Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Université HASSAN II Casablanca - Faculté de sciences AIN CHOCK Licence professionnelle - Département physique Filière : Génie climatique Stage de fin d’études Simulation numérique énergétique d’un bâtiment Période de stage : 23 MAI au 23 JUIN 2022 Lieu du stage : RABAT au sein du Ministère de la Transition Energétique et du Développement durable Réalisé par : Mlle. Houda BATTAGI Encadré par : Mme. Najlae HABIBI Année universitaire : 2021/2022 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 2 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Dédicaces Notre Dieu qui m’a donné la santé, la force, le courage, la croyance et le soutien, malgré toutes les contraintes pour être là en train de vous présenter ce modeste travail. A mes parents qui ont su me guider et m’encourager tout au long de mon cursus scolaire. Que Dieu vous fasse miséricorde, comme vous n’aviez cessé de m’en procurer depuis mon enfance. A mes frères et sœurs pour leur soutien quotidien. Tous nos ami(e)s et collègues, puisse ce travail vous exprime nos souhaits de succès, et nos sincères sentiments envers vous. Toutes les personnes qui ont aidé à la contribution et à la réalisation de ce travail. 3 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Remerciements Au terme de mon stage, je présente mon profond respect et ma reconnaissance au « ministère de la transition énergétique et du développement durable » surtout la direction des « Energies Renouvelables et de l'Efficacité Énergétique» pour tous les efforts fournis afin que les stagiaires puissent améliorer leur savoir et leur compétence. Je tiens à exprimer mes remerciements à : Mr. Mohamed OUHMED, le directeur du département des Energies renouvelables et de l'efficacité énergétique pour m’offrir cette opportunité d’effectuer mon stage de fin d’études, et me permettre de découvrir clairement des nouveaux concepts dans le domaine de l'efficacité énergétique et plus précisément le secteur du bâtiment, ses acteurs, ses contraintes, etc. Mme. Najlae HABIBI, CHEF DE SERVICE DES PROGRAMMES DE L'EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE mon encadrante de stage, pour ses précieux conseils, son aide énorme et son bon traitement afin de passer ce stage dans des conditions favorables, son soutien permanent et pour tous les efforts qu’elle a fourni pour que je puisse réussir ce travail. Mme. Nouzha ALAOUI ISMAILI, Mme. Aicha LAABDAOUI, Mme. Aicha ELAMRI, Mme. Meryem BOUMEHRAZ, pour m’avoir guidé, encouragé, encadré, conseillé et soutenu pendant toute la période du stage, je tiens à mentionner le plaisir que j’ai eu de travailler avec eux. Mme. Zahra NAJAM, Mme. Rabha KHATYR, Mme. Siham OUHIMMOU, Mr. Mustapha ELALAMI, Mr. Ayoub GOUNI, Mr. Mustapha FARAJI, mes professeurs au sein de la faculté des sciences AIN CHOCK pour l'encadrement technique , pour nous former et nous ouvrir les portails de l’ingénierie de l’efficacité énergétique avec des clés d’or-de savoir et de communication. J’adresse ma profonde gratitude à tous le personnel du ministère de la transition énergétique et du développement durable pour l’accueil et le soutien qu’ils nous ont offert et à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce modeste travail. J’avoue être très touché par la gentillesse, le bon accueil et le bon travail dont j’ai été témoin durant la période du stage. Aussi, la profonde reconnaissance est pour les membres de jury d’avoir examiné, évalué et scruté ce travail. Sans omettre bien sûr de remercier profondément tous ceux qui ont contribué à la réalisation du présent ouvrage. Et enfin, que ma famille trouve ici l’expression de mes reconnaissances les plus profondes pour leur soutien, encouragement et conseils qui m’ont offert une formation dans les meilleures conditions. 4 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Résumé J’ai effectué ce stage de fin d’études à sein du Ministère de la Transition Energétique et du Développement Durable qui opère dans le domaine de « l’énergie renouvelable et l’efficacité énergétique », situé à RABAT, pendant une durée de 4 semaines. Dans ce stage, j’ai beaucoup appris dans le domaine du bâtiment et d’efficacité énergétique, ma mission était de traiter un sujet qui est sous le thème de « Simulation numérique énergétique dans le bâtiment », un bâtiment situé à la ville de CASABLANCA, tout en étudiant les performances énergétique et thermique de ce dernier, en utilisant le logiciel Designbuilder et BINAYATE. Nous avons réalisé un traitement de ce bâtiment, pour en sortir à la fin avec des résultats sous forme des graphes et table montrant ses performances énergétiques. Le premier chapitre dans mon rapport est consacré à quelques généralités sur le ministère, le deuxième, dont nous avons défini tous les paramètres et les facteurs principaux qui contrôlent les performances du bâtiment, et qui assurent le confort thermique aux occupants, le troisième chapitre est une étude de simulation numérique, thermique et énergétique d’un bâtiment réalisé dans les logiciels BINAYATE et DesignBuilder. 5 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique SOMMAIRE Dédicaces ................................................................................................................................................................... 3 Remerciements ........................................................................................................................................................... 4 Résumé ....................................................................................................................................................................... 5 SOMMAIRE .............................................................................................................................................................. 6 Liste des figures .......................................................................................................................................................... 7 Liste des tableaux ....................................................................................................................................................... 8 Liste des abréviations .................................................................................................................................................. 9 Nomenclature ........................................................................................................................................................... 10 Introduction générale ................................................................................................................................................ 11 1 2 Chapitre 1 : Généralités sur le ministère............................................................................................................. 12 1.1 Introduction ............................................................................................................................................... 12 1.2 Présentation du ministère ........................................................................................................................... 12 1.3 Stratégie : .................................................................................................................................................. 12 1.4 Organigramme du ministère ....................................................................................................................... 13 1.5 Objectifs du stage ...................................................................................................................................... 15 1.6 Apports du stage ........................................................................................................................................ 15 1.7 Conclusion ................................................................................................................................................ 15 Chapitre 2 : Généralités sur la thermique du bâtiment ........................................................................................ 16 2.1 Introduction ............................................................................................................................................... 16 2.2 Confort thermique ..................................................................................................................................... 16 2.3 Conclusion ................................................................................................................................................ 23 3 Chapitre 3 : Simulation numérique énergétique dans un bâtiment situé à CASABLANCA avec les logiciel DesignBuilder et BINAYATE ................................................................................................................................... 