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Année 2012 N° d’ordre UNIVERSITE D’ARTOIS THESE Pour obtenir le grade de Docteu

Année 2012 N° d’ordre UNIVERSITE D’ARTOIS THESE Pour obtenir le grade de Docteur de l’université Spécialité : Sciences pour l’ingénieur Option : Génie Civil Présentée et soutenue publiquement par Khaled CHAFFAR THERMOGRAPHIE ACTIVE APPLIQUEE A LA CARACTERISATION IN SITU DE PAROIS DE BATIMENT Soutenue le 10 Juillet 2012 devant la commission d’examen composée de : Mesdames et Messieurs : Colette SIRIEIX Rapporteur Berangère LARTIGUE Rapporteur Mohammed LACHI Examinateur Emmanuel ANTCZAK Examinateur Bertrand D’AGARO Invité Didier DEFER Directeur de thèse Laurent ZALEWSKI Co-directeur de thèse i « La théorie, c’est quand on sait tout et que rien ne fonctionne. La pratique, c’est quand tout fonctionne et que personne ne sait pourquoi. Ici, nous avons réuni théorie et pratique : Rien ne fonctionne…et personne ne sait pourquoi » Albert EINSTEIN ii A mes parents Aux êtres qui me sont les plus chers Devant tous les sacrifices que vous avez consentis pour moi, aucune dédicace ne saurait exprimer la grandeur des sentiments que j'ai pour vous. Comment pourrais-je vous dédier un travail qui est le vôtre. A mes Frères Mohamed, Sami, Ismail A mes deux sœurs Saadia, Hajjer A ma sœur Amira et son mari Khalil A monsieur Zoubeir LAFHAJ A monsieur Nourredine BEN JAMAA A monsieur Marouene et sa femme sana A monsieur Ahmed NAJER A mes prof en Tunisie Remerciements iii Remerciements Cette recherche a été effectuée au sein de l’équipe "Habitat" du Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement Lille Nord de France (LGCgE) sur le site de l’Université d’Artois à Béthune. Deux sentiments m’animent au moment d’écrire ces mots. Le premier sentiment est l’immense joie d’avoir mené à terme ce travail. Le second sentiment est la peur d’oublier dans ces remerciements quelqu’un qui de près ou de loin a contribué à l’aboutissement de ce projet. Je tiens à adresser, dans un premier temps, mes vifs remerciements au Professeur Didier DEFER de m’avoir fait confiance en acceptant de me confier ce sujet. Qu’il trouve dans ces quelques mots le témoignage de ma profonde gratitude pour tous ses conseils et son soutien indéfectible durant ces années. J’espère simplement ne pas l'avoir déçu. Je remercie vivement Monsieur Laurent ZALEWSKI, Maître de conférences, qui a co-dirigé mon travail, et qui a su par son enthousiasme, sa compétence m’aider tout au long de ma thèse, pour les précieux conseils qu’il m'a prodigués et sa disponibilité. Je tiens à remercier vivement Monsieur Bertrand D’AGARO, Responsable Recherche et Développement énergie/enveloppe de Pas-de-Calais Habitat, pour l’intérêt qu’il porte à mon travail et d'avoir accepté d’être dans le Jury de soutenance. Les remarques et conseils qu’il a pu m’adresser m'ont été très profitables dans la conduite de cette étude. Mes remerciements vont également à Pas de Calais Habitat ainsi qu’au conseil régional du Nord – Pas de Calais pour avoir accepté de financer ce travail. Mes remerciements s’adressent aussi à Madame Colette SIRIEIX de l’Université de Bordeaux 1 et Madame Berangère LARTIGUE du laboratoire P.H.A.S.E de l’Université de Toulouse III, pour l’intérêt qu’elles ont porté à mes travaux et le temps qu’elles y ont consacré. Je leur adresse toute ma reconnaissance d’avoir accepté de rapporter cette thèse. Je remercie vivement Monsieur Mohammed LACHI, Professeur de l’Université de Reims- Champagne-Ardenne, IUT de Reims-Châlons-Charleville de m’avoir fait l’honneur d'accepter de juger et d’examiner mon travail. Mes remerciements s'adressent également à Monsieur Emmanuel ANTCZAK professeur au Laboratoire de Génie Civil et géo-Environnement Lille Nord de France (LGCgE) – Artois à Béthune, pour l'honneur qu'il m'a fait en prenant part à ce jury. Je ne saurai assez remercier mon professeur Zoubeir LAFHAJ, Directeur des Relations Internationales - Professeur des Universités - Equipe Génie Civil - Laboratoire de Mécanique de Lille (LML)/ Responsable de la filière ACE, pour son généreux soutien moral. Je suis également reconnaissant à Monsieur Thierry CHARTIER, Ingénieur d’étude, pour son aide très précieuse tout au long de cette thèse, ses multiples services et son inébranlable bonne humeur. Je tiens à remercier chaleureusement tous les thésards avec qui j'ai partagé mon bureau, et qui ont partagés avec moi leurs multiples et riches connaissances, ainsi que leurs rêves et projets. Nomenclature iv Nomenclature Notation Désignation Unité hg Coefficient d’échange global W·m-2·K-1 q0 Densité de flux de chaleur W·m-2 qe Densité de flux surfacique W·m-2 q Densité de flux W·m-2 Variations spatiales du paramètre T t Temps S ∆t Pas de temps S Variation de température °C Te Température ambiante °C Ts Température de surface °C T1 – T2 Ecart de température °C exp Température normalisée expérimentale ,c,h Température normalisée simulée Evolution de la température simulée °C Pas axial cm Coordonnée cartésienne e Epaisseur de chaque couche cm L Epaisseur totale de la paroi cm RT Résistance thermique du matériau m²·K·W-1 Cp Chaleur massique J·K-1·kg-1 Nomenclature