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UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Faculté Des Sciences Appliquées
Département De Génie Mécanique
Mémoire
MASTER ACADEMIQUE
Domaine Sciences et Techniques
Filière : Génie Mécaniques
Spécialité : Génie Energétique
Présenté par :
DIDA Mustapha
Thème
Soutenu publiquement
Le 04 /06 /2016
Devant le jury composé de :
Mr. DRID M.Mebrouk MA. UKM Ouargla Président
Mr. CHERRAD Noureddine MA. UKM Ouargla Examinateur
Mr. BELAHYA Hocine MA. UKM Ouargla Encadreur
Année Universitaire : 2015/2016
Contribution à l’étude de l’effet d’isolation thermique sur
la consommation énergétique des bâtiments
Dédicace
A mes très chers parents, pour leur: amour, sacrifice, patiences, soutien moral et matériel depuis mon enfance jusqu’à ce jour.
A mes chers frères et mes chères sœurs.
A tout ma famille. A mes chères amies et mes collèges.
A tous mes enseignants qui m’ont éclairé sur ce chemin du savoir.
A tous qui ont attendu l’achèvement de ce mémoire et qui ont prié
‘Dieu’ pour plus de réussites.
Je dédie ce modeste travail
Remerciements
Je tiens tout d’abord à remercier Dieu le tout puissant et miséricordieux, qui m’a
donné la force et la patience d’accomplir ce Modeste travail.
En second lieu, je remercie mon encadrant Mr : BELAHYA Hocine pour ses
précieux conseils et son aide durant toute la période du travail.
Mes vifs remerciements vont également aux membres du jury pour l’intérêt qu’ils
ont porté à mon travail, en acceptant de l’examiner et l’enrichir par leurs
propositions.
A ma famille et mes amis qui m’ont toujours soutenu par leurs prières et
encouragements.
Et enfin, j’adresse ma gratitude à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à
la réalisation de ce travail.
Sommaire
Dédicace
Remerciement
Sommaire
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des notations
Résumé
Introduction générale 1
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
Introduction 3
I.1. Consommation d’énergie 3
I.1.1. Consommation mondiale d’énergie 3
I.1.1.1. Evolution de la consommation énergétique dans le monde 4
I.1.1.2. Consommation énergétique mondiale par secteur d’activité 5
I.1.2. Consommation nationale d’énergie 5
I.1.2.1. Evolution de consommation nationale énergétique par type d’énergie 6
I.1.2.2. Evolution de la consommation par secteur d'activité 7
I.1.2.3. Répartition de consommation finale par secteur 8
I.1.3. La consommation énergétique à Ouargla 9
I.1.3.1. Evolution de la consommation électrique 9
I.1.3.2. Evolution de consommation du gaz naturel 10
I.2. Le climat 11
I.2.1. Définition 11
I.2.2. Eléments utiles du climat 11
I.2.3 Le climat des zones arides et semi-arides 12
I.2.4. Classification du climat en Algérie 12
I.2.5. Le climat à Ouargla 13
I.2.5.1. Situation géographique 13
I.2.5.2. Analyse climatique de la ville d’Ouargla 14
I.2.5.3. Interprétation des données climatiques 14
I.2.5.3.1.La Température 14
I.2.5.3.2 L'humidité relative de l'air 15
I.2.5.3.3.Les vents 15
I.2.5.3.4.Précipitations 16
I.2.5.3.5.L’insolation 16
I.3. Habitat et les différents types de confort 17
I.3.1. Définition de confort 17
I.3.2. Le confort respiratoire 17
I.3.3. Le confort visuel 17
I.3.4. Le confort acoustique 17
I.3.5. Le confort thermique 18
I.3.5.1. Définition du confort thermique 18
I.3.5.2. Les échanges de chaleur du corps humain 19
I.3.5.3. Le bilan thermique 20
Conclusion 21
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
Introduction 22
II.1. Transfert de chaleur 22
II.1.1. Modes de transfert de chaleur 22
II.1.1.1. La conduction 22
II.1.1.2 La convection 22
II.1.1.3 Le rayonnement 23
II.1.2. Notions thermiques 23
II.1.2.1. Flux thermiques 23
II.1.2.2. Conductivité thermique 24
II.1.2.3. Résistance thermique 24
II.1.2.4. Le coefficient de transmission calorifique 24
II.1.2.5. Capacité thermique massique 24
II.1.2.6. Capacité thermique 24
II.2. L’isolation thermique 24
II.2.1. Définition 24
