Telechargé par brahim mohtarem

le confort thermique des bâtiments

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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
« La destination du chercheur dépend de la route qu’il suit »
Mohyiddin Ibn Arabi
Philosophe et mystique soufi (1165-1241)
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FST ERRACHIDIA
Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
REMERCIEMENTS
Avec l’aide de Dieu tout puissant, nous avons pu accomplir ce
modeste travail
Ce travail de recherche pour l’obtention du diplôme de Licence en Sciences et Techniques,
dirigé par Pr. EL HASSOUANI YOUSSEF, notre cher professeur et encadrant, a été mené au
département de physique de la Faculté des sciences et techniques Errachidia (FSTE) de
l’Université Moulay Ismail de Meknès.
Nous exprimons notre profonde gratitude et nous tenons à remercier en premier lieu notre
Directeur de projet Pr. EL HASSOUANI YOUSSEF, pour sa disponibilité, pour son suivi, ses
nombreux conseils et ses critiques constructives pour l’élaboration de ce travail de projet.
Nous remercions aussi Pr. ZIANI SAID et également toute l’équipe pédagogique de la FSTE
et les intervenants professionnels responsables de la formation des énergies renouvelables.
Aussi, nous remerciement Mr. HAJJI ABDELGHANI de nous avoir accordé l’opportunité de
passer notre stage de PFE dans sa société SMART ALLIANCE, nos remerciements sont également
adressés à l’ensemble du personnel de l’entreprise pour leur accueil sympathique et leur
disponibilité.
A tous nos collègues du département de physique, qui ont contribué de près ou de loin à la
réussite de ce travail, qu’ils trouvent toute notre gratitude.
Charaf eddine ELMANSOURI
Abdelaaziz BAGHROUS
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Confort thermique des bâtiments
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DEDICACES…
Je dédie ce modeste travail ;
A mes chers parents Mohamed et Yemma Laaziza qui ont tout fait pour que je réussisse dans
ma vie, que Dieu me les protège,
A mes adorés, ma sœur Fatima Ezzahera et mes frères Hicham et Imran, sans oublier mes
grand-mères Rouqaya et Bezza, et aussi ma tante Latifa.
A mes chers défunts, votre altruisme, votre soutien et votre encouragement coulent encore
dans nos veines.
A toutes ma famille pour leur soutien infaillible.
A tous nos chers amis et mes collègues, pour tous les instants inoubliables que nous avons
passés ensemble, je vous remercie infiniment.
A mon très cher binôme BAGHROUS Abdelaaziz que je le souhaite une bonne continuation.
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LST : Énergie renouvelable
Liste des figures
Figure 1: Organigramme de l’entreprise ...................................................................................... 12
Figure 2 : valeurs exprimées en Clo des tenues vestimentaires................................................... 16
Figure 3: Gain thermique interne d'un espace ............................................................................. 17
Figure 4: valeur de métabolisme .................................................................................................. 17
Figure 5: Correspondances entre PMV et PPD ............................................................................. 20
Figure 6: répartition des déperditions thermiques ...................................................................... 26
Figure 7:Evolution des températures dans une maison individuelle pour trois niveau d’inertie. 28
Figure 8: rayonnement solaire annuel à Kénitra .......................................................................... 32
Figure 9 : les températures journalières maximales et minimales .............................................. 33
Figure 10 : La répartition annuelle des précipitations .................................................................. 33
Figure 11 : Les valeurs moyennes de l’humidité .......................................................................... 33
Figure 12:La vitesse moyenne du vent ......................................................................................... 34
Figure 13: Interface TRNBuild ....................................................................................................... 37
Figure 14: interface d'insertion des paramètres .......................................................................... 38
Figure 15 : La température extérieure annuelle ........................................................................... 38
Figure 16: La simulation annuelle de la température ambiante dans le rez de chaussée .......... 39
Figure 17: La température ambiante intérieure annuelle ............................................................ 40
Figure 18: La puissance annuelle consommée par le système de chauffage ............................... 40
Figure 19: L’énergie annuelle consommée par le système de chauffage .................................... 41
Figure 20 : Exemple d'isolant thermique ...................................................................................... 44
Figure 21: Habitation non isolée / isolée ...................................................................................... 45
Figure 22:Le chauffage électrique ................................................................................................ 50
Figure 23: schéma de système de chauffage au gaz ou au fioul .................................................. 50
Figure 24: Schéma de l'installation de la pompe à chaleur .......................................................... 51
Figure 25:Le chauffage au bois ..................................................................................................... 52
Figure 26: l'installation de chauffage solaire ................................................................................ 52
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LST : Énergie renouvelable
Liste des tableaux
Tableau 1: la fiche technique .................................................................................................................. 11
Tableau 2: les valeurs de référence pour les températures de l’air ................................................. 15
Tableau 3: Correspondances entre PMV et échelle des sensations thermiques ............................ 19
Tableau 4 : Éléments d’analyse pour localiser un bâtiment confortable. ........................................ 22
Tableau 5: Exemple des Matériaux de construction ........................................................................... 25
Tableau 6: Types de vitrage .................................................................................................................... 27
Tableau 7:coefficient de transmission thermique ............................................................................... 35
Tableau 8: déperdition thermique dans le salon ................................................................................. 36
Tableau 9: déperdition thermique dans le sous-sol ............................................................................ 36
Tableau 10: déperdition thermique dans chambre parent ................................................................ 36
Tableau 11: déperdition thermique dans la cuisine ............................................................................ 36
Tableau 12: déperdition thermique dans la chambre des enfants ................................................... 36
Tableau 13: comparaison des déperditions.......................................................................................... 42
Tableau 14: déperdition dans le salon avant l'isolation ..................................................................... 46
Tableau 15:coefficient de transmission thermique de mur extérieur .............................................. 47
Tableau 16:deperdition dans le salon après l'isolation....................................................................... 47
Tableau 17 : Quelques types des systèmes de chauffage .................................................................. 49
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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS ................................................................................................................................................. 2
DEDICACES…......................................................................................................................................................... 3
Liste des figures.................................................................................................................................................... 4
Liste des tableaux ................................................................................................................................................. 5
SOMMAIRE ........................................................................................................................................................... 6
CHAPITRE 0 : Contexte et présentation de l’entreprise SMART ALLIANCE.......................................................... 9
Contexte : .................................................................................................................................................... 10
Présentation de l’entreprise SMART ALLIANCE : ........................................................................................ 11
Introduction : .................................................................................................................................. 11
1)
Historique et politique générale de l’entreprise SMART ALLIANCE : ..................................... 11
2)
Fiche technique : ..................................................................................................................... 11
3)
Organigramme de l’entreprise : .............................................................................................. 12
Conclusion : ..................................................................................................................................... 12
CHAPITRE I : Généralités sur le confort thermique d’une habitation ............................................................... 13
Introduction : .............................................................................................................................................. 14
I.
La notion de confort thermique: .................................................................................................... 14
II.
Les paramètres affectant le confort thermique : ........................................................................... 14
III.
IV.
1)
Paramètres liés à l’ambiance extérieure : .............................................................................. 15
2)
Paramètres liés à l’individu : ................................................................................................... 16
3)
Paramètres liés aux gains thermiques internes : .................................................................... 17
4)
Le métabolisme : ..................................................................................................................... 17
Les échanges thermiques du corps humain :.................................................................................. 18
1)
Les échanges de chaleur par conduction ................................................................................ 18
2)
Les échanges de chaleur par convection ................................................................................ 18
3)
Les échanges de chaleur par rayonnement ............................................................................ 18
4)
Les échanges de chaleur par évaporation .............................................................................. 18
Évaluation du confort thermique :.................................................................................................. 19
1)
Le PMV (Vote Moyen Prévisible) ............................................................................................ 19
2)
Le PPD (Pourcentage Prévisible D'insatisfaits)........................................................................ 19
3)
La température de l’air ambiant (Ta) : .................................................................................... 20
Conclusion : ................................................................................................................................................. 20
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LST : Énergie renouvelable
CHAPITRE 2 : Déperditions thermique d’une habitation ................................................................................... 21
Introduction : .............................................................................................................................................. 22
I.
II.
III.
L’effet d’implantation et d’orientation d’un bâtiment : ................................................................. 22
1)
L’effet d’implantation : ........................................................................................................... 22
2)
L’effet d’orientation : .............................................................................................................. 23
Les matériaux de construction :...................................................................................................... 23
1)
Les performances thermiques des matériaux de construction : ........................................... 23