24 3.1 Introduction ............................................................................................................................................... 24 3.2 Composition du projet ............................................................................................................................... 24 3.3 Simulation énergétique .............................................................................................................................. 25 3.4 Simulation numérique/thermique dynamique ............................................................................................. 32 3.5 Etude sur les performances énergétique du bâtiment .................................................................................. 40 3.6 Conclusion ................................................................................................................................................ 45 Conclusion générale .................................................................................................................................................. 46 Bibliographie ............................................................................................................................................................ 47 Webographie ............................................................................................................................................................ 48 Liste des matières ..................................................................................................................................................... 49 Annexes .................................................................................................................................................................... 51 6 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Liste des figures Figure 1 Organigramme central du ministère. ............................................................................................................ 13 Figure 2 Organigramme de la direction EREE ........................................................................................................... 14 Figure 3 Confort thermique ....................................................................................................................................... 16 Figure 4 Orientation des espaces source (ADEME) ................................................................................................... 17 Figure 5 Occultation naturelle. Source : CD- Rom : réalisé par Architecture et Climat, 2001. .................................... 18 Figure 6 Echanges thermiques du corps humain avec son environnement. ................................................................ 20 Figure 7 Plage de taux d’humidité ambiante optimale d’un point de vue hygiénique .................................................. 22 Figure 8 Plage de confort température-humidité ....................................................................................................... 22 Figure 9 Logiciel BINAYATE by AMEE.................................................................................................................. 26 Figure 10 Coefficient de transmission thermique “U” ................................................................................................ 27 Figure 11 Conformité des murs avec le RTCM.......................................................................................................... 28 Figure 12 Conformité de toiture au RTCM ................................................................................................................ 29 Figure 13 Conformité de plancher au RTCM ............................................................................................................. 30 Figure 14 Resultat du conformite du coefficient de transmission sur BINAYATE ..................................................... 31 Figure 15 Logiciel DesignBuilder version 7.0.1.006. ................................................................................................. 32 Figure 16 EnergyPlus: Moteur de la simulation dynamique. ...................................................................................... 33 Figure 17 Ecran d’ouverture. ..................................................................................................................................... 33 Figure 18 Localisation du projet ................................................................................................................................ 34 Figure 19 Ecran d’édition .......................................................................................................................................... 35 Figure 20 Plan du bâtiment ....................................................................................................................................... 35 Figure 21 Modélisation 3D du bâtiment et ses donnees .............................................................................................. 36 Figure 22 Rendu texturé du bâtiment ......................................................................................................................... 36 Figure 23 Données d’activité du bâtiment................................................................................................................. 37 Figure 24 Données de construction du bâtiment ........................................................................................................ 38 Figure 25 Données des ouvertures ............................................................................................................................. 38 Figure 26 Données ECS Eau Chaude Sanitaire .......................................................................................................... 39 Figure 27 Données d’éclairage .................................................................................................................................. 39 Figure 28 Courbes et tables des différents apports thermiques et température ............................................................ 41 Figure 29 Table de DesignBuilder sur le besoin thermique ........................................................................................ 42 Figure 30 Courbes des différentes températures ......................................................................................................... 43 Figure 31 Table de DesignBuilder sur le besoin thermique après le traitement ........................................................... 44 Figure 32 Zonage climatique au Maroc ..................................................................................................................... 51 Figure 33 Le zonage climatique adopte pour le RTCM .............................................................................................. 51 Figure 34 Besoins énergétique spécifiques de chauffage et climatisation ................................................................... 52 7 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Liste des tableaux Tableau 1 Estimation du niveau d’habillement. ......................................................................................................... 21 Tableau 2 Données du projet: Modèle de base ........................................................................................................... 24 Tableau 3 Caracteristiques des murs exterieurs manuellement ................................................................................... 28 Tableau 4 Caractéristiques de toiture ......................................................................................................................... 29 Tableau 5 Caractéristiques du plancher ..................................................................................................................... 30 Tableau 6 Caractéristique du vitrage ......................................................................................................................... 31 Tableau 7 Données du projet avant et après traitement............................................................................................... 40 Tableau 8 Coefficient de transmission thermique U et résistance thermique R en résidentiel ...................................... 52 8 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Liste des abréviations AMEE : Agence Marocaine de l’Efficacité Energétique. HC : Heating Cooling – Chauffage Refroidissement. MTEDD : Ministère de le Transition Energétique et du Développement Durable. RTCM : Règlement Thermique de Construction au Maroc. TGBV : Taux Global des Baies Vitrées. 9 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Nomenclature 𝜆 : Conductivité thermique du matériau (en W. m−1 .K−1). 