Doctorant dans le domaine de l’énergétique, thermique

Description de l'offre

Titre de la Thèse

Évaluation expérimentale et numérique de la performance globale des systèmes de ventilation hygroréglables avec une meilleure prise en compte du tampon hygroscopique des bâtiments

Description du projet de thèse

Contexte et problématique

La qualité des environnements intérieurs présente un enjeu important pour le confort et la santé des occupants, puisque ces derniers passent plus de 90% de leur temps dans les bâtiments. Un des paramètres importants de l’environnement intérieur est l’humidité relative de l’air ambiant. Cette dernière impacte à la fois le confort et la santé des occupants mais aussi la dégradation des bâtiments. La ventilation des bâtiments joue un rôle clé dans le maintien de la qualité d’air intérieur en apportant de l’air neuf et en évacuant les polluants. Elle permet notamment, de contrôler l’humidité de l’environnement intérieur en évacuant l’excès d’humidité. La ventilation contribue ainsi à créer les conditions de confort et de santé dans les bâtiments, mais impacte en même temps, leur performance énergétique par les pertes de chaleur liées au renouvellement d’air en hiver (et inversement, les apports de chaleur en été), ajouté à cela, les éventuelles consommations électriques des auxiliaires de ventilation. Dans le contexte de la transition environnementale, la ventilation est soumise aujourd’hui à une double injonction, maintenir des environnements intérieurs sains et confortables tout en réduisant les consommations énergétiques des bâtiments.

La mise en place d'un système de ventilation répond à des exigences réglementaires prescriptives qui ont favorisé le développement des systèmes de Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) dans les logements depuis 1982. La VMC permet en effet, de renouveler l'air, éliminer humidité et mauvaises odeurs, assurer l'hygiène et le confort des usagers, préserver le logement en empêchant le développement des moisissures mais aussi, le contrôle du flux d'air afin de réaliser des économies d'énergie. Il existe des solutions VMC simple flux ou double flux, autoréglable ou hygroréglable. En particulier, la VMC simple flux hygroréglable, largement installée dans les logements construits après 1983, permet de moduler les débits de renouvellement d’air selon les besoins de l’occupation, et réduire ainsi les pertes/apports de chaleur. La ventilation hygroréglable est une ventilation intelligente puisqu'elle permet une ventilation minimale lorsque la pièce est inoccupée et renforcée en cas de forte demande. Ce système s'est révélé très efficace pour contrôler l'humidité dans les bâtiments, cependant, son efficacité dans la réduction d'autres polluants est encore en cours d'investigation. De plus, pour optimiser les performances énergétiques, les possibilités d'innovation sont limitées en raison des réglementations prescriptives. En alternative, une approche basée sur la performance a été développée pour la régulation des systèmes de ventilation afin d'évaluer la capacité d'un système de ventilation à fournir une bonne qualité de l'air intérieur et à éviter les risques pour la santé des occupants (Leprince et al., 2023 ; Poirier et al., 2023). L’utilisation d’une approche performancielle pose plusieurs questions concernant d’une part, la fiabilité des modèles numériques utilisés pour calculer le transfert d’air et des polluants dans les bâtiments ainsi que le choix des polluants et/ou des paramètres pertinents à utiliser dans le calcul des indicateurs de performance, et la définition des données d'entrée pertinentes.

L’étude de la performance des systèmes VMC doit être réalisée d’une manière globale en considérant à la fois les différents aspects liés notamment à la qualité d’air intérieur, au confort thermique, à la consommation énergétique dans différentes conditions de chauffage en hiver et de rafraichissement en été. Pour cela, il est nécessaire de bien prendre en compte le comportement réel des systèmes de VMC hygrorégable en fonction de la production d’humidité par la présence des occupants et leurs activités, et son absorption par les parois et le mobilier dans le bâtiment. Différents phénomènes qui peuvent impacter la répartition de l’humidité doivent être pris en compte lors de l’étude de chaque système VMC, notamment la production, le déphasage temporel et les effets de sorption/désorption de l’humidité par les parois des bâtiments et le mobilier, notamment en cas de présence de matériaux hygroscopiques comme les matériaux biosourcés dont l’utilisation est renforcée avec la nouvelle réglementation environnementale RE2020.

Objectif et démarche

Cette thèse vise à caractériser la performance globale des systèmes de ventilation hygroréglables au regard de la performance énergétique, de la QAI et du confort thermique en hiver et en été selon les climats actuels et futurs. Cela nécessite de bien connaître le fonctionnement réel de la ventilation hygroréglable dans les logements neufs et rénovés en tenant compte des interactions avec le comportement hygrothermique du bâtiment (parois et mobilier), ainsi qu’avec les occupants (génération d’humidité liée à leur présence et leurs activités, actions des occupants sur l’enveloppe et les systèmes).