2)
Les isolants thermiques de l’enveloppe : ................................................................................ 26
3)
Vitrages et propriétés thermiques : ........................................................................................ 27
4)
L’inertie thermique du bâtiment : .......................................................................................... 28
Calcul des Déperditions thermiques : ............................................................................................. 28
1)
Déperditions thermiques : ...................................................................................................... 28
2)
Calcul des déperditions ........................................................................................................... 29
a)
Méthode de calcul par coefficient G : ................................................................................. 29
b)
Méthode de calcul par le coefficient Ubat : ......................................................................... 29
Conclusion : ................................................................................................................................................. 30
CHAPITRE 3 : Cas d’étude Calcul des déperditions d’une villa à Kenitra ........................................................... 31
Introduction : .............................................................................................................................................. 32
I.
Description de l’habitation : ........................................................................................................... 32
1)
Présentation de la ville Kenitra : ............................................................................................. 32
a)
Situation géographique : ..................................................................................................... 32
b)
Le climat de la ville Kenitra : ............................................................................................... 32
c)
Données climatiques de la région Kenitra : ........................................................................ 32
2)
II.
Présentation de Villa cas d’étude: .......................................................................................... 34
Calcul des déperditions : ................................................................................................................. 35
1)
Calcul des déperditions par fichier Excel : .............................................................................. 35
a)
Calcul de coefficient de transmission thermique K (ou bien U) : ....................................... 35
b)
Calcul des déperditions thermiques: .................................................................................. 35
2)
Calcul des déperditions par TRNSYS : ..................................................................................... 37
a)
La température extérieure annuelle : ................................................................................. 38
b)
Température ambiante dans le Rez-de-chaussée sans activation de chauffage ................ 39
c)
Température ambiante dans le Rez-de-chaussée avec activation de chauffage ............... 39
d)
Les déperditions thermiques : ............................................................................................ 41
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3)
LST : Énergie renouvelable
Interprétation des résultats : .................................................................................................. 41
Conclusion : ................................................................................................................................................. 42
CHAPITRE 4 : Amélioration du confort thermique hivernal d’une habitation à Kénitra.................................... 43
Introduction : .............................................................................................................................................. 44
I.
II.
Isolation thermique :....................................................................................................................... 44
1)
L’intérêt de l’isolation thermique : ......................................................................................... 44
2)
L’effet d’isolation sur une pièce de l’habitation: .................................................................... 46
a)
Avant l’isolation des murs extérieurs: ................................................................................ 46
b)
Après l’isolation des murs extérieurs:................................................................................. 46
Système de chauffage : ................................................................................................................... 48
1)
Puissance nécessaire pour le chauffage : ............................................................................... 48
2)
Quelques types de système de chauffage : ............................................................................ 49
3)
Comment choisir un système de chauffage ? ......................................................................... 50
a)
Le chauffage électrique : ..................................................................................................... 50
b)
Le chauffage au gaz ou au fioul : ......................................................................................... 50
c)
La pompe à chaleur (PAC) : ................................................................................................. 51
d)
Le chauffage au bois :.......................................................................................................... 51
e)
Le chauffage solaire : .......................................................................................................... 52
Conclusion : ................................................................................................................................................. 53
CONCLUSION GENERALE .................................................................................................................................... 54
Bibliographies ..................................................................................................................................................... 55
ANNEXE 1 : plan architectural de la villa ............................................................................................................ 56
ANNEXE 2 : plan architectural de la villa ............................................................................................................ 57
ANNEXE 3 : tableau comparatif des isolants...................................................................................................... 58
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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
CHAPITRE 0 : Contexte et présentation de l’entreprise SMART
ALLIANCE
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LST : Énergie renouvelable
Contexte :
Le secteur du bâtiment est très énergivore ; il présente 30 % à 40 % de la consommation
énergétique totale. Cette énergie est principalement utilisée pour le chauffage et le
refroidissement, qui représentent les solutions offertes pour régler les problèmes d’inconfort.
Face à ces enjeux environnementaux et énergétiques auxquels le monde en général est
confronté, le secteur du bâtiment se positionne comme un secteur clé pour répondre à nos
engagements nationaux sur ces thématiques. Pour ces raisons, de nombreux efforts de recherche
se portent sur l’efficacité énergétique des bâtiments. L’amélioration des températures intérieures
est un enjeu économique et écologique majeur pour le secteur du bâtiment.
Les paramètres de la conception sont d’ordre fonctionnel et architectural et la
dimension énergétique du projet n’est pas toujours considérée comme significative, ce qui
conduit à des bâtiments non confortables et énergivores.
Si on agit alors sur les déperditions et apports thermiques du bâtiment, de sorte qu’il soit
énergétiquement efficace, on pourra réduire la consommation énergétique de ce secteur.
En plus, l’utilisation des énergies renouvelables pour chauffer le logement, produire de l’eau
chaude sanitaire contribue à diminuer la demande en énergie électrique.
L’objectif de notre projet est d’approcher la problématique de l’efficacité énergétique du
bâtiment, notamment à travers l’aspect thermique. Dans ce sens, ce travail comporte une étude
de la thermique d’une villa située à Kénitra, une étude de calcul des déperditions thermiques a
été réalisée.
Dans le cadre de notre formation à la Faculté de Sciences de Techniques d’Errachidia
(FSTE), ce stage est très important pour notre carrière dans le but d’améliorer nos qualités,
développer nos sens d’observation et de communication en nous fournissant le lieu adéquat afin
d’affronter le milieu professionnel et d’en sortir une meilleure expérience garantissant une bonne
poursuite dans la vie professionnelle.
C’est pour cela nous avons effectué un stage au sein de l’entreprise SMART ALLIIANCE
sous le thème d’étude du confort thermique des bâtiments.
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Confort thermique des bâtiments
Notre
travail
est
composé
LST : Énergie renouvelable
d’un
chapitre
introductif
et
de
deux
parties
:
-La première partie (théorique), consiste à la compréhension des différents concepts et notions
clés liés à notre recherche, elle découle d’une recherche sur le confort thermique et est répartie
en deux chapitres : le premier chapitre est consacré à des généralités sur le confort thermique,
alors que le deuxième chapitre sur les déperditions thermiques d’une habitation mise en
considération
tous
les
facteurs
qui
peut
influer
sur
le
confort
thermique.
-La deuxième partie (simulation), regroupe les calculs des déperditions thermiques en utilisant le
logiciel TRNSYS et un fichier EXCEL puis une proposition pour l’amélioration du confort
thermique.
Présentation de l’entreprise SMART ALLIANCE :
Introduction :
Cette partie présente un bref aperçu sur l’entreprise d’accueil, son début dans le domaine
professionnel et sa structure.
1) Historique et politique générale de l’entreprise SMART ALLIANCE :
Depuis sa création en 2017, SMART ALLIACE (son logo ci-contre)
est devenue un opérateur dans l’électricité solaire photovoltaïque et le
chauffage d’eau solaire et pompage solaire. SMART ALLIACE c’est
avant tout une équipe passionnée d’intégrateurs de solution globales et
autonomes clés en main répondant aux besoins du marché.
2) Fiche technique :
Dénomination
Forme juridique
capitale
Type d’entreprise
Ancienneté
Société SMART ALLIANCE
Société à Responsabilité Limitée à Associé Unique
10 000 DHS
Moyenne
Depuis 2017
adresse
Route De Mehdia Immeuble B4 08/04 M 14 Alliance Darna - Kenitra (M)
Tel/fax
06 10 86 35 13 / 05 37 30 88 99
Email
[email protected]
Secteur d’activité
Sécurité, confort thermique, Energie, Eau chaud
Tableau 1: la fiche technique
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LST : Énergie renouvelable
3) Organigramme de l’entreprise :
Gérant de l'entreprise
Mr. HAJJI Abdelghani
Secrétariat
Chef d'équipe technique
Comptabilité
Figure 1: Organigramme de l’entreprise
Conclusion :
SMART ALLIANCE compte aller plus loin en évaluant continuellement ses pratiques
métiers et en cherchant en permanence des produits de qualités.
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LST : Énergie renouvelable
CHAPITRE I : Généralités sur le confort thermique d’une
habitation
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LST : Énergie renouvelable
Introduction :
Le confort peut être défini comme le degré de désagrément ou de bien-être produit par les
caractéristiques de l'environnement intérieur d’un bâtiment. Une telle définition considère une
interaction entre l'individu et l'espace qui l'entoure, c'est-à-dire, entre des conditions ambiantes
physiquement mesurables et certaines conditions individuelles qui affectent notre perception. La
qualité de vie à l'intérieur de l'espace a été souvent rapprochée à une appréciation thermique en
premier lieu.
I.
La notion de confort thermique:
La notion de confort thermique, désigne l’ensemble des multiples interactions entre l’occupant et son
environnement où l’individu est considéré comme un élément du système thermique pour le définir on lui
associe plusieurs paramètres, notamment :
 Le paramètre physique: l’homme est représenté comme une machine thermique et en considérant ses
interactions avec l’environnement en termes d’échanges de chaleur.
 Le paramètre psychologique: Il concerne les sensations de confort éprouvées par l’homme et la
qualification des ambiances intérieures.
II.
Les paramètres affectant le confort thermique :
La sensation de confort thermique est reliée à plusieurs paramètres, à savoir :
- Les paramètres physiques d’ambiance qui sont la température de l’air, la température moyenne
radiante, la vitesse de l’air et l’humidité relative de l’air.
- Les paramètres liés à l’individu, qui sont multiples, on recense notamment deux paramètres
principaux qui sont l’activité et la vêture de l’individu.
- Les Paramètres liés aux gains thermiques internes, gains générés dans l’espace par des sources
internes autres que le système de chauffage (Éclairages, appareils électriques, postes
informatiques …).
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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
1) Paramètres liés à l’ambiance extérieure :