𝜌: Masse volumique du matériau (en kg m−3). C : Capacité thermique massique du matériau (en J kg−1 K−1). Cp : Capacité thermique massique à pression constante (J kg−1 K−1). h : coefficient convectif (en W. m−2 .K−1). e : Epaisseur du matériau en (m). R : Résistance thermique (m2 .K/ W). 10 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Introduction générale Les énergies renouvelables désignent un ensemble de moyens de production de l’énergie à partir des sources théoriquement illimitées, disponibles sans limite de temps et reconstituables plus rapidement qu’elles ne sont consommées, ce qui a poussé le Maroc à s’orienter vers une politique énergétique, qui s’appuie sur l’efficacité énergétique dans la réalisation des projets qui font face aux entraves, et aux défis énergétiques marocains. Tout en préservant l'environnement et en abandonnant l'utilisation des énergies fossiles, afin de s’orienter vers les énergies de flux, ou bien les énergies renouvelables, accompagnées des recommandations pour promouvoir plusieurs secteurs, et parmi eux, on cite le secteur du bâtiment qui est l’un des grands secteurs consommateurs d’énergie au Maroc. Cet ouvrage est un rapport de stage de fin des études, déroulé pendant une durée de quatre semaines, entre le 23 Mai au 23 Juin, sous le thème : « Simulation numérique énergétique dans le bâtiment ». Dans notre rapport, nous allons tout d’abord, présenter dans le premier chapitre, quelques généralités sur le ministère et les taches effectués, le deuxième chapitre est une citation de quelques notions sur la thermique du bâtiment, l’efficacité énergétique, le confort thermique, et leurs impact sur le secteur du bâtiment, soit au niveau de construction ou rénovation. Et nous finirons par le troisième chapitre, tout en étudiant les performances énergétiques d’un bâtiment situé à CASABLANCA en utilisant un logiciel informatique de simulation numérique énergétique intitule : « DesignBuilder » et avec une vérification du RTCM par le logiciel : « BINAYATE ». 11 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 1 Chapitre 1 : Généralités sur le ministère 1.1 Introduction Le Maroc est un pays qui se développe actuellement dans le secteur du bâtiment, en réalisant des projets d’installation des systèmes qui produisent des énergies propres contribuant e à la préservation de nos ressources naturelles. 1.2 Présentation du ministère Le Ministère de la transition énergétique et du développement durable veille à l'élaboration et la mise en œuvre de la stratégie énergétique nationale en matière de renforcement de l'efficacité énergétique. Elle participe, en collaboration avec les organismes concernés, à la préparation et à l'application de la législation et de la réglementation dans ce domaine. Dans ce cadre, elle est chargée de : Elaborer un plan pluriannuel pour le développement de l'efficacité énergétique, particulièrement dans les bâtiments, l'industrie et le transport, et veiller à sa mise en œuvre et à son actualisation ; Elaborer un plan national d'audit énergétique et de l'impact du secteur énergétique sur le développement local et veiller à sa mise en œuvre ; Elaborer et mettre en œuvre, en collaboration avec les organismes concernés, les projets et les actions de coopération dans le domaine de l'efficacité énergétique ; Organiser et animer les activités relatives à l'efficacité énergétique ; Contribuer à la promotion de la recherche et du développement, de l'innovation technologique et du transfert de technologie dans le domaine de l'efficacité énergétique. 1.3 Stratégie : Elaboration en concertation avec les opérateurs des réformes institutionnelles, législatives et réglementaires relatives à l'efficacité énergétique ; Elaboration d'une stratégie relative à l'efficacité énergétique ; Pilotage et suivi des programmes et actions ciblant le renforcement de l'efficacité énergétique dans les principaux secteurs consommateurs d'énergie à savoir, le bâtiment, l'industrie, le transport, l'éclairage public et l'agriculture ; Conception de plan de formation en matière d'efficacité énergétique ; Renforcement des liens pour la coopération sur l'efficacité énergétique avec les partenaires nationaux et internationaux. 12 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 1.4 Organigramme du ministère 1.4.1 Organigramme central de l’organisation général Sur le plan organisationnel, le MTEDD dispose, en plus du cabinet de Monsieur le ministre, des Directions Centrale et des Directions Régionales et Provinciales : Figure 1 Organigramme central du ministère. 13 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 1.4.2 Organigramme de la direction des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique Les attributions confiées à la Division des Énergies Renouvelables consistent à : Suivre, coordonner et superviser au niveau national, en concertation avec les administrations concernés ; les programmes, projets et actions de développement dans les domaines des énergies renouvelables. Figure 2 Organigramme de la direction EREE 14 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 1.5 Objectifs du stage L'objectif de ce stage était de porter une attention à certains points dans le secteur du bâtiment et d’efficacité énergétique, tel que : Maîtrise des outils de conception des bâtiments sur les logiciels de simulation thermique. Adaptation avec l’utilisation des logiciels de calculs. Apprentissage des notions de base inclus le domaine du bâtiment. Réalisation des simulations thermiques dynamiques, puis leurs interprétations scientifiques. Conception, étude des performances énergétiques d’un bâtiment sur le logiciel DesignBuilder. 1.6 Apports du stage Compétences acquises J’ai tiré de cette expérience professionnelle des nouveaux concepts dans le domaine du bâtiment, et de l’efficacité énergétique, ce dernier se considère comme un secteur qui agit sur le développement du Maroc, notre pays. En fait les études et les projets qui se réalisent dans ce domaine servent à réduire en premier lieu les factures énergétiques, afin de fournir un confort thermique aux résidents dans leurs habitations, ils aident à avoir une consommation énergétique optimisée, et bien sûr la protection de l’environnement de gazes polluantes, qui sont les gaz à effet de serre. J’ai bien maitrisée les astuces et les outils de conception des bâtiments dans les logiciel de simulation DesignBuilder et BINAYATE, ainsi que le lancement des simulations thermique, numérique, énergétique, pour sortir à la fin avec des résultats sous la forme graphique, et les interpréter par la suite, pour objectif d’examiner et d’étudier les performances énergétique du projet réalisé. 1.7 Conclusion Ce stage a été très productif pour moi, car il m’a permis de découvrir le domaine du bâtiment, ses acteurs, contraintes, et j’ai pu mettre en pratique mes connaissances théoriques acquises, en utilisant des logiciels de calculs et de simulation numérique énergétique, durant ma formation de un an dans le domaine Climatique et énergétique à la faculté des sciences AIN CHOCK FSAC CASABLANCA. 15 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 2 Chapitre 2 : Généralités sur la thermique du bâtiment 2.1 Introduction Les différents éléments naturels : (soleil, pluie, vent) caractérisent des ambiances partout et en tout moment. Une bonne conception du bâtiment est essentielle pour assurer le confort par l’utilisation judicieuse des dispositifs techniques, architecturaux et constructifs, apportant les conditions thermiques les plus adéquats, tels que le type des protections solaires, inertie thermique suffisante, orientation, ventilation naturelle et charge interne électrique faible en été, etc. Dans ce chapitre, on va citer la notion du confort thermique, en citant les causes physiques dus à l’hétérogénéité des conditions thermiques du bâtiment, et des équipements d’une part, et des effets physiologiques d’autre part. 2.2 Confort thermique Le confort thermique est un état de satisfaction du corps vis-à-vis de l’environnement thermique, il repose sur la notion complexe de sensation de chaud ou de froid à laquelle nous associons la notion de température, il est difficile de modéliser ce confort car chaque sujet perçoit une ambiance thermique de manière unique. Mais ce ressenti thermique varie fortement d’un individu à l’autre, et selon les circonstances. Figure 3 Confort thermique 2.2.1 Paramètres physiques influençant sur le confort thermique du bâtiment La thermique du bâtiment est liée à plusieurs paramètres. La première typologie est représentée par les facteurs intrinsèques qui sont relatifs aux bâtiments, à titre d’exemple on cite la forme architecturale, l’orientation, protection solaire, isolation thermique, inertie thermique, et sont connus sous cette nomination : "les facteurs architecturaux". Les autres paramètres sont extrinsèques comme la latitude (c'est-à-dire la quantité du rayonnement solaire), la nature d’occupation de l’espace par les usagers, les apports solaires, ces facteurs sont les facteurs climatiques ou les sources de