II.2.2. L’isolation par l’intérieure 25
II.2.3. L’isolation par l’extérieur 25
II.2.4. Avantages d'isolation thermique 26
II.3. Classification des matériaux isolants 27
II.3.1 Les matériaux biosourcés 27
II.3.2. Les matériaux minéraux 28
II.3.3. Les matériaux synthétiques 30
II.3.4. Autres matériaux isolants 31
II.4. Propriétés et performances d'un matériau isolant 32
II.4.1. Propriétés physiques 32
II.4.2. Propriétés environnementales 32
II.4.3. Propriétés de l’hygiène et de la santé 32
II.5. Etude Bibliographique 32
Chapitre III : Matériels et méthodes
III.1. Introduction 38
III.2. Objectif de l’étude 38
III.3. Paramètre du bâtiment (cas de base) 38
III.3.1. Coordonnées géographiques et zone climatique 38
III.3.2. Plan général du cas de base 39
III.3.3. Dimensions et zonage du projet 39
III.3.4. Caractéristiques thermiques des matériaux 40
III.3.5. Détails des parois de l’enveloppe de l’habitat étudié 41
III.3.5.1. Murs extérieurs 41
III.3.5.2. Murs intérieurs 41
III.3.5.3. Toiture 42
III.3.5.4. Plancher bas 42
III.4. Logiciel de simulation TRNSYS (Transirent System Simulation) 43
III.5. La méthodologie de simulation 45
III.5.1. Etat des lieux des besoins thermiques du cas de base 45
III.5.2. Types des matériaux de construction 47
III.5.3. De l’impact de l’isolation 48
III.5.3.1. Premier partie 48
III.5.3.2. Deuxième partie 48
III.5.3.3. Troisième partie 48
Conclusion 49
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
Introduction 50
IV 1. Matériaux de construction 51
IV.1.1. Résultats de simulation 51
IV.1.1.1. Brique creuse 15cm 51
IV.1.1.2. Parpaing 20 cm 52
IV.1.1.3. Double murette 53
IV.1.2. Comparaison les résultats des matériaux de construction 54
IV.2. L’impact de L’isolation 55
IV.2.1. Premier partie 55
IV.2.1.1. Plancher Bas 55
IV.2.1.2. Mur Extérieur 55
IV.2.1.3. Toiture 56
IV.2.1.4. Comparaison de l’isolation de l’enveloppe du bâtiment 56
IV.2.1.5. L’épaisseur optimale d’isolation 57
IV.2.2. Deuxième partie 58
IV.2.2.1. Isolation à l’intérieur 58
IV.2.2.2. Isolation à l’extérieur 59
IV.2.2.3. Comparaison des types d’isolation 60
IV.2.3. Panneaux 3D de polystyrène 61
IV.2.4. Comparaison des résultats 62
Conclusion 63
Conclusion générale 64
Liste Des Figures
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
Figure I.1 Répartition de la consommation énergétique mondiale selon les ressources 4
Figure I.2 Evolution de la consommation énergétique mondiale 4
Figure I.3 Consommation finale d'énergie par secteur dans le monde 5
Figure I.4 Evolution de la consommation nationale par type d’énergie 6
Figure I.5 Evolution de la consommation nationale par secteur 8
Figure I.6 Répartition de consommation finale par secteur 8
Figure I.7 Evolution de la consommation électrique à Ouargla dans le secteur résidentiel 9
Figure I.8 Consommation de l'électricité à Ouargla dans le secteur résidentiel 10
Figure I.9 Consommation gazière à Ouargla dans le secteur résidentiel 11
Figure I.10 Classification du climat en Algérie 13
Figure I.11 La Température mensuelle moyenne de la région d’Ouargla 15
Figure I.12 L'humidité mensuelle moyenne de la région d’Ouargla 15
Figure I.13 Le vent mensuel moyen de la région d’Ouargla 16
Figure I.14 La précipitation mensuelle moyenne de la région d’Ouargla 16
Figure I.15 Durée mensuelle moyenne d’insolation de la région d’Ouargla 17
Figure I.16 Pertes thermiques du corps humain et les paramètres dépendant 18
Figure I.17 Les échanges thermiques entre le corps humain et son environnement 21
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
Figure II.1 Transfert de chaleur par conduction 22
Figure II.2 Transfert de chaleur par convection 23
Figure II.3 Transfert de chaleur par rayonnement 23
Figure II.4 Répartition des déperditions thermiques dans une maison non isolée 25
Figure II.5 Isolation intérieur et extérieur des murs 26
Figure II.6 Fibre de bois en panneau 28
Figure II.7 Laine de mouton 28
Figure II.8 Béton de chanvre 28