Les travaux de la thèse comporteront un volet expérimental et un volet de modélisation :

1. La première partie expérimentale en laboratoire a comme objectif de tester et d’étudier le comportement des systèmes de ventilation hygroréglable. Il s’agit en particulier de développer un dispositif de génération de l‘humidité capable de simuler la production métabolique de l’humidité des occupants dans une maison multizone. Cela permettra de tester le fonctionnement réel des systèmes de ventilation hygroréglable dans des maisons expérimentales à l’échelle en conditions maîtrisées avec prise en compte de la production de l’humidité et du tampon hygroscopique du bâtiment (parois et mobiliers).

2. La deuxième partie de modélisation vise à adapter les modèles thermo-aéraulique des bâtiments avec une amélioration de la prise en compte du tampon hygroscopique des bâtiments (calage et validation par rapport à l’expérimentation). Le modèle amélioré permettra d’évaluer la performance globale (énergétique, confort thermique et QAI) de la ventilation hygroréglable en hiver (interaction avec le chauffage) et en été (interaction avec le rafraîchissement passif ou actif) selon les climats actuels et futurs (avec des étés plus chauds voire caniculaires).

Compétences souhaitées

Ce poste est ouvert à un titulaire d’un M2 en thermique du bâtiment / énergie.

• Savoir-faire :

o Maîtrise scientifique en physique : transferts thermiques et aéraulique, physique du bâtiment.

o Maitrise de l’outil informatique et d’un code de calcul (Matlab, R, python, etc.).

o Connaissances en mesures physiques et instrumentation, et appétence pour le travail expérimental.

o Idéalement, une connaissance des métiers du bâtiment et de la ventilation.

o Maitrise nécessaire du français et de l’anglais en lecture écriture et discussion.

• Savoir-être :

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

Co-encadrants de la thèse

GROUPE ATLANTIC

• Mahdi MAJIDNIYA (co-encadrant), Groupe Atlantic, 17 Rue de la Croix Fauchet, 45140 Saint-Jean-de-la-Ruelle, mmajidniya[at]groupe-atlantic.com, Tél . 02 38 71 51 89

Equipe de recherche BPE, CEREMA

• Sihem GUERNOUTI (directrice de la thèse), chargée de recherche HDR, Cerema Ouest, 9 rue René VIVIANI, 44262 Nantes, sihem.guernouti[at]cerema.fr, Tél : 07 63 61 83 55

• Bassam MOUJALLED (co-encadrant), chargé de recherche, Cerema Centre-Est, 46 rue Saint-Théobald, 38080 L’Isle d’Abeau, bassam.moujalled[at]cerema.fr, Tél . 07 60 82 35 55

Conditions d’accueil du projet de thèse

Le doctorant sera employé du GROUPE ATLANTIC : CDD doctorant à partir de janvier/février 2025 et pour une durée de 3 ans (dates exactes à fixer avec le (la) doctorant(e))

La thèse sera co-encadrée par l’équipe de recherche BPE du Cerema (sur les sites de Nantes et l’Isle d’Abeau) et par le GROUPE ATLANTIC (sur le site d’Orléans). Les 12 à 18 premiers mois se dérouleront dans les locaux du Groupe à Orléans (selon l'avancement de la partie expérimentale) puis la seconde partie dans les locaux du Cerema à Nantes et à l’Isle d’Abeau.

• Groupe Atlantic, 17 Rue de la Croix Fauchet, 45140 Saint-Jean-de-la-Ruelle

• Cerema Ouest- MAN, 9 rue René VIVIANI, 44262 Nantes

• Cerema Centre-Est, 46 rue Saint-Théobald, 38080 L’Isle d’Abeau

Les dispositions permettront au doctorant de bénéficier de la formation de l’école doctorale d’inscription.

Contenu du dossier de candidature

Nous vous remercions d'adresser votre dossier de candidature complet (documents ci-dessous) par mail à l'ensemble des encadrants (mmajidniya[at]groupe-atlantic.com, sihem.guernouti[at]cerema.fr, bassam.moujalled[at]cerema.fr) avant le 30/09/2024 (en raison des limitations de la taille des documents sur notre site internet, nous vous prions de bien vouloir soumettre votre candidature uniquement par email) :

• CV

• Copie de la carte d'identité ou du passeport

• Notes du master (a minima le master 1 si les notes du master 2 ne sont pas disponibles)

• Copie du dernier diplôme (maîtrise, diplôme d'ingénieur, master recherche si ce dernier est déjà soutenu).

• Lettre de motivation expliquant l'intérêt pour le sujet (1 page recto-verso maximum).

• Lettre de recommandation