la chaleur.il y a d’autres facteurs liés aux conditions physiologiques de l’occupant tel que le métabolisme, l’habillement, la température ambiante, l’humidité relative, etc. 16 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 2.2.1.1 Facteurs architecturaux Orientation L’orientation de chaque pièce répond à son utilisation, prenant en considération que l’espace est chauffé, chauffant. Les expositions Est et Ouest sont à éviter : les rayons du soleil, matin et soir, donnent en plein sur les ouvertures qui sont difficiles à protéger, alors que le sud permet de tirer la meilleure partie de l’ensoleillement quand celui-ci est nécessaire à l’équilibre thermique du bâtiment. Figure 4 Orientation des espaces source (ADEME) Systèmes d’occultation La protection solaire comme étant l’ensemble des paramètres qui ont pour effet de contrôler les échauffements dus aux apports solaires, par les ouvertures, ou par les parois opaques. En conception, la meilleure protection solaire dans un bâtiment bien isolé et à apports internes importants, c'est de limiter la surface de vitrage. L'usage de contrôles solaires appropriés est très important. La projection d'une ombre adéquate réduit ce qui est un gaspillage inutile d'énergie utilisée pour refroidir un espace à grandes surfaces de vitrage sans protection. La protection est de ce fait une nécessité surtout sous certaines latitudes caractérisées par des conditions climatiques extérieures intenses. Les systèmes d’occultation peuvent avoir plusieurs formes : Eléments architecturaux : tels que les balcons, débords de toiture Protections solaires fixes : c’est à dire les protections extérieures qui arrêtent les rayons du soleil avant qu’ils atteignent le vitrage. Protections intérieures : comme les stores mobiles intérieurs : Les protections intérieures ne seront efficaces contre les surchauffes que si elles repoussent les rayons du soleil ayant traversé le vitrage. Pour cela, elle doit être non absorbante et réfléchissante. 17 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Protections végétales ou bien systèmes d’occultation naturelle : des végétations plantées à proximité du bâtiment peuvent participer à la gestion des apports solaires. Les arbres à feuilles caduques ont l'avantage de perdre leurs feuilles et de permettre ainsi l'exposition au soleil en hiver. Figure 5 Occultation naturelle. Source : CD- Rom : réalisé par Architecture et Climat, 2001. Isolation thermique L’isolation thermique est un facteur essentiel à la maitrise énergétique du bâtiment. Les pertes de chaleur à travers les murs extérieurs et les toits sont responsables de plus de 70% des pertes de chaleur dans les constructions actuelles. Elle conduit à un meilleur confort et une protection améliorée du bâtiment. Pour une meilleure isolation thermique il faut penser à : - L'épaisseur de l'isolant et sa position dans le mur - Les matériaux de construction utilisés Inertie thermique L’inertie thermique d'un matériau représente sa résistance au changement de température lorsque intervient une perturbation de son équilibre thermique. L’inertie dépend de plusieurs paramètres à savoir : l’isolation thermique, les caractéristiques thermiques des matériaux de construction (conductivité thermique, chaleur spécifique, masse volumique). 18 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Une bonne inertie thermique est celle qui produit une ambiance thermique intérieure stable, non soumise aux variations des conditions extérieures. Plus les murs sont épais et les matériaux lourds (béton, pierre, brique pleine, terre crue, etc.), plus l’inertie est grande, de ce fait, le climat du bâtiment se réchauffe ou se refroidit lentement. Elle a deux caractéristiques : - La diffusivité thermique : correspond à caractériser la capacité d'un matériau à transférer la chaleur (énergie thermique) à travers ce matériau. Elle dépend de la capacité du matériau à conduire la chaleur (conductivité thermique) et de sa capacité à accumuler la chaleur (capacité thermique volumique).Elle est exprimée par : 𝝀 Κ = 𝝆⋅𝑪 - 𝝆 L’effusivité thermique d'un matériau : caractérise sa capacité à échanger de l'énergie thermique avec son environnement. Elle est donnée par : E = √𝝀. 𝝆. 𝒄 2.2.1.2 Facteurs climatiques Apports solaires Les apports solaires représentent l’énergie entrant par l’ensoleillement direct à travers les vitrages. Ils se font généralement par transmission surfacique des parois chaudes en contact avec l’extérieur, ces apports dépendent de plusieurs facteurs à savoir : l’orientation et la taille de la fenêtre, les caractéristiques du vitrage (épaisseur, facteur solaire) et l’inclinaison de la paroi. Apports internes Se sont toutes les gains de chaleur provenant de l’homme, des appareils électriques, de l’éclairage et l’évaporation de l’eau. L’efficacité des apports internes est conditionnée par la saison, car ils sont bénéfiques en hiver mais en période estivale peuvent conduire à une élévation excessive de la température ambiante et donc à une sensation de l’inconfort. Ces apports n’étant pas permanant dans les locaux, il est important lors d’un calcul thermique de définir des scénarios d’occupations. Ces scénarios sont établis en fonction du temps, du taux d’occupation et de l’utilisation des locaux. 19 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 2.2.2 Paramètres physiologique influençant sur le confort thermique du bâtiment Métabolisme Le métabolisme, qui est la production de chaleur interne au corps humain permettant de maintenir celui-ci autour de 36,7 °C. Un métabolisme de travail correspondant à une activité particulière s'ajoute au métabolisme de base du corps au repos. La diffusion de chaleur entre l’individu et l’ambiance s’effectue selon divers mécanismes : - Plus de 50 % des pertes de chaleur du corps humain se font par convection avec l’air ambiant (convection et évaporation par la respiration ou à la surface de la peau) - Les échanges par rayonnement à la surface de la peau représentent jusqu’à 35 % du bilan alors que les pertes par contact (conduction) sont négligeables (< 1 %) - Le corps perd également 5 % de sa chaleur à réchauffer la nourriture ingérée Figure 6 Echanges thermiques du corps humain avec son environnement. Habillement L’habillement, qui représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface de la peau et l’environnement. Il permet d’isoler le corps humain du milieu environnant, avec un taux moins important, il y a une réduction des flux transmis par conduction, convection et rayonnement. Le niveau d’habillement des occupants est caractérisé par une valeur relative, exprimée en “Clo” (1 Clo = 0,155 m². °C/W), l’unité d’habillement. 20 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Tableau 1 Estimation du niveau d’habillement. Tenu vestimentaire Habillement Nu 0 Short 0,1 Tenue tropicale type (short, chemise à col ouvert et à manches courtes, chaussettes légères et 0,3 sandales). Tenue d’été légère (pantalon léger, chemise à col ouvert et à manches courtes, chaussettes 0,5 légères et chaussures. Tenue de travail légère (chemise de travail en coton à manches longues, pantalon de travail, 0,7 chaussettes de laine et chaussures Tenue d’intérieur pour l’hiver (chemise à manches longues, pantalon, pull-over à manches 1 longues, chaussettes épaisses et chaussures. Tenue de ville traditionnelle (complet avec pantalon, gilet et veston, chemise, chaussettes de 1,5 laine et grosses chaussures. Température ambiante de l’air et température du confort La température ambiante fait référence à la température actuelle de l'air - la température globale de l'air extérieur qui nous entoure. En d'autres termes, la température de l'air ambiant est la même chose que la température de l'air «ordinaire». La température ambiante peut donner une idée générale de la nécessité de porter une veste ou un haut sans manches, mais elle ne fournit pas beaucoup d'informations sur la sensation du temps pour un être humain réel lorsqu'il sortira. En effet, la température ambiante ne prend pas en compte l'humidité relative de l'air ou l'impact du vent sur les perceptions humaines de la chaleur ou du froid. La température de confort ressentie appelée aussi : la température opérative, ou la température résultante sèche, elle est définit par la relation suivante : T° opérative = (T° air + T° parois) / 2 Avec T° parois : Température moyenne de surface des parois En fait, Cette relation simple s’applique pour autant que la vitesse de l’air ne dépasse pas 0,2 m/s, par exemple : le lundi matin, la température des parois est encore basse et le confort thermique risque de ne pas être atteint malgré la température de l’air de 20 ou 21°C. 21 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Humidité relative Le rapport exprimé en pourcentage entre la quantité d’eau contenue dans l’air à la température Ta et la quantité maximale d’eau contenue à la même température. L’humidité a relativement peu d’impact sur la sensation de confort d’un individu dans un bâtiment. Ainsi, un individu peut difficilement ressentir s’il fait 40 % ou 60 % d’humidité relative dans son bureau. L’inconfort n’apparaît que lorsque : L’humidité relative est inférieure à 30 %, car ce faible niveau d’humidité donne lieu à certains problèmes : augmentation de l’électricité statique, gêne et irritation accrue à la fumée de tabac, augmentation de la concentration en poussières dans l’air, etc. Et lorsque l’humidité relative est supérieure à 70 %, cela donne lieu à une croissance microbienne importante et à des condensations sur les surfaces froides. Figure 7 Plage de taux d’humidité ambiante optimale d’un point de vue hygiénique Pour un confort optimal et pour une température de l’air aux environs de 22 °C, on peut dès lors recommander que l’humidité relative soit gardée entre 40 et 65 %, plus précisément, on peut définir une plage de confort hygrothermique dans le diagramme suivant : Figure 8 Plage de confort température-humidité 22 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 1 : Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse. 2 et 3 : Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries et de microchampignons. 