La température de l’air ambiant :
La température de l’air, ou température ambiante (Ta), est un paramètre essentiel du
confort thermique. Elle intervient dans l’évaluation du bilan thermique de l’individu au niveau
des échanges convectifs, conductifs et respiratoires. Dans un local, la température de l’air n’est
pas uniforme, des différences de températures d’air se présentent également en plan à proximité
des surfaces froides et des corps de chauffe.
Ainsi par exemple la réglementation thermique impose des valeurs de référence pour les
températures de l’air [2], données par le tableau ci-dessous.
Type de local
Température de l’air
Locaux ou des gens habillés normalement sont au repos ou exercent une
activité physique très légère. Par exemple : bureaux,
21°C
salles de cours, salles d’attente, salles de réunion ou de conférence.
Locaux ou des gens peu ou pas habillés sont au repos ou exercent une
activité physique très légère. Par exemple salles d’examens ou soins
23 à 25°C
médicaux, vestiaires.
Locaux ou des gens habillés normalement exercent une activité physique
très légère. Par exemple ateliers, laboratoires, cuisines.
17°C
Locaux ou des gens peu habillés exercent une grande activité physique.
17°C
Par exemple salles de gymnastique, salle de sport.
Locaux qui ne servent que de passage pour les gens habillés
normalement. Par exemple corridors, cages d’escalier, vestiaires,
17°C
sanitaire.
Locaux uniquement gardés à l’abri du gel. Par exemple garages,
5°C
archives.
Tableau 2: les valeurs de référence pour les températures de l’air

La vitesse de l’air :
La vitesse de l’air joue un grand rôle dans les échanges convectifs et évaporatoires, elle intervient
dans la sensation de confort thermique de l’occupant dès qu’elle est supérieure à 0,2 m/s. Toutefois, à
15
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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
l’intérieur des bâtiments, ces vitesses demeurent limitées, ne dépassant pas généralement cette vitesse,
sauf en cas de mauvaise conception du bâtiment ou du système d’aération. Elle peut, en revanche, être
tenue pour responsable de l’apparition d’inconforts locaux, liés à la présence de courants d’air froids ou
chauds localisés.

L’humidité relative de l’air :
L’humidité relative de l’air influence les échanges évaporatoires cutanés, elle détermine la
capacité évaporatoire de l’air et donc l’efficacité de refroidissement de la sueur. Entre 30% et 70%,
l’humidité relative influence peu la sensation de confort thermique. Une humidité trop forte dérègle la
thermorégulation de l'organisme car l'évaporation à la surface de la peau ne se fait plus, ce qui
augmente la transpiration, le corps est la plupart du temps en situation d'inconfort.
2) Paramètres liés à l’individu :

La vêture:
Les vêtements permettent de créer un microclimat sous-vestimental, à travers leurs résistances
thermiques, en modifiant les échanges de chaleur, entre la peau et l’environnement. Leur rôle essentiel
est de maintenir le corps dans des conditions thermiques acceptables, été comme hiver.
La vêture a un rôle primordial d’isolant thermique, notamment en période hivernale et dans
toutes les ambiances froides, ce rôle est pris en compte à travers la définition d’un indice de vêture,
exprimé en Clo, caractérisant la résistance thermique d’un vêtement (figure2).
00
0,1
0,3
0,5
0,8
1,0
1,5
3
Clo
Figure 2 : valeurs exprimées en Clo des tenues vestimentaires

L’activité :
L’activité est un paramètre essentiel pour la sensation thermique de l’individu, définissant
directement le métabolisme de l’individu, c’est à dire la quantité de chaleur produite par le corps
16
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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
humain. Dans le cas d’une très forte activité, elle peut être responsable de sensations d’inconfort chaud,
même en présence de conditions météorologiques très favorables. Il est à noter toutefois que, dans le
cas d’une activité classique de bureau, les plages de variation du métabolisme demeurent limitées.
3) Paramètres liés aux gains thermiques internes :
Avec l’essor de la technologie et des besoins électriques (éclairage, électroménager,…), les
apports de chaleur internes ont fortement augmenté. Les appareils électriques transforment en effet
quasiment toute l’énergie qu’ils consomment en chaleur. Les postes informatiques sont également de
vraies sources de chaleur et les occupants constituent eux aussi une autre source d’apports internes par
leur métabolisme.
Le confort de l’espace est directement influencé par le taux de ces gains internes (figure3), on
peut dire que ces apports sont inévitables dès lors que les locaux sont habités.
Figure 3: Gain thermique interne d'un espace
Figure 4: valeur de métabolisme
4) Le métabolisme :
Le métabolisme (noté M) qui s’exprime en
Met, représente la quantité de chaleur, produite par le
corps humain, par heure et par mètre carré de la
surface du corps au repos ainsi que la chaleur produite
par l’activité humaine. C’est une grandeur toujours
positive non nulle, l’activité métabolique minimale
vitale est évaluée à 0,7 Met, mais cette valeur est en
fonction des paramètres physiologiques, notamment le
poids, la taille, et le sexe.
17
FST ERRACHIDIA
Confort thermique des bâtiments
III.
LST : Énergie renouvelable
Les échanges thermiques du corps humain :
Le corps humain en tant que système ouvert, est en interaction permanente avec son
environnement via des échanges cutanés et respiratoires. La production de chaleur métabolique
produite dans le corps peut être mise à profit d’une élévation de la température interne, ou bien être
dissipée à l’extérieur.
Ces échanges thermiques suivent cinq modes différents qui sont, la conduction, la convection, le
rayonnement, l’évaporation et la respiration.
1) Les échanges de chaleur par conduction
La conduction concerne l’échange de chaleur par contact direct entre
certaines parties du corps et une surface de température différente (le sol, les
parois ou le mobilier).
2) Les échanges de chaleur par convection
La convection est le transfert de chaleur entre la peau et l'air qui l'entoure.
Elle dépend de la différence entre la température de l’air et celle de la surface
exposée, peau ou vêtement.
3) Les échanges de chaleur par rayonnement
L’échange par rayonnement est le mode d’échange de chaleur à distance
entre deux corps par ondes électromagnétiques. Il s’agit principalement
d’échanges, entre la surface du corps et les surfaces de la pièce. Ainsi, des
inconforts froids peuvent être perçus par rayonnement à proximité des parois
froides (exemple : mur mal isolé, fenêtre simple vitrage).
4) Les échanges de chaleur par évaporation :
Nous distinguons deux types d’évaporation cutanée, à savoir :

La perspiration est un phénomène d’évaporation diffusive continue
liée à la présence permanente d’eau sur la peau. La quantité d’eau
évaporée par perspiration est fonction des conditions
hygrométriques de l’air ambiant, mais avoisine 11 g/h par m² de peau.