Figure II.9 Laine de verre 29
Figure II.10 Laine de roche 29
Figure II.11 Fibragglos 30
Figure II.12 Brique monomur en terre cuite 30
Figure II.13 Le polystyrène 30
Figure II.14 Le polyuréthane 31
Chapitre III : Matériels et méthodes
Figure III.1 plan générale de cas de bas 39
Figure III.2 Schéma du mur extérieur 41
Figure III.3 Schéma du Mur intérieur 41
Figure III.4 Schéma du Toiture 42
Figure III.5 Schéma du Plancher bas 42
Figure III.6 Schéma de principe du cas de base 43
Figure III.7 Evolution annuelle de la température intérieure 46
Figure III.8 L'évolution mensuelle des besoins énergétiques 47
Figure III.9 Schéma du panneau 3D 48
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
Figure IV.1 Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (Brique
creuse 15cm)
51
Figure IV.2 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Brique creuse 15cm) 51
Figure IV.3 Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (parpaing
20cm)
52
Figure IV.4 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (parpaing 20cm) 52
Figure IV.5 Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (double
murette)
53
Figure IV.6 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Double murette) 53
Figure IV.7 Besoin énergétique annuel (Types des matériaux) 54
Figure IV.8 L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation plancher
bas)
55
Figure IV.9 L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation mur
extérieur)
55
Figure IV.10 L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation toiture) 56
Figure IV.11 L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation) 56
Figure IV.12 variation du cout d’isolation, d’énergie et total en fonction d’épaisseur
d’isolation
57
Figure IV.13 Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (Isolation à
l’intérieur)
58
Figure IV.14 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Isolation à l'intérieur) 58
Figure IV.15 Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (Isolation à
l’extérieur)
59
Figure IV.16 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Isolation à l’extérieur) 59
Figure IV.17 l’effet énergétique de type d’isolation 60
Figure IV.18 Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (panneaux
3D)
61
Figure IV.19 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (panneaux 3D) 61
Figure IV.20 L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (différents configuration) 62
Liste des Tableaux
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
Tableau I.1 Consommation énergétique finale national par secteur 7
Tableau I.2 Consommation d’énergie électrique à Ouargla (2014 et 2015) 10
Tableau I.3 Données météorologique mensuelle d’Ouargla (2004-2014) 14
Chapitre III : Matériels et méthodes
Tableau III.1 Zones et dimensions du cas de base 40
Tableau III.2 Caractéristiques thermiques des matériaux 40
Tableau III.3 matériaux constituant des murs extérieurs 41
Tableau III.4 Matériaux constituant des murs intérieurs 41
Tableau III.5 Matériaux constituant du Plancher haut 42
Tableau III.6 Matériaux constituant du Plancher bas 42
Tableau III.7 Besoins énergétiques mensuelle 46
Tableau III.8 Caractéristiques des matériaux de construction 47
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
Tableau IV.1 Besoin énergétique annuel (Types des matériaux) 54
Tableau IV.2 Besoin énergétique annuel (type d’isolation) 60
Tableau IV.3 Besoin énergétique (différents configuration) 62
Nomenclature
T X : Températures Moyennes max (°C)
T N : Températures Moyennes min (°C)
T M : Températures Moyennes (°C)
H : Humidité relative de l'air (%)
V : Vitesse de vents (m.s-1)
Pr : Précipitations (mm)
INSO : L’insolation (heures)
λ : Conductivité thermique (W.m-1.K-1)
C : Capacité thermique (J.K-1)
CP : Chaleur spécifique (J.kg-1.C-1)
R : Résistance thermique (m2.K.w-1)
U : Coefficient de transmission calorifique (W.m-2.K-1)
q : Flux thermique (W.cal-1.s-1)
AIE : Agence internationale de l’énergie.