3 : Zone à éviter vis-à-vis des développements d’acariens. 4 : Polygone de confort hygrothermique. Vitesse de l'air La vitesse de l’air (et plus précisément la vitesse relative de l’air par rapport à l’individu) est un paramètre à prendre en considération, car elle influence les échanges de chaleur par convection et augmente l’évaporation à la surface de la peau. À l’intérieur des bâtiments, on considère généralement que l’impact sur le confort des occupants est négligeable tant que la vitesse de l’air ne dépasse pas 0,2 m/s. À titre de comparaison : se promener à la vitesse de 1 km/h produit sur le corps un déplacement de l’air de 0,3 m/s. Le mouvement de l’air abaisse la température du corps, facteur recherché en été, mais pouvant être gênant en hiver (courants d’air). 2.3 Conclusion L’enveloppe bâtiment n’est plus simplement considérée comme la frontière du domaine habitable, elle devient un élément souple chargé de transformer un climat extérieur fluctuant et inconfortable en un climat intérieur agréable. 23 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3 Chapitre 3 : Simulation numérique énergétique dans un bâtiment situé à CASABLANCA avec les logiciel DesignBuilder et BINAYATE 3.1 Introduction Dans ce dernier chapitre, nous allons en premier lieu faire une vérification du Règlement Thermique De Construction au Maroc RTCM de notre bâtiment avec le logiciel BINAYATE et après effectuer une simulation THERMIQUE DYNAMIQUE, par une modélisation numérique d’un bâtiment situé à CASABLANCA, via un logiciel de simulation thermique, qui s’intitule DesignBuilder, possédant une interface graphique reposant sur le moteur de calcul EnergyPlus. Ce logiciel offre de nombreuses fonctionnalités non disponibles simultanément dans les logiciels existants. 3.2 Composition du projet Avant le commencement dans la phase de modélisation, et d’analyse, on présente les données de notre modèle de base d’abord dans le tableau suivant : Tableau 2 Données du projet: Modèle de base Modèle Bâtiment représentant l’architecture moderne au Maroc, situé à CASABLANCA Projet Optimisation énergétique d’un bâtiment résidentiel de 100 m2 / 3.5m de hauteur. Plancher de la plus externe à la plus interne : Un plancher extérieur –1 cm carrelage céramique Un plancher intermédiaire : enduit plâtre 2 cm Un plancher bas sur terrain : Plancher unidirectionnel (Béton armé (5 cm) + Corps creux (hourdis) (20cm)) Terrain : Sable et gravier Murs intérieurs (cloisons) : Mortier 1.5 cm - Brique rouge 8 trous 7 cm - Mortier 1.5 cm Murs extérieurs de la plus externe à la plus interne : Crépi – plâtre 2 cm - Mortier 1.5 cm - Brique rouge 8 trous 7 cm - Lame d’air 5 cm Procédés constructifs Brique rouge 8 trous 7 cm - Mortier 1.5 cm Toiture : Etanchéité asphalte sablé (1 cm), Mortier de pose (7 cm), Béton (10cm), Béton isolant porteur (20cm), Enduit (2 cm). 24 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Vitrages 2.4m2 pour chaque fenêtre : Des fenêtres sur la façade extérieure de tous les murs à simple vitrage clair de 6 mm avec un cadre en bois Portes : Porte externe en métal, Portes internes en bois. Etanchéité à l’air : Taux constant : 3 Vol/h Systèmes techniques il n’existe plus d’équipements de chauffage et de climatisation. Ventilation/Chauffage Eclairage général de densité de puissance normalisée de 5W/m2-100 lux. /Eau chaude Eau chaude sanitaire instantanée. /Électricité 3.3 Simulation énergétique La simulation est utilisée pour comprendre le comportement du projet en fonction de son utilisation réelle. Cela permet de nombreuses possibilités : Adapter les compositions des parois en fonction de l'objectif de performance souhaité Optimiser la conception du projet : surface vitrée optimum et protections solaires, inertie thermique, isolation des parois, étanchéité. 3.3.1 Logiciel BINAYATE BINAYATE est le premier logiciel de diagnostic de performance énergétique, et de contrôle de la conformité à la Réglementation Thermique dans le Bâtiment au Maroc. Développé par l’AMEE, ce logiciel permettra de simplifier et de vulgariser l’application du RTCM sur le terrain, et de renforcer la capacité des organes de contrôle à l’application de la Réglementation Thermique, dans ses deux volets actif et passif. 25 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Figure 9 Logiciel BINAYATE by AMEE Il fournira ainsi un outil simple et ergonomique, d’utilisation agréable, à destination des acteurs de l’enseignement supérieur, des bureaux d’études, des bureaux de contrôle qui sont amenés à réaliser des diagnostics de performance énergétique dans le bâtiment. 3.3.2 Vérification du RTCM Afin de vérifier le règlement thermique de construction au Maroc, nous allons utiliser une approche simplifiée dite prescriptive. On peut définir les caractéristiques thermiques des parois de l’enveloppe d’un bâtiment à travers les coefficients de transmission thermique (U) des toitures, des murs extérieurs, des baies vitrées ainsi qu’au facteur solaire équivalent (FS*) des baies vitrées et à la résistance thermique (R) des planchers. Calcul du taux global des baies vitrées TGBV On peut définir le TGBV des locaux d’un bâtiment parle rapport entre la surface totale des baies vitrées et la surface totale brute de l’ensemble des murs extérieurs : TGBV= ∑ 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑏𝑎𝑖𝑒𝑠 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑒𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑚𝑢𝑟𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑒𝑢𝑟𝑠 ∑ 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒𝑠 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒𝑠 𝑚𝑢𝑟𝑠 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑒𝑢𝑟𝑠 Pour notre bâtiment, on a une surface de 2.4m2 pour chaque fenêtre, chaque face comporte deux fenêtres, alors le TGBV est égal à 14%. TGBV= 2.4 ×8 (3.5 ×10)×4 26 sur 52 = 0.1371 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Remarque Quang le TGBV est inférieur à 45%, on applique l’approche prescriptive pour la vérification de RTCM. Dans ce cas 13.71 % < 45% Calcul de coefficient de transmission global U Le coefficient de transmission thermique U correspond au taux d’écoulement de chaleur en régime permanent divisé par mètre carré de surface et par la différence de température entre les environnements de chaque côté de la paroi. Ce coefficient est exprimé en W/ (m².K). Il est défini comme suit : 1 𝑒 1 ⁄ℎ𝑖+ ⁄ℎ𝑒+∑𝜆 U=1 Les valeurs conventionnelles des résistances thermiques superficielles : -Paroi verticale : 1/ hi + 1/ he = 0, 17 m2 .K/W -Paroi horizontale (flux descendant) : 1/ hi + 1/ he = 0, 21 m2 .K/W -Paroi horizontale (flux ascendant) : 1/ hi + 1/ he = 0, 14 m2 .K/W Figure 10 Coefficient de transmission thermique “U” 27 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 1. Murs extérieurs Calculs manuels Tableau 3 Caracteristiques des murs exterieurs manuellement o Matériaux Conductivité thermique (W/m.K) Epaisseur (cm) Résistance (m2.K/W) 1-Crépi - plâtre 2-Mortier 3-Brique rouge 4-Lame d’air 5-Brique rouge 6-Mortier 0.250 1.800 0.241 0.278 0.241 1.800 2 1.5 7 5 7 1.5 0.08 0.00833 0.29045 0.17985 0.29045 0.00833 Résistance thermique des murs extérieurs : (En considérant la résistance thermique des murs extérieurs - Paroi verticale : 1/ hi + 1/ he = 0, 17 m2 .K/W) RGLOBAL MUR= 1.0274m2.K/W o Coefficient de transmission global des murs extérieurs : UGLOBAL MUR=0.9733 W/m2.K Simulation avec BINAYATE Figure 11 Conformité des murs avec le RTCM En comparaison avec les résultats manuels et le résultat du logiciel, les valeurs sont similaires, ainsi que la valeur de U est inférieur à la norme du RTCM, U murs extérieurs< 1.2W/m2.K, en fonction de la zone (pour notre cas c’est la zone 1) et en fonction du TGBV, l’ajout du polyuréthane comme isolant rend le U =0.35 W/m2.K 28 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 2. Toiture Calculs manuels Tableau 4 Caractéristiques de toiture Matériaux o Epaisseur (cm) 1 Asphalte sable Conductivité thermique (W/m.K) 1.150 1 Résistance (m2.K/W) 0.00869 2 Mortier 8.75 7 0.00800 3 Béton de pose 0.725 10 0.13793 4 Bétons isolants porteur 5 Enduit 0.460 20 0.43478 0.035 2 0.57142 Résistance thermique de toiture : En considérant la résistance thermique de toiture En été : 1/ hi + 1/ he = 0, 21 m2 .K/W o - RGLOBAL toit été= 1.37082m2.K/W Coefficient de transmission global de toiture : UGLOBAL toit été=0.72949 W/m2.K Simulation avec BINAYATE Figure 12 Conformité de toiture au RTCM Les résultats obtenus manuellement sont conformément similaires aux valeurs du logiciel U toitures < 0.75 W/m2.K. On peut améliorer ces résultats par le remplacement de l’étanchéité asphalte sable par un autre pur, qui a une résistance thermique plus grande. 