La transpiration (sudation) est un processus de régulation qui se déclenche dès lors que le
corps n’est plus en équilibre thermique.
18
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Confort thermique des bâtiments
IV.
LST : Énergie renouvelable
Évaluation du confort thermique :
Des indices thermiques, des tentatives ont été effectuées pour combiner les facteurs
environnementaux sous forme d’outils graphiques qui permettent de prédire des zones de confort, ces
outils sont également développés pour permettre d’obtenir des bâtiments confortables, adaptés aux
variables climatiques.
De nombreux travaux de recherche [1], réalisés à l’intérieur des bâtiments ou dans des conditions
expérimentales parfaitement contrôlées en laboratoire, ont recensé les principales causes d’inconfort et
ont permis d’établir un certain nombre d’indices, nommés « indices de confort thermique », qui sont en
général définis en fonction de la température et de la vitesse de l’air.
Nous ne citerons ici que les indices les plus couramment utilisés dans l’ensemble des normes de confort.
1) Le PMV (Vote Moyen Prévisible)
Le PMV permet de mesurer une sensation thermique globale du corps humain à partir du
métabolisme et donne la moyenne des votes en référence à une échelle de sensation thermique. Les
valeurs de l’indice PMV varient entre -3 et 3 comme l’indique le Tableau 3. En constatant que les
questionnaires utilisés pour évaluer le confort peuvent omettre certaines situations de confort, le PMV a
avancé le postulat suivant : « Sont déclarées inconfortables toutes les personnes ayant des sensations
supérieures à l’échelle 2 ou inférieures à l’échelle -2 ». Il a ensuite associé le PPD (Pourcentage Prévisible
D'insatisfaits) qui exprime le pourcentage des sujets «insatisfaits» de manière générale.
VALEURS DE
L’INDICE PMV
SENSATION
THERMIQUE
+3
+2
Chaud
Tiède
+1
Légèrement
0
-1
-2
-3
Neutre
Légèrement
Frai
Froid
Frais
s
tiède
Tableau 3: Correspondances entre PMV et échelle des sensations thermiques
2) Le PPD (Pourcentage Prévisible D'insatisfaits)
À cause des différences physiologiques, il s'est avéré impossible de satisfaire tout le monde en
réunissant des conditions "idéales", et Le PPD (pourcentage prévisible d'insatisfaits) exprime sous forme
de pourcentage les sujets « insatisfaits » d’une ambiance thermique déterminée. Par contre, il est possible
de créer un environnement dans lequel le pourcentage de personnes satisfaites est maximum, qui
correspond aux conditions optimales de neutralité thermique du corps humain. Il reste néanmoins, en
moyenne, 5 % d'insatisfaits lorsque le PMV est nul, comme le montre le tableau 4. La norme ISO 7730
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LST : Énergie renouvelable
stipule que pour se situer dans la zone de confort thermique, il faut satisfaire les conditions de PMV et de
PPD suivants :
-0,5 < PMV < 0,5 soit PPD < 10 %
7
6
5
Figure 5: Correspondances entre PMV et PPD
3) La température de l’air ambiant (Ta) :
Elle représente l’indice le plus utilisé pour le contrôle des ambiances en intérieur du fait de la
simplicité de sa mesure. Ce paramètre ne présente pas de grosses difficultés de mesure et d’évaluation,
mais revêt un caractère toutefois limité pour la caractérisation complète du confort. Indice connu de tous,
la température de l’air sera donc largement utilisée comme indice de confort dans le cas d’un contrôle peu
strict du confort thermique. Il est utilisé pour définir les consignes de température références pour les
installations de chauffage en période hivernale et climatisation en période estivale.
Conclusion :
L’environnement thermique est caractérisé par trois grandeurs physiques (la température de l’air,
l’humidité et la vitesse de l’air). Ces variables réagissent avec l’activité et la vêture du corps humain pour
établir son état thermique et constituent ensemble les six paramètres de base des échanges thermiques
entre l’homme et son environnement.
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LST : Énergie renouvelable
CHAPITRE 2 : Déperditions thermique d’une habitation
21
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Confort thermique des bâtiments
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Introduction :
Le choix des matériaux, la disposition des locaux, les percements, l’orientation et la modénature
des façades, les fermetures et l’aménagement des espaces adjacents sont les points importants pour la
réalisation d’un maintien naturel d’ambiances thermiques intérieures confortable ou proche du confort.
Une revue générale sur les techniques passives de contrôle de l’ensoleillement, déjà employées dans
l’architecture traditionnelle et contemporaine est nécessaire. Ces techniques peuvent apporter des
réponses, à prendre en compte dans l’amélioration des conditions de confort intérieure.
L’effet d’implantation et d’orientation d’un bâtiment
I.
:
1) L’effet d’implantation :
Le choix d’implantation d’un bâtiment influence directement sur le degré de confort thermique
que ce dernier peut procurer à ses occupants, à cause de l’incidence du soleil, des vents dominants sur son
enveloppe et de sa situation dans son environnement. Le processus de conception des bâtiments
confortables, consiste en la recherche d’une méthode de création qui intègre tous les éléments importants
de l’environnement, du site et du climat que nous résumons dans le tableau 5 :
Environnement
- Type de région
- Nature du sol
- Végétation
- Profil du terrain
- Altitude et la
latitude
- Vue
- Bruit ………etc
Climat
- L'ensoleillement
- Température
- Type de temps
- Luminosité
- Précipitations
- Humidité
- vent ………..etc
Autres
- le contexte urbain
- législation
-Matériaux locaux
- Eau, gaz, électricité
- Alimentation en eau………..etc
Tableau 4 : Éléments d’analyse pour localiser un bâtiment confortable.
Une bonne implantation recherche à bénéficier au maximum :
- De protections naturelles au vent et au soleil estival par la topographie du terrain naturel et la végétation
existante.
- De l’ensoleillement hivernal en évitant les masques portés par la végétation, le relief et l’environnement
bâti.
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2) L’effet d’orientation :
Le choix d’une orientation est soumis à de nombreuses considérations, telles que la vue, dans
différentes directions, la position du bâtiment par rapport aux voies, la topographie du site, la position des
sources de nuisances, le rayonnement solaire et ses effets d’échauffement, ainsi que la ventilation en
rapport avec la direction des vents dominants. Il place le concept de l’orientation parmi les éléments
influant sur les ambiances intérieures d’un bâtiment.
II.
Les matériaux de construction :
1) Les performances thermiques des matériaux de construction :
Les matériaux reçoivent différemment le rayonnement selon leur degré de transparence ou d’opacité,
leur couleur ou leur texture de surface. Mais ils ont aussi des caractéristiques thermiques particulières
tenant à leur structure et à leur masse qui leur permettent de gérer différemment les apports caloriques.
Ces caractéristiques thermiques seront prises en compte dans la conception des parois, qui auront pour
mission première selon les cas de capter, de stocker, de transmettre et/ou de conserver les calories. Ces
caractéristiques thermiques des matériaux sont de deux ordres:

Les caractéristiques statiques :
Comment tel matériau se comporte-t-il en présence d’un flux thermique indépendamment du temps
de réaction, ce sont la conductivité et la capacité thermique.
 Les caractéristiques dynamiques :
Ce sont la diffusivité et l’effusivité. Elles font en plus intervenir le facteur temps. En confort
thermique, les transferts thermiques qui nous intéressent, ceux issus des événements climatiques
extérieurs et ceux des apports intérieurs, sont variables dans le temps, voire rythmiques. Pour bénéficier
au mieux de cette rythmicité, la prise en compte des caractéristiques dynamiques des matériaux est
essentielle.
 La conductivité thermique (λ) :
La conductivité thermique est la propriété qu’ont les matériaux de transmettre la chaleur par
conduction. Elle est exprimée en watt par mètre Celsius (W/m°C). La conductivité thermique propre à
chaque matériau permet de quantifier le pouvoir isolant des parois, c'est-à-dire leur aptitude à s’opposer
au passage des calories contenues dans l’air. Plus la conductivité thermique d’un matériau est grande,
plus ce matériau sera conducteur et plus la conductivité est faible, plus il sera isolant.
23
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 La capacité thermique (ρc) :
La capacité thermique d’un matériau désigne son aptitude à stocker de la chaleur. Symbolisée
ρc, elle est exprimée en watt heure par mètre cube Kelvin (Wh/m³. K) Plus la capacité thermique d’un
matériau est grande, plus la quantité de chaleur à lui apporter pour élever sa température est importante.
Autrement dit, plus grande est sa capacité de stockage des calories avant que sa température ne s’élève.
 La diffusivité thermique (a) :
La diffusivité thermique d’un matériau exprime son aptitude à transmettre rapidement une
variation de température. Elle croit avec la conductivité et décroit avec la capacité thermique, elle
s’exprime en mètre carré par heure (m² /h) Plus la diffusivité est faible, plus le front de chaleur mettra du
temps à traverser l’épaisseur du matériau : le temps entre le moment où elle atteint l’autre face
(déphasage) s’en trouve augmenté.

