Optimisation du confort thermique et de l’efficacité énergétique dans les établissements scolaires : cas d’un climat chaud et aride

MANSOURI, Khaled (2023) Optimisation du confort thermique et de l’efficacité énergétique dans les établissements scolaires : cas d’un climat chaud et aride. Doctoral thesis, Université Mohamed Khider Biskra.

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Abstract

Assurer le confort thermique intérieur des bâtiments tout en minimisant la consommation d'énergie constitue l'un des plus grands défis pour les concepteurs à l'ère moderne, en particulier à l’ombre de la crise climatique et économique actuelle. Dans les établissements scolaires, en particulier, fournir un environnement intérieur confortable a toujours été un problème complexe en raison, notamment, de la forte occupation et de l’utilisation fréquente de ce type de bâtiments. En outre, les conditions thermiques sont considérées parmi les principaux aspects qui influencent la santé des écoliers pouvant sensiblement affecter leurs capacités et performance scolaire. En Algérie, où les trois quarts de son territoire sont caractérisés par un climat chaud et aride, les établissements scolaires sont très souvent marqués par le problème de l’inconfort thermique. De plus, le stress thermique est, généralement, à son extrême à cause du taux d’occupation élevé des salles de classe. Dans ce même contexte, la littérature existante a confirmé que les économies d'énergie pourraient atteindre 50 à 75 %, grâce à des mesures telles que l'amélioration de l'enveloppe et des systèmes des bâtiments. Plus précisément, la performance thermique et énergétique de l’enveloppe est tributaire des choix constructifs relatifs aux éléments architecturaux, notamment, les murs, la toiture et les ouvertures généralement considérés comme éléments déterminants dans les échanges thermiques entre le bâtiment et son environnement. Considérant le nombre relativement réduit de travaux consacrés à l’étude de l'impact des matériaux de l'enveloppe sur la performance thermique et énergétique des bâtiments scolaires dans un climat chaud et sec, la présente recherche tente de combler les lacunes dans ce domaine et se propose d’investir les moyens d'atteindre le double objectif du confort thermique de l'utilisateur et de la performance énergétique du bâtiment scolaire en agissant sur les caractéristiques matérielles de l’enveloppe. Pour ce faire, un cadre méthodologique a été élaboré ; il s’appuie sur trois approches fondamentales : conceptuelle, empirique et numérique. L'approche conceptuelle est fondée sur une revue de la littérature et une recherche bibliographique visant à approfondir la connaissance des concepts liés au sujet. D'autre part, l'approche empirique s'est appuyée sur des mesures in situ combinées à des enquêtes et des questionnaires pour étudier et évaluer quantitativement et qualitativement le confort thermique et la performance énergétique dans trois établissements scolaires existants ayant servis comme cas d'étude. Les bâtiments sont situés dans la ville de Sidi Okba ; il est été choisi pour illustrer trois périodes de construction et ainsi différentes variantes d’enveloppe se distinguant selon les matériaux utilisés pour la construction des parois extérieures. De ce point de vue, les établissements pris comme cas d’étude, ont permis de mener une analyse comparative concluante relative à l'influence des matériaux de l’'enveloppe sur les performances thermiques et énergétiques du bâtiment et sur la sensation et la satisfaction des utilisateurs. Enfin, une étude numérique à l'aide des logiciels de simulation thermique et énergétique DesignBuilder et EnergyPlus, a été réalisée dans le but d'étudier et d'optimiser l'impact du choix des matériaux d'enveloppe et de leurs propriétés sur les performances du bâtiment scolaire. Une série de modèles et de scénarios ont été testés pour étudier l'impact des composants de l'enveloppe du bâtiment (matériaux des parois opaques, isolation, vitrage) et leurs propriétés (épaisseur des murs, type et positions d'isolation, type de verre et facteur d'ombrage, couleurs des surfaces et textures).Au final, les paramètres les plus performants ont été sélectionnés comme solution optimale. Les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre l'interaction entre les différents éléments de l'enveloppe et l'impact de leurs propriétés sur la performance thermique et énergétique du bâtiment scolaire dans un contexte climatique chaud et sec. En outre, l’étude a également mis en évidence le potentiel des différentes combinaisons d'enveloppes possibles relativement aux paramètres étudiés notamment le choix des matériaux. Enfin, les résultats ont montré qu’un choix approprié des éléments architecturaux et des propriétés matérielles de l'enveloppe prenant en compte les spécificités climatiques du contexte dans les premières étapes du processus de conception, peut améliorer substantiellement les conditions de confort thermiques tout en réduisant les besoins énergétiques du bâtiment scolaire.

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