29 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3. Plancher Calculs manuels Tableau 5 Caractéristiques du plancher Matériaux 1 Carrelage en ceramique 2 Enduit platre Conductivité thermique (W/m.K) 1.300 Epaisseur (cm) Résistance (m2.K/W) 1 0.00769 0.570 2 0.03508 1.316 25 0.1899 2 7 0.035 3 Plancher unidirectionnel 4 Sable et gravier o Résistance thermique de plancher : RGLOBAL plancher= 0.26767 m2.K/W o Coefficient de transmission global de plancher : UGLOBAL plancher=2.28482 W/m2.K Simulation avec BINAYATE Figure 13 Conformité de plancher au RTCM Après avoir effectué la simulation, on peut constater que le plancher du bâtiment est totalement conforme au RTCM, le tableau ci-dessous représente clairement le calcul de la résistance thermique pour le plancher sur le logiciel BINAYATE, après tous calcul fait, on aura un coefficient de transmission de 2.32 W/m2.K. La répartition choisie respecte l’approche prescriptif de la RTCM. 30 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 4. Vitre On a opté pour 2 fenêtres sur chaque face (nord. sud .est . ouest) d’une épaisseur de 6 mm, d’un total de 8 fenêtres. Tableau 6 Caractéristique du vitrage Vitrage o Conductivité thermique (W/m.K) Epaisseur (mm) Résistance (m2.K/W) 1 6 0.06 Résistance thermique des vitres : RGLOBAL vitres= 0.23 m2.K/W o Coefficient de transmission global des vitres : UGLOBAL vitres=4.3478 W/m2.K Simulation avec BINAYATE Figure 14 Resultat du conformite du coefficient de transmission sur BINAYATE Notre vitrage est bien conforme à la RTCM, et il respecte les valeurs limite règlementaire. Pour une isolation parfaite, on peut utiliser un double vitrage au lieu d’un simple vitrage. 31 sur 52 Résistance thermique de convection (m2.K/W) 0.17 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.4 Simulation numérique/thermique dynamique La simulation calcule heure par heure les besoins de chauffe et la température dans toutes les zones thermiques en fonction des hypothèses d'occupation et d'équipements, de fermeture des volets, de ventilation. Déterminer le confort d'été précisément, mesurer la surchauffe et préconiser les adaptations nécessaires au maintien d'une ambiance confortable pendant des périodes caniculaires. Corriger les problèmes mis en évidence par le calcul (ponts thermiques, étanchéité...) 3.4.1 Logiciel DesignBuilder Figure 15 Logiciel DesignBuilder version 7.0.1.006. DesignBuilder est un logiciel convivial de modélisation thermique avec lequel on peut travailler et découvrir aisément la modélisation des bâtiments. Il comporte toute une série de paramètres de performance environnementale comme : consommation annuelle d'énergie, températures maximales d'été et dimensionnement des composants CVC. Quelques utilisations courantes : Calcul de la consommation énergétique d'un bâtiment Choix des options de façades en fonction de leur échauffement et de leur aspect visuel Simulation thermique des bâtiments ventilés naturellement En lumière du jour, DesignBuilder modélise les systèmes de contrôle d'éclairage et calcule les économies électriques Calcul du dimensionnement des équipements de chauffage, de conditionnement d'air et de refroidissement Optimisation et simulation de la disposition des systèmes de chauffage, refroidissement, ventilation mécanique et naturelle selon l'impact sur les températures et les vitesses d'air dans une pièce à l'aide de la CFD, etc. 32 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Remarque EnergyPlus est le programme de simulation énergétique des bâtiments du DOE des États-Unis pour modéliser le chauffage, la climatisation, l'éclairage, la ventilation et d'autres flux d'énergie des bâtiments. Il est intégré étroitement dans l'environnement DesignBuilder pour permettre d'effectuer des simulations sans aucun problème, définir simplement le modèle de bâtiment, en demandant des données, on laisse le moteur de simulation EnergyPlus s'occupe des détails. Figure 16 EnergyPlus: Moteur de la simulation dynamique. Écran d’ouverture L’écran d'ouverture des fichiers récents contient une liste des fichiers utilisés dans les sessions de simulation DesignBuilder précédentes.il permet l’accès à un nouveau fichier, il suffit de double-cliquer dessus dans le tableau ou de cliquer simplement dessus pour le sélectionner puis sur le bouton "Ouvrir le site sélectionné" de la partie "Aide" à droite. Figure 17 Ecran d’ouverture. 33 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Apres l’ouverture du fichier, on passe directement à la détermination des données du site et de la localisation du projet, qui est situé dans notre cas à CASABLANCA. Figure 18 Localisation du projet Ecran d’édition On schématise notre bâtiment sur cet écran, il se divise en trois différentes composantes, en mode "Apprentissage" actif et inactif, la barre qui se situe à gauche s’intitule la barre de navigation, elle affiche l’état du bâtiment construit, et elle aide l’utilisateur à joindre le site souhaité, la barre qui est à droite, est la barre d’aide et d’informations des données de composant ou de prédéfinition. Au niveau de la barre qui s’installe à l’intérieur de l’écran, on édite, schématise notre bâtiment, à l’aide de la barre d’outils. 34 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Figure 19 Ecran d’édition 3.4.2 Modélisation du projet 3.4.2.1 Plan 2D et 3D J’ai choisi ce plan 2D Autocad comme un plan de travail pour mon modèle de bâtiment, un plan simple à réaliser et clair à analyser. Figure 20 Plan du bâtiment 35 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Schema Figure 21 Modélisation 3D du bâtiment et ses donnees Visualisation du bâtiment Figure 22 Rendu texturé du bâtiment Ce bâtiment est d’une superficie de 100 m2, avec une hauteur sous plafond de 3.5 m, il est composé de rez-de-chaussée, il possède 4 pièces et un couloir , deux chambres, une cuisine, et un salon de 20 m2, les WC de 6 m2 et le couloir est de 14 m2, orienté vers le nord, Les façades vitrées sont réparties sur tous les parois extérieures du bâtiment . 36 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.4.2.2 Données du bâtiment Activité An niveau de cette étape, on définit la présence des occupants et leurs activités qui se font à l’intérieur du local qui influencent les consommations d’énergie des bâtiments, les ouvertures/fermetures de fenêtres, la gestion des dispositifs d’occultation, l’utilisation de l’éclairage artificiel et des appareils électriques, la gestion des consignes de chauffage et les puisages d’eau chaude sanitaire. Cette option nous permet d’éditer les données par défaut d’activité : Occupation en saisissant le nombre de personne « par unité de surface au sol », et les heures d’occupation, Métabolisme : en définissant la contribution métabolique selon le niveau d’activité dans l’espace, le facteur métabolique dépend de la taille des personnes « 1.00 : pour un homme, 0.85 : pour une femme, 0.75 : pour un enfant »ou on peut utiliser une valeur moyenne représentative de la population présente. Vacances : sont utilisés pour les simulations annuelles, et ils permettent de saisir des plannings des vacances et le nombre de jour par an. Contrôle d’ambiance : les consignes de température de chauffage et climatisation, les besoins minimum d’air neuf et d’éclairement sont rattachés à l’activité et accessible en ouvrant l’entête de regroupement Contrôle ambiance. Figure 23 Données d’activité du bâtiment 37 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Construction Lors de cette étape, on s’intéresse aux matériaux utilisés dans les murs externes et internes, les fenêtres, le plancher et la toiture, la porte principale et les portes internes du bâtiment, en ajoutant le taux d’infiltration « ventilation non intentionnelle » ,etc. Figure 24 Données de construction du bâtiment Ouvertures Dans notre cas on a utilisé des fenêtres de 2.4 m2 avec un simple vitrage