L’effusivité thermique (b) :
À la différence de la diffusivité thermique qui décrit la rapidité d’un déplacement des calories à
travers la masse d’un matériau, l’effusivité décrit la rapidité avec laquelle un matériau absorbe les
calories. Symbolisée b (quelque fois Ef), elle s’exprime en Watt racine carré d’heure par mètre carré
Kelvin (W.h½ /m². K) Plus l’effusivité est élevée, plus le matériau absorbe de l’énergie sans se
réchauffer notablement. Au contraire, plus elle est faible, plus vite le matériau se réchauffe.
 La résistance thermique d’un matériau :
La résistance thermique d’un matériau caractérise sa capacité à ralentir le transfert de chaleur
réalisé par conduction. Elle s’exprime en m2.K/W Elle est calculée avec la formule suivante : R= e / λ.
-
R : résistance thermique en m².K/W
-
e : épaisseur du matériau en mètre
-
λ : conductivité thermique du matériau en W/(m.K)
 La résistance thermique totale d’une paroi homogène :
Caractérise la somme des transferts de chaleur réalisés par conduction au sein des matériaux et des
échanges thermiques superficiels réalisés par convection et rayonnement. Elle se calcule en additionnant
les résistances thermiques des différents constituants de la paroi et les résistances superficielles
correspondantes et s’exprime en m².K/W.
Rparoi = ∑R + Rsi + Rse
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 Le coefficient de transmission thermique U:
Le coefficient de transmission thermique U traduit la quantité de chaleur s’échappant au travers
d’une paroi de 1m² pour un différentiel de 1 degré. il s’exprime en W/(m².K).
U = 1/Rparoi
Tableau 5: Exemple des Matériaux de construction
25
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2) Les isolants thermiques de l’enveloppe :
Isoler, consistera à réduire les déperditions. L’isolation thermique est la propriété que possède un
matériau de construction pour diminuer le transfert de chaleur entre deux ambiances. Elle permet à la fois
de réduire les consommations d’énergie de chauffage ou de climatisation (limite les déperditions en hiver
et les apports de chaleur en été), et d’accroître le confort (maintien les températures et l’hygrométrie aux
niveaux de confort d’été comme d’hiver et règle le problème de parois froides en hiver ou chaudes en
été).
Une maison chauffée perd sans arrêt une partie de sa chaleur, à travers son enveloppe, comme le
montre la figure 5.
Figure 6: répartition des déperditions thermiques
Outre la faible conductivité, d’autres qualités sont à rechercher dans un isolant comme:
•
Une bonne résistance mécanique.
•
L’ininflammabilité.
•
Résistance a la diffusion de vapeur d’eau
•
Le cout
•
La résistance aux attaques des rongeurs.
Il y a plusieurs types d’isolants, présents sur le marché sous différentes formes :

Matériaux minéraux : la laine de verre, la laine de roche.

Matériaux fibreux organiques : cellulose, chanvre, mousse organique (le polystyrène
expansé ou extrudé).

Mousse inorganique : mousse de verres, vermiculite, la perlite, béton cellulaire.

Matériaux ligneux : liège, bois léger, paille agglomérée.
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3) Vitrages et propriétés thermiques :
Les baies vitrées et leurs distributions sur l’enveloppe sont des paramètres essentiels lors de la
conception d’un bâtiment. Leur premier rôle est d'assurer le confort visuel et thermique des occupants et
de gérer les apports solaires en toute saison. Par conséquent, l’évaluation des aspects positifs et négatifs
de la paroi transparente, exige une grande attention à plusieurs éléments ; comme le type de vitrage, la
position, l’orientation et le type de protection solaire associée…etc.
Compte tenu de ses effets sur l'éclairage naturel et son potentiel sur les apports solaires, les vitrages
se caractérisent par deux principaux facteurs thermiques, à savoir :
 Le facteur solaire (g) :
Le coefficient de transmission énergétique, dit « facteur solaire », représente le pourcentage d’énergie
solaire incidente, transmise au travers d’une paroi vitrée à l’intérieur d’un local ; plus basse sera la
quantité, moins il aura d’effet de serre, plus grand sera le confort d’été.
 Le facteur thermique (U):
Le coefficient de transmission thermique exprime la quantité de chaleur traversant un mètre carré de
vitrage par degré de différence entre la température intérieure et extérieure. Plus le coefficient est bas,
meilleure est l’isolation thermique du vitrage.
Tableau 6: Types de vitrage
27
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4) L’inertie thermique du bâtiment :
La notion d'inertie exprime une "résistance" propre à un changement d'état ou de régime, donc à
des phénomènes dynamiques. Ce changement d’état peut être provoqué soit par des variations de la
température extérieure, ou par des variations de flux dissipées à l’intérieur du bâtiment. Elle désigne
l’ensemble de caractéristiques thermo physiques d’un bâtiment qui le font résister à la variation des flux
d’énergie (ou de chaleur) qui s’exercent sur lui. Elle est conditionnée par la capacité thermique du
matériau, qui exprime sa faculté d’absorber et à stocker de l’énergie. Ainsi, une construction à forte
inertie thermique permet de conserver une température stable et de se réchauffer ou de se refroidir très
lentement, alors que les constructions à faible inertie, comme nous le constatons dans la figure 7, suivent
sans amortissement ni retard les fluctuations de la température extérieure. Une inertie suffisante génère
du confort et une économie d’énergie.
Figure 7:Evolution des températures dans une maison individuelle pour trois niveau d’inertie.
III.
Calcul des Déperditions thermiques :
1) Déperditions thermiques :
Les déperditions représentent la quantité d'énergie qu'il est nécessaire d’émettre en œuvre pour
chauffer une pièce, un bâtiment. Les déperditions surfaciques au travers les parois ajoutés aux
déperditions par renouvellement d'air (pour réchauffer l'air neuf) donnent les déperditions nécessaires
pour le chauffage. Elles sont calculées en Watts et donnent une puissance à couvrir par le système de
chauffage. Elles tiennent compte de l'écart de température intérieure et température extérieure,
autrement dit delta T.
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2) Calcul des déperditions
Ici nous nous arrêterons à deux méthodes de calcul simplifiées qui permettent de faire
une évaluation de ses déperditions.
a) Méthode de calcul par coefficient G :
Le G est le coefficient de déperdition volumique du bâtiment, il s’exprime en Watt par
mètre cube et par degré.
Déperdition = G x V x ΔT
G: coefficient de déperdition globale (W/m3.°C)
• 0,65 W/°C m3 isolation norme RT 2005
• 0,75 W/°C m3 isolation norme RT 2000
• 0,9 W/°C m3 constructions après 1980
• 1,2 W/°C m3 constructions moyennement isolées
• 1,8 W/°C m3 constructions non isolées
V : volume du bâtiment (m3)
ΔT: différence de température entre l'intérieur (19 ou 20°), et l'extérieur (Température de base
hiver du lieu d'habitation).
b) Méthode de calcul par le coefficient Ubat :
Cette méthode de calcul plus complète est préconisée par le centre d'études et de
formation du génie climatique.
Déperditions= Dp x (Tde confort – Text base)
Il faudra d'abord calculer la valeur de Dp qui est le coefficient de déperditions du bâtiment
(W/K).
Dp = Ubat x Sdép + R x Vh
Ubat : représente la déperdition thermique totale moyenne d'un bâtiment (toutes
parois)(W/m².K),pour une précision optimale ce coefficient se calcule pour chaque paroi.
Valeur empirique de Ubat .
• 0,3 : maison avec une isolation exceptionnelle.
• 0,4 : excellente isolation sans ponts thermique.
• 0.75 : pour les maisons à isolation conventionnelle "RT2005" et réalisées entre 2007 et 2012
• 0.8 : pour les maisons à isolation conventionnelle "RT2000" et réalisées entre 2001 et 2006
• 0.95 : Pour les maisons construites entre 1990 et 2000
• 1.15 : Pour les maisons construites entre 1983 et 1989
• 1.4 : Pour les maisons construites entre 1974 et 1982
• 1.8 : maison non isolée (murs, combles) et à menuiseries simples vitrage.
Sdép : somme des surfaces des parois [m²]
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Vh : volume habitable de la zone traitée [m³]
R : coefficient fonction du type de ventilation
LST : Énergie renouvelable
VMC autoréglable : R = 0,2
VMC hygroréglable : R = 0,14
Tde confort: Température de confort
T ext base : Température extérieure de base du lieu d'habitation
Conclusion :
Dans ce chapitre on a cité les différentes paramètres qui influent sur le confort thermique d’une
habitation (l’implantation l’orientation et matériaux de constructions) et dans la suite on a donné
deux méthodes pour calculer les déperditions thermiques.
30
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CHAPITRE 3 : Cas d’étude Calcul des déperditions d’une villa à
Kenitra
31
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LST : Énergie renouvelable
Introduction :
Dans le but de cerner les principaux problèmes du confort thermique dans une
habitation, nous avons choisis comme cas d’étude, une villa à Kenitra, afin d’estimer les
déperditions pour comprendre son rapport avec le confort thermique.
I.
Description de l’habitation :
1) Présentation de la ville Kenitra :
a) Situation géographique :
Située au Nord-Ouest du pays, la Province de Kenitra, relevant de la Région de Rabat
Salé Kenitra, est limitée au Nord par les provinces de Larache et de Ouezzane, à l’Ouest par
l’Océan Atlantique, à l’Est par les deux Provinces de Sidi Kacem et Sidi Slimane et au Sud par la
préfecture de Salé et la province de Khémissat. Les coordonnées géographiques de Kenitra sont :
o Latitude : 34°15′39″ Nord
o Longitude : 6°34′48″ Ouest
o L’altitude par rapport au niveau de la mer : 13 m
b) Le climat de la ville Kenitra :
La région de Kenitra se situe dans la zone du climat méditerranéen avec influence
océanique. Elle présente un climat caractérisé par un hiver frais et pluvieux et un été chaud et
humide.
c) Données climatiques de la région Kenitra :
Afin de mieux caractériser le climat de la ville Kenitra, il est utile d’utiliser le logiciel
Meteonorm7 qui est destiné à déterminer les données météorologiques d’un tel site, et qui
s’étalent sur une période de dix ans, relative à la période (2001-2010).
 Rayonnement solaire
La figure 8 représente le rayonnement de la
ville de Kenitra pour la période 2001-2010.
Le mois de juillet est le mois où le
rayonnement est important (environ 240
KWh/m), tandis que le mois de décembre
présente le mois le moins important (environ
90 KWh/m²).
Cette énergie solaire peut être considérée
comme source d'énergie gratuite pour un