APRUE : Agence Nationale pour la Promotion et la Rationalisation de l'Utilisation de
l'Energie.
MEM : Ministère de l'Énergie et Mines Algérien.
BTP : Bâtiments et travaux publiques
DTRC : Documents Techniques Réglementaires de Conception.
Ktep : Kilo tonne équivalant de pétrole
Mtep : Million tonne équivalant de pétrole
KWh : Kilo Watt heure
GWh : Giga Watt heure
Abréviation
Introduction Générale
Introduction générale
1
Introduction générale
Le problème de la consommation excessive d’énergie se présente fermement dans le sud
d’Algérie, ce qui se caractérise par un climat désertique chaud et sec (plus de 85% de la
superficie totale de l’Algérie). Le climat de cette région se caractérise par deux saisons, froid
intense de l’hiver étirement de Décembre à Février, et une période estivale se caractérise par
des températures élevées de Mai à Octobre, en plus de faible pourcentage d’humidité et de
précipitations.
La wilaya d’Ouargla est considérer comme L’une des villes les plus importantes dans le sud
d’Algérie en raison de son emplacement stratégique et économique. Compte tenu des
statistiques sur la valeur de la consommation d’énergie électrique on a remarqué une grande
différence dans le rapport de la consommation énergétique, Puisque le rapport de la
consommation énergétique dans la période d’été a augmenter plus de le double par rapport à
les autres saisons, Cela augmente les coûts de la production énergétiques. Ci pour ça on a
choisi la ville d’Ouargla comme un échantillon pour la contribution à l’étude de l’isolation
thermique dans les zones sahariennes.
Le confort thermique est estimé essentiellement par les paramètres climatiques extérieurs.
Pour assurer un bâtiment confortable Il faut réaliser des plusieurs études, notamment :
- L’étude de la consommation énergétique dans les zones arides, montre que les besoins de
chauffage en hiver sont faibles, bien que réels, mais les besoins de refroidissement, en été sont
beaucoup plus important.
- Étudier les caractéristiques climatiques de la région, pour trouver les moyens et les
méthodes efficaces en matière d'isolation thermique pour les bâtiments.
- Etudier les caractéristiques thermiques des matériaux de construction et les différents
matériaux et les technologies de l’isolation thermique dans les bâtiments, pour réaliser des
bons résultats.
Notre travail de recherche a été consacré à l’étude des performances énergétiques d’un local
d’habitation situé dans la zone sud d’Algérie (la ville de Ouargla), afin d’analyser les
performances en terme d’économie et de confort en fonction de l’enveloppe.
Introduction générale
2
Dans ce projet nous intéressons sur l’effet de l’intégration des matériaux isolants dans
l’enveloppe du bâtiment sur la consommation énergétique, par une série des simulations. Ces
simulations ont été réalisées à l'aide du logiciel TRNSYS.V16 (Transirent System
Simulation).