clair de 6 mm, et un cadre simple en bois. Figure 25 Données des ouvertures 38 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Eclairage/CVC/Génération/Miscellaneous/CFD Tous ces options aident l’utilisateur à ajouter les équipements de chauffage et de climatisation, éclairage, d’éditer les conditions de CFD « Computationnel Fluide Dynamics : terme utilisé pour décrire la famille des méthodes numériques utilisées pour calculer la température, la vitesse et d’autres propriétés dans une région d’un espace ». Dans notre cas, on a définit l’éclairage général, car il est nécessaire de le prendre en considération dans la conception du bâtiment, par rapport aux équipements de chauffage et de climatisation qui ne sont pas pris en considération. l’objectif de notre étude sur ce bâtiment est d’étudier l’impact de l’ajout de ces équipements, et l’intégration de quelques matériaux isolants, et l’utilisation des différents types de protection solaires des vitres, on réalisant des simulations sur le logiciel, afin de sortir avec des interprétations , et des résultats qui servent à réduire le taux de déperditions thermique, et qui protège notre projet des problèmes de condensation, des ponts thermiques, etc. Figure 26 Données ECS Eau Chaude Sanitaire Figure 27 Données d’éclairage 39 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.5 Etude sur les performances énergétique du bâtiment 3.5.1 Description Dans cette dernière partie, nous allons traiter les performances énergétiques du bâtiment, par l’ajout des matériaux isolants au niveau du toit et des parois extérieures, l’utilisation des protections solaires au niveau des vitrages, avec une isolation des portes intérieures et extérieures de notre bâtiment, tout en analysant les simulations thermiques dynamiques avant et après le traitement, qui se réalisent à l’aide du logiciel DesignBuilder. Tableau 7 Données du projet avant et après traitement Avant traitement Apres traitement Mortier 1.5cm Plâtre 2cm Lame d’air 5cm Plaque de polyuréthane 5 cm Mortier1.5 cm Plâtre 2cm Asphalte sable Asphalte pur Simple vitrage Double vitrage Porte métal Porte bois Murs extérieurs Toiture terrasse Vitrages Porte extérieur 40 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.5.2 Avant traitement Cette étude s’est déroulée sur une période d’un an entre le 01 janvier et 31 décembre, à la ville de CASABLANCA , le logiciel DesignBuilder m’a permis de soustraire différentes paramètres de la partie simulation. Figure 28 Courbes et tables des différents apports thermiques et température On constate que la variation de la température à l’intérieure de notre bâtiment est imposée par les conditions climatiques de la ville de CASABLANCA tout au long l’année étudiée, ce qui entraine l’inconfort thermique du bâtiment. En période estivale, on remarque que la température intérieure du bâtiment atteint presque 25°C entre juillet et août, si on compare cette valeur avec la valeur de température à l’extérieur qui est 29°C, on peut dire qu’il y a 4°C de différence de température entre extérieur et l’intérieur de bâtiment, ce qui explique que le bâtiment n’est pas bien isolé , cela impose des déperditions thermiques intenses soit au niveau des parois extérieures, toiture, soit au niveau des portes des vitrages. 41 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Besoin en chauffage et en refroidissement Figure 29 Table de DesignBuilder sur le besoin thermique Ce bilan thermique nous montre le besoin en chauffage et en climatisation pendant toute l’année en kWh. Pendant la période d’hiver, on constate que le besoin est assez important« 3223.07 kWh », la même chose pendant la période estivale « 3252.29 KWh », ce qui explique une dissipation d’énergie assez importante, imposée par les conditions climatique de la ville. On déduit que ce bâtiment a besoin d’une bonne isolation pour avoir un climat adéquat à l’intérieur soit en hiver ou en période estivale, autrement dit le bâtiment s’adaptera avec les conditions climatiques intenses de la ville, et il va créer par la suite son propre climat qui assure un confort chez les occupants. 42 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.5.3 Apres traitement Nous avons traité ce bâtiment, tout en ajoutant des matériaux isolants < Plaque de polyuréthane 5 cm > au niveau des murs extérieurs, une isolation de la toiture Asphalte pur, une protection solaire des vitrage par l’utilisation d’un double vitrage, avec le changement des portes à base du métal en portes en bois. La chose qui aide le bâtiment à avoir son propre climat, un climat de confort malgré toutes les conditions climatiques de la région, il a devenu un bâtiment bien isolé qui assure le confort pour ses occupants. Figure 30 Courbes des différentes températures 43 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Bilan thermique Figure 31 Table de DesignBuilder sur le besoin thermique après le traitement En comparaison avec le bilan thermique avant traitement, il y a une grande différence, cela se voit d’après les résultats illustrés dans ces tables, il y a une réduction de besoin de chauffage et refroidissement assez importante Pendant la période d’hiver, on constate que le besoin en chauffage est « 2338.71 kWh », ainsi que pendant la période estivale le besoin en climatisation « 2064.35 KWh », ce qui explique une diminution du besoin en HC assez importante, grâce aux matériaux isolants que nous avons ajoutée. 3.5.4 Déduction Apres la réalisation de cette étude, et l’interprétation des résultats des simulations thermiques dynamiques dans le logiciel DesignBuilder. On peut déduire que pour avoir un bâtiment performant énergétiquement, ou bien un bâtiment qui assure un confort thermique pour ses occupants, il faut se baser sur les facteurs architecturaux, par la bonne orientation en premier lieu, une bonne isolation des parois extérieurs, et du toitures, la protection des vitrages et des portes pour la limitation des apports solaires, et étudier les besoins de confort par les conditions physiologique de l’occupant pour éviter toutes problèmes d’humidité, vitesse de l’air, etc. 44 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.6 Conclusion Dans ce chapitre nous avons réalisé une étude de performances énergétique d’un bâtiment situé à la ville de CASABLANCA , en utilisant le logiciel BINAYAT pour vérifier le RTCM de notre bâtiment, et le logiciel informatique de simulation DesignBuilder, et tout en interprétant les résultats de ces simulation qui nous donne une vue sur les conditions nécessaires que nous devons respecter pour la construction d’un bâtiment performant énergétiquement, et qui assure un confort thermique aux occupants. 45 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Conclusion générale J’ai effectué mon stage de fin d’études de licence professionnelle, en tant que stagiaire dans le Ministère de la Transition Energétique et du Développement Durable situé à RABAT, qui m’a accueilli lors de cette formation avec bienveillance, je suis fier d’avoir pu y contribuer, ce stage était encadré par Mme. Najlae HABIBI, CHEF DE SERVICE DES PROGRAMMES DE L'EFFICACITÉ ENERGÉTIQUE, pour une durée d’un mois. En fait j’ai beaucoup acquis de cette formation, j’ai pu mettre en pratique mes connaissances acquises durant ma formation à la faculté des sciences AIN CHOCK., dans le domaine du bâtiment et efficacité énergétique. Cette expérience fut très constructive et m’a permis de répondre aux questionnements que j’avais en ce qui concerne le domaine d’efficacité énergétique, et elle m’a aidé à réaliser l’étude sur les performances énergétiques d’un bâtiment situé à CASABLANCA, en utilisant un logiciel de simulation thermique dynamique, qui s’intitule DesignBuilder ainsi que le logiciel BINAYATE Fort de cette expérience et en réponse à ses enjeux, j’aimerai beaucoup par la suite essayer de m’orienter vers un prochain stage dans le secteur d’efficacité énergétique dans les bâtiments, et pourquoi pas réaliser des projets dans ce domaine. 46 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Bibliographie Site de la MTEDD Ministère de la Transition Energétique et du Développement Durable. Le confort thermique dans les bâtiments : Organisation Internationale de la francophonie. Étude de l’influence du comportement des habitants sur la performance énergétique du bâtiment Éric Forger : Thèse de doctorat. SIMULATION THERMIQUE DYNAMIQUE Bilan des performances thermiques d'une école primaire et pistes d'amélioration des performances énergétiques : projet de l’école Janville. 2000 2022 DesignBuilder Software, Ltd. Traduction © 2007 2019 CETTEG : données. Guide DesignBuilder. Présentation du Règlement Thermique de Construction au Maroc(RTCM), ADEREE2015. 