chauffage
solaire passif en hiver.
Figure 8: rayonnement solaire annuel à Kénitra
32
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LST : Énergie renouvelable
 Les températures
La figure 9 représente les
températures journalières maximales
et minimales, pour la période de
2001 à 2010.
Les mois les plus chauds : Juin,
juillet, août et septembre avec une
température moyenne maximale de
40°c en Juillet.
Les mois les plus froids : décembre,
janvier et février avec une
température moyenne minimale de
4°c en Janvier.
Figure 9 : les températures journalières maximales et minimales
 Les précipitations
La répartition annuelle des
précipitations est marquée par une
période courte de sécheresse dans le
mois de Juillet et août, durant
laquelle les précipitations sont très
faibles et souvent sous forme
d’orage.
La période pluvieuse est dans le mois
de novembre avec une quantité
moyenne de 110mm (figure 10).
 L’humidité
Figure 10 : La répartition annuelle des précipitations
Les valeurs moyennes de
l’humidité dépassent les 60%
pour tous les mois de l’année
2018 et varie entre un maximum
de 82 % au mois de Janvier, et
un minimum de 66 % au mois
d’Aout comme illustré dans la
figure 11.
La valeur moyenne de l’humidité
pendant l’année 2018 est 74%.
Figure 11 : Les valeurs moyennes de l’humidité
33
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Confort thermique des bâtiments
LST : Énergie renouvelable
 Le Vent
La vitesse moyenne maximale est
enregistrée du mois de Mars, alors
que la valeur minimale est
enregistrée du mois de Septembre
(figure 12). Elles varient entre 14 et
28 Km/h, avec une moyenne annuelle
de 2O Km/h. C’est un vent considéré
comme faible.
On peut utiliser le vent comme
moyen de rafraîchissement passif des
espaces intérieurs durant la nuit.
Pendant le jour, il servira à la
ventilation naturelle.
Figure 12:La vitesse moyenne du vent
2) Présentation de Villa cas d’étude:
Nous avons choisi pour cette étude, une villa, qui sera construit fin de 2019 à Alliance
Mehdia, situé à quelques kilomètres du Nord de la ville de Kenitra. Le site objet de notre étude
est sous forme d’une petite villa de forme rectangulaire, d’une superficielle totale de 132 m² dont
60 m² seulement sera construite.
La villa est constituée par :
 Un jardin en amant.
 Une zone habitable qui se décompose en trois niveaux :

Le premier niveau contient le sous-sol.

Le deuxième niveau contient un salon une cuisine et une salle de bain.

Le troisième niveau contient deux chambres à coucher et une salle de bain.
 Un jardin en aval.
Le plan de l’architecture (voir annexe 1 et annexe 2) montre la répartition et les différentes
dimensions des éléments de l’habitation.
34
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Confort thermique des bâtiments
II.
LST : Énergie renouvelable
Calcul des déperditions :
Dans ce cas d’étude on va utiliser deux méthodes pour calculer les déperditions :

La première méthode consiste à utiliser un fichier Excel qui regroupe les différentes
équations et paramètres qui interviennent dans le calcul des déperditions.

La deuxième méthode par l’utilisation du logiciel TRNSYS.
1) Calcul des déperditions par fichier Excel :
a) Calcul de coefficient de transmission thermique K (ou bien U) :
Le fichier Excel nous permet de calculer le coefficient de transmission thermique à partir
des caractéristiques de chaque couche (conductivité, épaisseur…).
Tableau 7:coefficient de transmission thermique
b) Calcul des déperditions thermiques:
De même pour calculer les déperditions thermiques de chaque pièce il faut introduire les
dimensions de la pièce (longueur, largeur et hauteur), le coefficient de transmission thermique K
et la différence de la température (DT) entre l’intérieure et l’extérieure de l’habitation.
35
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Tableau 9: déperdition thermique dans le sous-sol
Tableau 11: déperdition thermique dans la cuisine
LST : Énergie renouvelable
Tableau 8: déperdition thermique dans le salon
Tableau 10: déperdition thermique dans chambre parent
Tableau 12: déperdition thermique dans la chambre des enfants
36
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LST : Énergie renouvelable
2) Calcul des déperditions par TRNSYS :
TRNSYS est un logiciel de simulation numérique du comportement thermique des
bâtiments et de leurs équipements développés par CSTB (Centre Scientifique et Technique des
Bâtiments), TRNSYS est particulièrement utile pour étudier avec précision des systèmes dont le
comportement thermique est dynamique. TRNSYS permet, par exemple, de calculer avec
précision les consommations énergétiques, d'évaluer les performances thermiques de systèmes
très divers, d'effectuer des analyses de sensibilité en vue d'optimiser la conception d'un système
énergétique, etc. Il possède une bibliothèque standard d'environ 50 composants (modèles
génériques de bâtiments, de pompes à chaleur, de composants de réseaux hydrauliques, etc.)
cependant, il donne la possibilité de créer des propres bibliothèques de modèles.
On utilise TRNBuild pour saisir les informations nécessaires aux calculs des déperditions à
travers la description de l'enveloppe (matériaux, épaisseur des couches et paramètres thermophysiques), les fenêtres, le chauffage/ refroidissement, la ventilation, l'infiltration, les gains et le
taux d’occupation de la villa (figure 14).
Figure 13: Interface TRNBuild
37
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LST : Énergie renouvelable
La villa peut être décomposée en plusieurs zones distinctes. Pour ce faire, il faut définir les
zones, et pour chacune d’elles, on doit définir les parois (opaques et vitrées), c'est-à-dire leurs
compositions et leurs orientations, spécifier les gains, les infiltrations, la ventilation, le
chauffage, la climatisation, le confort et l’humidité comme illustré dans la figure 14.
Figure 14: interface d'insertion des paramètres
La simulation a été effectuée sous des conditions climatiques réelles, mesurées à Kénitra
par le logiciel Méteonrm7. Les résultats annuels simulés par TRNSYS sont représentés dans les
figures 15, 16, 17, 18 et 19 :
a) La température extérieure annuelle :
Figure 15 : La température extérieure annuelle
38
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LST : Énergie renouvelable
On observe d’après la simulation (figure 15) que la température extérieure varie entre 4°C
comme valeur minimale relevée en mois de février et 38°C relevée en mois de juillet comme
valeur maximale.
b) Température ambiante dans le Rez-de-chaussée sans activation de système de
chauffage
Figure 16: La simulation annuelle de la température ambiante dans le rez de chaussée
La figure 16 représente la température ambiante annuelle dans le rez-de-chaussée constitué
d’un salon et une cuisine. On constate une variation de la température intérieure ambiante dans le
rez-de-chaussée varie entre 8°C et 30°C dans les mêmes périodes que la température extérieure.
c) Température ambiante dans le Rez-de-chaussée avec activation de système de
chauffage
Le profil de la température ambiante, la puissance et l’énergie consommée dans le Rez-dechaussée, après avoir activé notre profil de chauffage qui s’active dès que la température
ambiante est inférieure à la température de confort choisi à 20° C, sont présenté dans les figures
17, 18, 19 et 20 :
39
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Confort thermique des bâtiments