Le travail présenté dans ce document comporte quatre chapitres. Le premier présente le
contexte énergétique au niveau mondial, national et local, et une analyse climatique de la ville
d’Ouargla ainsi que les différents types de confort.
Le deuxième est consacré à l’isolation thermique, en donnant un aperçu sur les divers modes
de transfert de chaleur, et les différents matériaux et les techniques d’isolation thermique.
On présente aussi dans ce chapitre les études qui sont réalisés sur l’isolation thermique des
bâtiments pour améliorer la performance thermique et réduire les besoin énergétique, où on décrit
ces différentes configurations, les conditions expérimentales et les différents résultats atteints, par
certains auteurs.
Le troisième chapitre est consacré à l’explication de la méthodologie de la simulation thermique
dynamique, et une présentation de logiciel TRNSYS.V16.
Dans le quatrième chapitre Nous rassemblons les principaux résultats numériques de cette
étude. Les commentaires et les discutions.
En fin nous terminons ce travail par une conclusion générale qui résume les principaux
résultats obtenus et quelques recommandations pour les études futures qui sont émises.
Chapitre I
Energie, Climat et Confort d’habitat
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
3
Introduction
La consommation d'énergie augmente rapidement en raison de la croissance démographique,
l'urbanisation, et la migration vers les grandes villes et l'amélioration du niveau de vie.
La consommation d'énergie est répartie entre quatre principaux secteurs : industriel, bâtiment
(résidentiel / commercial), le transport et l'agriculture. Le secteur du bâtiment est le plus grand
consommateur d'énergie suivant le secteur industriel.
Dans de nombreux pays, l'énergie nécessaire pour le chauffage et le refroidissement des
locaux dans les bâtiments a le pourcentage le plus élevé de tous.
Le confort thermique est une exigence essentielle à la qualité des espaces bâtis cette notion
que correspond à tout ce qui constitue le bien être thermique et à tout ce qui y contribue fait
appel à de multiples interactions entre l’occupant, le bâtiment et l’environnement extérieur.
Le confort thermique visé à l’intérieur des constructions est en fait une principale exigence
pour le comportement morale et physique de l’individu. Il est estimé essentiellement en
fonction des paramètres climatiques extérieurs.
I.1. Consommation d’énergie
I.1.1. Consommation mondiale d’énergie
L’énergie est le moteur de développement des sociétés modernes. Elle joue un rôle vital dans
notre quotidien en intervenant dans de nombreux domaines d’activités domestiques et
économiques [1].
La consommation énergétique mondiale est dominée par les combustibles fossiles que sont le
pétrole, le charbon et le gaz. En 2013 leur part dans le mix énergétique mondial a atteint
87% ; dont 33% de pétrole, 24% de gaz et 30% de charbon (Figure. I.1). Selon l’Agence
Internationale de l’Energie [2], les ressources fossiles constitueront encore dans les 30
prochaines années l’essentiel de l’approvisionnement énergétique mondial et continueront de
surmonter le secteur de l’énergie.
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
4
Figure I.1 : Répartition de la consommation énergétique mondiale selon les ressources en 2013 (AIE,
2014).
I.1.1.1. Evolution de la consommation énergétique dans le monde
L’évolution continuelle de la population mondiale, le confort recherché par les différents
populations, conjugués à la forte croissance économique ont engendré une augmentation
permanente et considérable de la consommation d’énergie. Cette dernière a augmenté en 2013
en 2,3% par rapport à l’an 2012. Elle a atteint 12730,4 Mtep pour une population mondiale de
7,07 milliards habitants [3]. En effet, devant une demande de plus en plus accrue, la
consommation énergétique n’a pas cessé d’augmenter depuis la révolution industrielle.
Figure I.2 : Evolution de la consommation énergétique mondiale entre 1988 et 2013 (BP, 2014).