v Symboles grecques : Notation Désignation Unité λ Conductivité thermique W·m-1·K-1 ρ Masse volumique Kg ·m-3 s Flux surfacique W·m-2 a Diffusivité thermique m2·s-1 b Effusivité thermique J·k-1·m-2·s-1 ø Flux W Indices et exposants : Notation Désignation Unité 0,1,2,….,n Indice du paramètre considéré i,j,k Index Résumé vi Résumé Les préoccupations environnementales actuelles visent à réduire les consommations énergétiques. Dans une démarche d’amélioration des bâtiments existants, l'étude du comportement thermique d’une paroi n'est pas aisée du fait de la méconnaissance de ses propriétés thermophysiques réelles. Ces paramètres sont pourtant prépondérants pour la phase d'optimisation économique des opérations de réhabilitation ou pour vérifier ses performances in situ. Il apparaît donc important de pouvoir caractériser les parois de bâtiment en place. Notre travail vise à développer une méthode de caractérisation thermique d’une paroi adaptée aux applications in situ basée sur une approche active. Le principe d'identification consiste à solliciter thermiquement une face d’accès en imposant un flux de chaleur sous forme d’un créneau et à étudier la réponse en température enregistrée par thermographie infrarouge sur l’autre face. A partir de signaux de flux et de températures mesurés aux limites de la paroi, les propriétés thermophysiques de la paroi seront estimées par méthode inverse. Nous nous sommes dans un premier temps intéressés aux parois homogènes. Le schéma d’inversion est construit autour d’un modèle numérique décrivant la réponse de la paroi suivant la méthode des différences finies en 1D. L’identification de la conductivité thermique et de la chaleur volumique de la paroi est réalisée en optimisant le groupement de paramètres qui permet de minimiser l’écart entre la température normalisée mesurée et la température normalisée simulée. Le coefficient d’échange surfacique global est également identifié à partir du même essai. Dans ce travail, la méthode a été appliquée à une paroi homogène en carreaux de plâtre mise en place au laboratoire. Elle a une épaisseur de 6.5 cm. Cette technique a été utilisée pour les parois multicouches de bâtiments. Les résultats issus de cette procédure d’inversion ont été comparés à des valeurs de référence obtenues à partir d’une procédure classique (NF EN 12664-méthode fluxmétrique). Une bonne concordance des résultats est obtenue. Une autre partie représente les essais in situ. Mots clés : Carreau de plâtre, flux, température, différences finies, thermographie infrarouge, propriétés thermophysiques, paroi monocouche, paroi multicouche, coefficient d’échange surfacique global. Abstract vii Abstract Current environmental concerns are intended to reduce energy consumption. In a process of improving existing buildings, the study of the thermal behavior of a wall is not easy because of the ignorance of its real thermophysical properties. These parameters are yet to dominate the economic optimization phase of the rehabilitation or to check its performance in situ. It therefore appears important to characterize the walls of existing building. Our work aims to develop a method of thermal characterization of a wall suitable for in situ applications based on an active approach. The principle of identification is to apply a heat-face access by imposing a heat flux in the form of a pulse and to study the temperature response recorded by infrared thermography on the other side. From signal flow and temperature measured at the limits of the wall, the thermophysical properties of the wall will be estimated by inverse method. We are at present interested in homogeneous walls. The inversion scheme is built around a digital model describing the response of the wall following the finite difference method in 1D. The identification of the thermal conductivity and heat volume of the wall is achieved by optimizing the group of parameters which minimizes the normalized difference between the temperature measured and the temperature standard simulated. The overall Global exchange coefficient is also identified from the same test. In this work, the method was applied to a homogeneous wall tile plaster introduction to the laboratory. It has a thickness of 6.5 cm. This technique was used for multilayer walls of buildings. The results of this inversion procedure were compared with reference values obtained from a standard procedure (DIN EN 12664-flow meter methods). A good agreement is obtained. Another part is the in situ tests. Key Words: Gypsum tile, flux, temperature, finite differences, infrared thermography, thermophysical properties, wall monolayer, multilayer wall, Global exchange coefficient. Sommaire viii Sommaire REMERCIEMENTS _________________________________________________________________ III NOMENCLATURE _________________________________________________________________ IV RÉSUMÉ __________________________________________________________________________ VI ABSTRACT _______________________________________________________________________ VII SOMMAIRE ______________________________________________________________________ VIII LISTE uploads/Geographie/ thse-finale.pdf