LST : Énergie renouvelable
La température ambiante intérieure annuelle:
Figure 17: La température ambiante intérieure annuelle
On remarque que la température ambiante intérieure est toujours supérieure à 20 °C causé par
l’activation de système de chauffage.

La puissance annuelle consommée par le système de chauffage dans le
Rez-de-chaussée :
Figure 18: La puissance annuelle consommée par le système de chauffage
La puissance annuelle consommée par le système de chauffage atteint des valeurs crêtes
dans la période hivernale qui corresponde à des températures inférieures à 20°C, par contre dans
la période estivale la puissance consommée est presque nulle puisque la température est presque
toujours au-dessus de la température de confort (figure 18).
40
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
LST : Énergie renouvelable
L’énergie annuelle consommée par le système de chauffage dans le
Rez-de-chaussée :
La même constatation pour l’énergie consommée, elle dépende de deux périodes
hivernales et estivales.
Figure 19: L’énergie annuelle consommée par le système de chauffage
d) Les déperditions thermiques :
Pour déterminer les déperditions thermiques pour les différentes zones de cette villa, il
faut chercher la valeur maximale de la puissance consommée pendant toute l’année
lorsque le système de chauffage est activé et réglé à la température de confort (20°C).
NB :
o D’après la figure 18 la déperdition thermique dans le salon vaut 1560 Watts, et le
déperdition thermique dans la cuisine vaut 698 Watts.
o Nous avons effectués la même simulation pour les autres pièces (sous-sol et les chambres
à coucher) afin de déterminer les déperditions thermiques.
3) Interprétation des résultats :
Le tableau 13 regroupe les valeurs de déperditions des différentes pièces de la villa calculée par
les deux méthodes :
41
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Valeur de la déperdition surfacique (Watts)
Pièce
Excel
TRNSYS
Sous-Sol
2374
2250
Salon
1465
1560
Cuisine
755
698
Chambre des parents
1319
1120
Chambre des enfants
1554
1220
Total
7467
6848
Tableau 13: comparaison des déperditions

On observe une petite différence entre les deux résultats car le logiciel TRNSYS est un
logiciel dynamique qui prend en compte la variation de température à chaque heure
pendant toute l’année, et aussi il tient compte des caractéristiques dynamiques des
matériaux de construction (effet d’inertie). Par contre dans le fichier Excel la température
extérieure est fixe (température de base) et on ne considère que les caractéristiques
statiques des matériaux de construction.

TRNSYS nous permet de calculer l’énergie mensuelle et annuelle consommée par
l’habitation.

Pour assurer le confort thermique en hiver à cette habitation il faut préserver une
puissance de l’ordre de 9 KW.
Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons calculé les déperditions thermiques des différentes pièces
de l’habitation ce nous permet dans la suite d’étudier le dimensionnement de l’installation de
système de chauffage convenable afin de compenser les pertes thermiques dans cette habitation
c’est-à-dire d’avoir la sensation de confort thermique.
42
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LST : Énergie renouvelable
CHAPITRE 4 : Amélioration du confort thermique hivernal
d’une habitation à Kénitra
43
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LST : Énergie renouvelable
Introduction :
Aujourd’hui, 50 % de la population mondiale vit dans des villes et passe près de 90 % de
son temps à l’intérieur [3]. Les bâtiments deviennent de vraies machines thermiques dont
l’objectif est le maintien des conditions climatiques favorables à l’être humain. L’individu réagit
en permanence à cet environnement de manière consciente et inconsciente. C’est grâce à la
définition des mécanismes physiologiques, physiques et psychologiques que l’on peut approcher
une définition du confort thermique.
Les réglementations thermiques successives ainsi que le développement de l’industrie ont
conduit les concepteurs à produire des bâtiments où le chauffage, la climatisation, la ventilation...
sont maitrisés par des systèmes techniques de plus en plus complexes. Ces systèmes,
consommateurs d’énergie permettent d’accéder au confort mais ce-dernier est alors standardisé
et coupé de son environnement thermique extérieur.
I.
Isolation thermique :
1) L’intérêt de l’isolation thermique :
Voire améliorer le système de chauffage actuel pour avoir chaud dans l’hiver, Ceci est loin
d’être la meilleure solution et en tout cas pas la moins onéreuse à moyen long terme, surtout avec
l’augmentation du prix des énergies. Or a montré qu’une augmentation de 1°C pouvait conduire
à une augmentation de la consommation énergétique de 7 à 20 % en fonction de la performance
des bâtiments étudiés.
Il faut savoir qu’une bonne isolation est bénéfique à plusieurs titres. Tout d’abord, cela
permet de faire des économies puisque les factures de chauffage diminuent. Ensuite, cela évite
les problèmes d’humidité. Enfin, une bonne isolation améliore le confort de logement.
Figure 20 : Exemple d'isolant thermique
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De façon générale l’isolation des habitations et défèrent :

Habitation neuf : choisir une isolation à haute performance, limiter au minimum les
besoins en consommations de chauffage et de refroidissement et donc de limiter aussi la
facture d'énergie sans rogner sur le confort.

Habitation en rénovation : agir sur l'association "isolation des parois et ventilation
mécanique + fenêtres et occultations", c’est diviser au moins par deux les consommations
d’énergie et donc par deux le montant de la facture. Cette première phase permet déjà de
réduire l’essentiel des déperditions de chaleur et donc la consommation d’énergie avec un
bon confort.
Parmi les techniques d’isolations [8] on trouve :

Isolation de la toiture : jusqu’à 30% d’économie.

Isolation des murs : -20% sur la facture de chauffage.

Isolation des fenêtres et châssis pour un confort garanti.

