thermiques dynamiques afin d’évaluer la capacité des modèles à reproduire le comportement observé et d’identifier les propriétés hygrothermiques les plus pertinentes pour la représentation des solutions constructives étudiées. Les travaux pourront notamment s’appuyer sur des outils de simulation thermique dynamique tels que TRNSYS.

L’objectif final est de relier les propriétés du matériau au comportement de la paroi puis à la performance du bâtiment, afin de quantifier la contribution des enveloppes biosourcées à l’adaptation climatique, au confort d’été et à la maîtrise des besoins énergétiques.

L’Institut Pascal est une unité mixte de recherche UMR 6602 placée sous tutelle de l’Université Clermont Auvergne et du CNRS, et membre de Clermont Auvergne INP. Ses activités couvrent notamment la caractérisation, la modélisation et le comportement multiphysique des matériaux et structures.

L’équipe impliquée dans le projet développe depuis plusieurs années des travaux sur les matériaux de construction biosourcés et géosourcés, avec des compétences en caractérisation mécanique, thermique et hygrothermique, ainsi qu’en simulation du comportement énergétique des bâtiments.

Le laboratoire dispose de moyens expérimentaux dédiés à la caractérisation des matériaux et systèmes constructifs, d’enceintes climatiques, de dispositifs de monitoring et d’outils de simulation thermique dynamique. Les travaux s'appuyeront  également sur la cellule hygrothermique de l’IUT de Montluçon et sur les moyens de fabrication et de caractérisation du partenaire industriel CCB Greentech.

Le sujet s’adresse à un candidat ou une candidate titulaire d’un diplôme d’ingénieur ou d’un Master 2 en génie civil, thermique, énergétique du bâtiment, physique du bâtiment, mécanique ou matériaux.

De bonnes bases en transferts thermiques et en physique du bâtiment sont attendues. Une expérience en caractérisation expérimentale, en instrumentation ou en simulation thermique dynamique sera appréciée.

Le ou la candidate devra avoir un intérêt marqué pour les travaux associant expérimentation et modélisation, ainsi que pour les problématiques liées aux matériaux biosourcés, au confort d’été et à l’adaptation climatique des bâtiments.

Des qualités d’autonomie, de rigueur scientifique et de travail en équipe sont recherchées.