47 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Webographie https://www.mem.gov.ma/Pages/secteur.aspx?e=3 file:///D:/etudes/LP%20GC%20S5/bilan%20thermique%20et%20rtcm/Reglement_thermique_de_construction _au_Maroc.pdf file:///D:/HOUDA/B%C3%A2timent_%C3%89nerg%C3%A9tiquement_Performant_et_RTCM.pdf https://fr.wikipedia.org/wiki/Coefficient_de_convection_thermique https://www.lyc-diderot.ac-aix-marseille.fr/eleves/cours/bts-tp-bat/propachaleur.htm http://supertaqa.ma/fr/astuce/professionnels-du-batiment/votre-batiment-est-il-conforme-au-rtcm-le-logicielbinayate-vous-dira/ https://www.lodj.ma/RTCM-le-Reglement-Thermique-de-Construction-au-Maroc_a35451.html 48 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Liste des matières Dédicaces ................................................................................................................................................................... 3 Remerciements ........................................................................................................................................................... 4 Résumé ....................................................................................................................................................................... 5 SOMMAIRE .............................................................................................................................................................. 6 Liste des figures .......................................................................................................................................................... 7 Liste des tableaux ....................................................................................................................................................... 8 Liste des abréviations .................................................................................................................................................. 9 Nomenclature ........................................................................................................................................................... 10 Introduction générale ................................................................................................................................................ 11 1 2 Chapitre 1 : Généralités sur le ministère............................................................................................................. 12 1.1 Introduction ............................................................................................................................................... 12 1.2 Présentation du ministère ........................................................................................................................... 12 1.3 Stratégie : .................................................................................................................................................. 12 1.4 Organigramme du ministère ....................................................................................................................... 13 1.4.1 Organigramme central de l’organisation général ................................................................................. 13 1.4.2 Organigramme de la direction des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique ...................... 14 1.5 Objectifs du stage ...................................................................................................................................... 15 1.6 Apports du stage ........................................................................................................................................ 15 1.7 Conclusion ................................................................................................................................................ 15 Chapitre 2 : Généralités sur la thermique du bâtiment ........................................................................................ 16 2.1 Introduction ............................................................................................................................................... 16 2.2 Confort thermique ..................................................................................................................................... 16 2.2.1 2.2.1.1 Facteurs architecturaux................................................................................................................... 17 2.2.1.2 Facteurs climatiques ....................................................................................................................... 19 2.2.2 2.3 Paramètres physiques influençant sur le confort thermique du bâtiment .............................................. 16 Paramètres physiologique influençant sur le confort thermique du bâtiment........................................ 20 Conclusion ................................................................................................................................................ 23 3 Chapitre 3 : Simulation numérique énergétique dans un bâtiment situé à CASABLANCA avec les logiciel DesignBuilder et BINAYATE ................................................................................................................................... 24 3.1 Introduction ............................................................................................................................................... 24 3.2 Composition du projet ............................................................................................................................... 24 3.3 Simulation énergétique .............................................................................................................................. 25 3.3.1 Logiciel BINAYATE ......................................................................................................................... 25 3.3.2 Vérification du RTCM ....................................................................................................................... 26 49 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique 3.4 Simulation numérique/thermique dynamique ............................................................................................. 32 3.4.1 Logiciel DesignBuilder ...................................................................................................................... 32 3.4.2 Modélisation du projet ....................................................................................................................... 35 3.5 3.4.2.1 Plan 2D et 3D................................................................................................................................. 35 3.4.2.2 Données du bâtiment ...................................................................................................................... 37 Etude sur les performances énergétique du bâtiment .................................................................................. 40 3.5.1 Description ........................................................................................................................................ 40 3.5.2 Avant traitement ................................................................................................................................ 41 3.5.3 Apres traitement................................................................................................................................. 43 3.5.4 Déduction .......................................................................................................................................... 44 3.6 Conclusion ................................................................................................................................................ 45 Conclusion générale .................................................................................................................................................. 46 Bibliographie ............................................................................................................................................................ 47 Webographie ............................................................................................................................................................ 48 Liste des matières ..................................................................................................................................................... 49 Annexes .................................................................................................................................................................... 51 50 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Annexes Figure 32 Zonage climatique au Maroc Figure 33 Le zonage climatique adopte pour le RTCM 51 sur 52 Royaume du Maroc Ministère de la transition énergétique et du développement durable Département de la transition énergétique Figure 34 Besoins énergétique spécifiques de chauffage et climatisation Tableau 8 Coefficient de transmission thermique U et résistance thermique R en résidentiel 52 sur 52