Eviter les pertes de chaleur (figure 21).
Habitation non isolée
Habitation non isolée
Figure 21: Habitation non isolée / isolée
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2) L’effet d’isolation sur une pièce de l’habitation:
Afin de monter l’effet d’isolation sur une pièce de l’habitation on a choisi comme exemple
d’étude les déperditions thermiques d’une pièce plus particulièrement le « salon » de la villa en
question avant et après l’isolation des murs extérieurs :
a) Avant l’isolation des murs extérieurs:
Les déperditions avant l’utilisation de l’isolant dans les murs extérieurs sont résumées
dans le tableau 14 :
Tableau 14: déperdition dans le salon avant l'isolation
b) Après l’isolation des murs extérieurs:
Pour isoler les murs extérieurs de l’habitation on a choisi polystyrène expansé comme
isolant caractérisé par une épaisseur 6 cm et de conductivité égale à 0,032 W/m².K [4] (pour plus
de détail voir annexe 3).
Le nouveau coefficient de transmission thermique de mur extérieur après l’intégration de
l’isolant devient U = 0.4 W/m2°C (tableau 15) :
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Tableau 15:coefficient de transmission thermique de mur extérieur
D’où les déperditions dans le salon deviennent comme suit (tableau 16) :
Tableau 16:deperdition dans le salon après l'isolation
On constat que les déperditions thermiques dans le salon passent de 1890W (sans isolation) à
1484W (avec isolation), soit une diminution de 20 %. Par conséquent, une diminution de besoins
de chauffage qu’implique une diminution dans la facture énergétique de 20%.
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II.
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Système de chauffage :
1) Puissance nécessaire pour le chauffage :
Le but de l’installation de chauffage est de compenser les déperditions pour maintenir la
température intérieure constante. Dimensionner les systèmes de chauffage, c’est calculer
la puissance utile nécessaire pour y parvenir lors des conditions extrêmes : lorsque la température
extérieure est minimale, qu’il n’y a pas de soleil et/ou que les apports internes sont nuls.
La puissance d’énergie nécessaire pour le chauffage (P) égale aux déperditions(D) plus la
puissance associée à l’énergie surchauffée (Ps).
P = D + Ps
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2) Quelques types de système de chauffage :
Le tableau 17 regroupe quelques types de système de chauffage.
Tableau 17 : Quelques types des systèmes de chauffage
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3) Comment choisir un système de chauffage ?
Plusieurs équipements performants sont disponibles. Pour faire un choix sereinement, voici
des indications sur chaque système.
a) Le chauffage électrique :
o Son efficacité dépend beaucoup des émetteurs de chaleur : les convecteurs, planchers
chauffant, panneaux radiant, radiateurs à inertie ou à accumulation ont des performances
différentes.
o Son installation est peu onéreuse, mais il est coûteux à l’usage. C’est pourquoi, il ne peut
être envisagé que dans un logement parfaitement isolé, avec des émetteurs équipés
d’horloges de programmation.
o Son entretien est peu contraignant.
o Il est bien adapté aux petits espaces.
Figure 22:Le chauffage électrique
b) Le chauffage au gaz ou au fioul :
La chaudière à condensation (Figure 22) :
o Elle est robuste, fiable et efficace, surtout avec des émetteurs à basse température
(plancher chauffant, radiateur « chaleur douce »).
o Elle peut être couplée avec un système utilisant une énergie renouvelable, comme le
solaire thermique.
Figure 23: schéma de système de chauffage au gaz ou au fioul
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c) La pompe à chaleur (PAC) :
o Elle est économe à l’usage et performante, avec une efficacité énergétique saisonnière
supérieure à 100 % en mode chauffage.
o
La PAC géothermique est la plus
efficace : elle récupère une chaleur à peu près
constante dans le sol et n’a pas besoin d’appoint pour satisfaire tous les besoins de
chauffage.
o
La PAC aérothermique valorise bien la chaleur puisée dans l’air mais est plus sensible
aux variations de la température extérieure. Par conséquent, son rendement est variable,
ce qui nécessite un système d’appoint, le plus souvent électrique et intégré au système.
o Elle est coûteuse à l’achat et plus vite rentabilisée dans un logement avec des besoins de
chauffage importants.
o Les pompes à chaleur peuvent encore améliorer leurs performances, grâce à la recherche
d’autres sources de chaleur comme celle de l’air extrait par la ventilation ou de l’eau
usée.
Figure 24: Schéma de l'installation de la pompe à chaleur
d) Le chauffage au bois :
o La chaudière et le poêle à granulés sont les plus efficaces.
o Les poêles sont moyennement onéreux, les plus chers n’étant pas forcément les plus
performants. L’aspect esthétique influe sensiblement sur le prix.
o Une zone de stockage pour le bois est nécessaire.
o Il faut veiller à la bonne évacuation des fumées.
o L’installation d’un ballon tampon permet d’allonger la durée de vie de la chaudière à
bois. Il stocke la chaleur produite en surplus et la restitue plus tard.
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Figure 25:Le chauffage au bois
e) Le chauffage solaire :
o Il est économe à l’usage.
o Il peut être couplé à une installation de chauffage central classique.
o Il permet de couvrir entre 20 et 50 % des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire
selon les conditions d’ensoleillement, la technologie utilisée et les caractéristiques de
l’installation.
o Un appoint est indispensable, il aura un impact sur la performance du système.
o Ce système est coûteux à l’achat.
Figure 26: l'installation de chauffage solaire
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Conclusion :
Un logement bien isolé conserve mieux la chaleur. Il consomme moins d’énergie pour le
chauffage et vous permet de réduire votre facture. C’est pour cela on propose au prioritaire de
l’habitation d’utiliser un isolant performant et de choisir un système de chauffage efficace.
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CONCLUSION GENERALE
Cette dernière décennie, le confort thermique constitue un enjeu majeur dans le secteur du
bâtiment tant pour la qualité des ambiances intérieures que pour les impacts énergétiques
et environnementaux dont il est responsable.
Pour situer le problème du confort thermique, nous avons analysé les connaissances
existantes en matière de confort thermique dans le bâtiment à travers une étude
bibliographique. Cette étude nous a permis de comprendre la complexité de ce sujet.
L’objectif visé à travers ce travail de recherche, est d’étudier la problématique du confort
thermique relative à notre cas d’étude (la villa de Kenitra), chercher une adéquation entre la
conception du bâtiment, le climat et l’environnement dans lequel il est intégré pour améliorer le
confort thermique. A cet effet, un des aspects de notre étude est basée sur le calcul des
déperditions thermiques de la villa par deux méthodes (logiciel TRNSYS et des données EXCEL).
Ce qui donne une idée générale sur les besoins de chauffage. En fin on trouve que l’isolation
thermique de l’enveloppe démunie le facteur énergétique de chauffage, dans la suite on a cité
quelque système de chauffage (Le chauffage solaire, Le chauffage au bois, La pompe à chaleur
(PAC), Le chauffage au gaz ou au fioul et Le chauffage électrique).
Le fait d’utiliser l’énergie solaire pour le chauffage de l’habitation permettra de préserver
les combustibles dits fossiles et de les employer à des usages plus spécifiques que la simple
production de chaleur. Donc un geste pour l’environnement.
Les équipements ne coûtent plus rien une fois installés. Le chauffage solaire est un système
fonctionnant en toute sécurité, car il utilise une énergie naturelle et propre qui empêchera le
rejet dans l'atmosphère de plusieurs centaines de kilogrammes d'oxyde de carbone.
Sachez également qu’on ne sera pas confronté à des frais cachés, puisque les panneaux
solaires nécessitent très peu d'entretien et de maintenance. En matière de coûts de
fonctionnement, c’est le mode de chauffage qui s’impose.
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Bibliographies
Ouvrages, publications, thèses et actes de séminaires :
1. Mémoire de magister en architecture sur le thème : Etude et évaluation du confort
thermique des bâtiments à caractère public /Cas du département d’Architecture de
Tamda (Tizi-Ouzou) - MAZARI Mohammed.
2. Mémoire de fin d’études pour l’obtention du diplôme de master en Architecture sous thème
Impact de l’orientation Sur le confort thermique dans l’habitat individuelle -Cas de Jijel-
Belarbi Lakhdar.
3. Thèse Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES/Thèse dirigée par
Patrice Moreaux et Yeoman Coulibaly et codirigée par Étienne Wurtz sous le thème : Enjeux de
la simulation pour l’étude des performances énergétiques des bâtiments en Afrique subsaharienne.
4. Guide technique sur l’isolation thermique du bâtiment au Maroc : Agence National pour le
développement des Energie Renouvelable et de l’Efficacité Energétique(ADEREE).
5. Règlement Thermique de Construction au Maroc (version simplifiée) : Agence National pour le
développement des Energie Renouvelable et de l’Efficacité Energétique(ADEREE).
Sites web :
6. Agence Régionale de l’Energie (ARENE) de Provence- Alpes – Côte d’Azur, « Confort d’été dans le
sud de la France). http://www.envirobat-med.net. (12/05/2019)
7. Bozonnet, E. « Impact des microclimats urbains sur les demandes énergétiques des bâtiments :
Cas de la rue canyon » thèse de doctorat soutenue à l’université La Rochelle, France. 2005.
(26/05/2019)
8. https://sites.google.com/site/tpeisolationthermique/my-page/qu-est-ce-que-l-isolationthermique. (20/06/2019)
9. https://conseils-thermiques.org/contenu/comparatif_materiaux_construction.php.
(02/07/2019)
10. http://herve.silve.pagesperso-orange.fr/deperditions/deperd_rt.htm. (15 /06/2019)
11. https://www.actu-environnement.com/materiels-services/produit/logiciel-trnsys-cstbsimulation-thermique-batiments-et-systemes-2473.php
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ANNEXE 1 : plan architectural de la villa
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ANNEXE 2 : plan architectural de la villa
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ANNEXE 3 : tableau comparatif des isolants
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