Impact des matériaux biosourcés sur le climat intérieur : Un outil de calcul flexible à l'échelle de la pièce

L'impact de l'utilisation de matériaux d'origine végétale sur le climat intérieur, et donc sur le confort des occupants ainsi que la performance énergétique du bâtiment, n'est établi que partiellement. Ces produits présentent des propriétés hygroscopiques et capillaires causant des phénomènes spécifiques liés aux changements de phase dynamiques au sein de la matrice poreuse. Les modèles mathématiques utilisés pour étudier leur comportement hygrothermique de manière détaillée sont souvent des modèles de paroi (dits modèles HAM - Heat Air Moisture). Cela sous-tend qu'ils nécessitent d'imposer des conditions aux limites à toutes les frontières de l'élément étudié, et ne permettent donc pas de connaître les flux de chaleur et de masse réels qu'offrent l'assemblage de matériaux vers le volume d'air intérieur. Pour y accéder, il convient d'intégrer ces modèles à la description de bilans thermique et hydrique de zones.
Dans cette communication, nous présentons un modèle hygrothermique capable de simuler l'évolution temporelle du climat intérieur d'une ou de plusieurs pièces ("zones thermiques"). Il est composé d'un module HAM basé sur des équations aux dérivées partielles et caractérisant les transferts dans les matériaux de construction et développé au sein de l'environnement numérique COMSOL Multiphysics. Les équations qui le composent sont flexibles et facilement adaptables au cas expérimental modélisé ainsi qu'aux propriétés des matériaux composant les parois. En outre, on y trouve un traitement complet des phénomènes de changement de phase qui prend en compte l'impact de la température sur la capacité de stockage d'humidité du matériau. Ce premier module, est couplé à un outil caractérisant les bilans chaleur/masse au niveau de la zone à l'aide d'équations aux dérivées ordinaires. Le couplage des modèles est effectué au sein de SIMULINK, un outil de MATLAB destiné à l'étude des systèmes dynamiques.
Nous appliquons ensuite ce modèle à l'étude d'un mur en ballots de paille séparant une enceinte climatique de grande taille en deux volumes d'air. Les données d'une expérience simple, un choc thermique imposé à un des volumes d'air, sont comparées aux sorties du modèle numérique.