Mesure expérimentale in situ des environnements thermiques urbains et intérieurs des logements avant et après rénovation: évaluation des solutions de rafraîchissement

Contexte de la thèse

Les travaux proposés se déroulent dans le cadre d’un projet PEPR ville Durable et Bâtiment Innovant VF++ (Des villes fraîches par et pour les usagers : intégrer solutions douces, vertes et grises pour favoriser la santé des habitants dans un environnement durable) qui a pour objectifs de développer des méthodologies pour :

• analyser comment les structures architecturales et urbaines peuvent créer des environnements physiques qualitatifs et des ambiances kinesthésiques qui réduisent les besoins de rafraîchissement des individus ;
• évaluer de manière fiable l’exposition intérieure/extérieure des personnes à la chaleur, ainsi que les effets des stratégies d’adaptation à la chaleur sur la qualité des ambiances ;
• déterminer comment les facteurs individuels et environnementaux affectent les réponses thermophysiologiques et sensorielles des individus, ainsi que les paramètres formels de santé, et évaluer ces effets ;
• relier les inégalités socio-spatiales aux expériences et pratiques des individus face à la surchauffe ainsi qu’à leur tolérance à la chaleur.

En lien avec le deuxième objectif, les campagnes de mesures sont efficaces pour tester l’impact des stratégies d’adaptation au climat et les rénovations des bâtiments sur le confort thermique des occupants. De nombreuses campagnes expérimentales ont été mises en place pour étudier les microclimats urbains (ex : Campagne CAMCATT) et les îlots de chaleurs urbains (ICU) ou pour uniquement l’intérieur des logements ou bureaux (ex : Projet CREATIV), mais à notre connaissance, aucune campagne n’a fourni de bases de données expérimentales intérieures/extérieures cohérentes et détaillées pour différentes formes urbaines, différents types de bâtiments et profils d’occupations.

Des travaux du consortium ont proposé (Parison et al., 2020) une méthodologie statistique adaptée à l’évaluation de l’efficacité de l’impact des solutions d’atténuations à l’ICU pour des conditions de terrain en constante évolution. Cette méthodologie est basée sur la conception expérimentale « Before-After-Control-Impact » (BACI) qui nécessite des mesures sur des sites de témoin et d’étude avant et après la mise en œuvre de la solution d’atténuation. Ce plan est ensuite associé à un test statistique approprié, utilisé pour isoler les effets de la solution d’atténuation à l’ICU mais n’est actuellement que déployé pour les environnements extérieurs.

Problématique scientifique

La caractérisation expérimentale des environnements thermiques intérieurs et extérieurs en conditions réelles et l’évaluation de leurs impacts sur le confort (thermique) et la santé des occupants présentent plusieurs difficultés compte tenu du nombre importants des paramètres de différentes natures en jeu : des paramètres morphologiques et physiques relatifs à l’environnement urbain et aux bâtiments d’une part, et des paramètres thermophysiques, psychophysiques et socioéconomiques relatifs aux occupants d’autre part.

Par ailleurs, l’efficacité des solutions de certaines stratégies passives/actives de rafraîchissement dépendent des actions des occupants et de leur utilisation (notamment l’utilisation des fenêtres, des protections solaires, des ventilateurs voire des climatiseurs à l’intérieur des logements).

Les questions de recherches sont les suivantes :

• Quels indicateurs de confort et de stress thermique en conditions transitoires –absence de consensus) ? Le choix des indicateurs est nécessaire pour définir les paramètres à monitorer et les méthodes appropriées pour les recueillir (mesures physiques continues ou ponctuelles, questionnaires, enquêtes...).
• Comment caractériser le comportement des usagers/occupants dans les environnements extérieurs et intérieurs ? C’est important à la fois pour mieux comprendre les stratégies d’adaptation des occupants, mais aussi déterminer les scénarios d’occupation nécessaire pour le calage/validation des modèles numériques par rapport aux mesures expérimentales in situ.
• Comment caractériser l’impact de l’environnement extérieur et des solutions d’aménagement sur les conditions physiques à l’intérieur des logements et le confort des occupants ?

Objectif et missions de la thèse

Le doctorant concevra et réalisera une campagne expérimentale de référence détaillée dans la rue Garibaldi (Lyon) et un bâtiment adjacent pour étudier les interactions intérieur/extérieur, le fonctionnement des solutions de rafraîchissement (notamment la végétation) et l’exposition des personnes à la chaleur, et fournira des données de références pour la validation des modèles en fonction de différents profils d’occupations. Cette campagne sera déployée deux fois : une fois avant le projet de rénovation du quartier et une fois après. Afin d’évaluer l’impact du réaménagement du quartier sur le confort et la santé des occupants, la méthode BACI sera élargie aux différents environnements urbains rencontrées (extérieur, intérieur).

En parallèle le doctorant développera et déploiera des initiatives expérimentales plus légères avec des instruments plus légers sur différents sites pour évaluer, à plus grande échelle, l’exposition des personnes à la chaleur et à d’autres stimuli physiques, et évaluer l’effet thermique des rénovations.

Ce protocole comprendra des données de référence et des points de repère pour la comparaison des méthodes. Pour cela, nous avons besoin d’un ensemble de données expérimentales de haute qualité pour différentes configurations (réelles simples et complexes, contrôlées, etc).

Les résultats de cette démarche seront à terme partagés avec tous les partenaires pour la validation de modèles physiques et thermophysiologiques.

Le doctorant sera employé du Cerema : CDD doctorant à partir d’octobre 2025 et pour une durée de 3 ans (dates exactes à fixer avec le (la) doctorant(e))

La thèse sera accueillie au Cerema Centre-Est à L’Isle d’Abeau dans la région lyonnaise, les sites d’expérimentation de la thèse étant situés à Lyon.

La thèse sera co-encadrée par des chercheurs de l’Université Paris Cité et du Cerema :

• Martin HENDEL (directeur de la thèse), Professeur associé, Université Paris Cité, Laboratoire de recherche Interdisciplinaire des Energies de Demain (LIED) - UMR 8236 CNRS, 10 rue Alice Domon et Léonie Duquet, 75013 Paris, martin.hendel@u-paris.fr, +33 (0)1.57.27.50.25
• Auline RODLER (co-encadrante), chargée de recherche, Cerema Ouest, Equipe de Recherche Bâtiments Performants dans leur Environnement (BPE), 12 boulevard Vincent Gâche, 44200 Nantes, auline.rodler@cerema.fr, +33 (0)7. 63.95.59.74
• Bassam MOUJALLED (co-encadrant), chargé de recherche, Cerema Centre-Est, Equipe de Recherche Bâtiments Performants dans leur Environnement (BPE), 46 rue Saint-Théobald, 38080 L’Isle d’Abeau, bassam.moujalled@cerema.fr, +33 (0)7.60.82.35.55

Formation souhaitée :

• Master en génie civil u en sciences de l’environnement, avec une motivation pour la microclimatologie urbaine ou des transferts thermiques.

Savoir-faire :

• Maîtrise scientifique en physique : physique du bâtiment, physique de la ville, science de l’envirnnement.
• Maitrise des utils informatiques de programmation et traitement de données (R, python, Matlab, etc.).
• Cnnaissances en mesures physiques et instrumentation, et appétence pour le travail expérimental.
• Maitrise nécessaire du français et de l’anglais en lecture écriture et discussin.

Savoir-être :

• Curisité, adaptabilité et créativité, analyse et synthèse, sens de l’engagement, rigueur, autonomie, sens de la communication et de l’organisation collective.