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
5
I.1.1.2. Consommation énergétique mondiale par secteur d’activité
On peut retenir que la consommation finale se partage entre quatre quarts :
La consommation des « résidentiels » (part directement utilisée au domicile) représente un
peu moins d’un quart du total. Elle est très variée dans ses formes : elle recouvre par exemple
les dépenses de chauffage des habitants du nord de l'Europe et le bois brûlé dans les fours
domestiques des régions vivant sans accès à l’électricité.
Les transports (privés et professionnels) représentent un peu plus du quart de la
consommation finale.
L’industrie, qui fabrique les biens et services finaux, un bon quart.
Les autres activités humaines consomment un peu moins du dernier quart de la consommation
finale, dont 10% est l’énergie fossile qui n’est pas brûlée, mais utilisée pour la fabrication de
produits chimiques (par exemple plastiques et engrais).
La répartition de la consommation finale entre les différents secteurs est présentée comme suit
(Figure I.3) :
Figure I.3 : Consommation finale d'énergie par secteur dans le monde en 2012 (AIE ,2014).
I.1.2. Consommation nationale d’énergie
L’Algérie, pays producteur et exportateur de pétrole et de gaz a connu une nouvelle politique
nationale des hydrocarbures. L’état a permis le financement d’un vaste programme industriel,
social et économique [4].
28%
28%
35%
9%
Répartition de la consommation
Industrie
Transports
Résidentiel, agriculture et
autres secteurs
Usage hors énergie
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
6
La forte demande actuelle de consommation énergétique en Algérie est due principalement à
l'augmentation du niveau de vie de la population et du confort qui en découle, ainsi qu'à la
croissance des activités industrielles [5].
I.1.2.1. Evolution de consommation nationale énergétique par type d’énergie
La consommation nationale globale a enregistré une importante évolution entre 2010 et 2014.
Elle est passée de 43,4 millions de TEP à 55,9 millions de TEP soit une augmentation de
28,8%. La consommation globale se compose en fait par trois types de consommation, il
s’agit de la consommation des industries énergétiques, des industries non énergétiques et de la
consommation finale. Pour la même période, la consommation des industries énergétiques est
passée de 6234 Ktep à 9059 Ktep, soit une augmentation de 45,3%. La consommation des
industries non énergétiques quant à elle est passée de 2185 Ktep à 3746 Ktep, soit une
augmentation de 71,4%. La consommation finale est passée de 31650 Ktep à 39368 Ktep, soit
une augmentation de 24,4%.
Durant la même période, la part de la consommation finale fluctue entre 73% et 70,45% de la
consommation globale. Vu l’importance qu’elle prend de plus en plus, celle-ci constitue un
objectif primordial pour toute initiative allant dans le sens d’une réduction ou d’une
rationalisation de la consommation et par conséquent devient l’élément clé de toute stratégie
nationale de maîtrise d’énergie [5], (Figure I.4).
Figure I.4 : Evolution de la consommation nationale par type d’énergie en Ktep (MEM 2010-2014).
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
2010 2011 2012 2013 2014
Kte
p
Usages industriels non énergétique Industries énergétiques consommation final
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
7
I.1.2.2. Evolution de la consommation par secteur d'activité
Dans l’élaboration du bilan énergétique, le système de consommation est présenté sous forme
de trois secteurs. Il s’agit de l’industrie et BTP, des transports et des ménages et autres. Les
niveaux de consommation pour chaque secteur sont passés respectivement de (8019 Ktep,
11215 Ktep et 12415 Ktep en 2010) à (8238 Ktep, 14551 Ktep et 16579 Ktep en 2014), soit
une augmentation de 2,73% pour l’industrie, 29,75% pour le transport et 33,54% pour les
ménages et autres [6].
Tableau I.1 : Consommation énergétique finale national par secteur (MEM 2014).
K tep 2010 2014 Evolution
Quantités (%)
Industrie et
BTP
8 019 8 238 + 219 +2,7
Transport 11 215 14 551 +3336 +29,75
Ménages et
autres
12 415 16 579 +4164 +33,5
Total 31 650 39 368 +7718 +24,4
La part la plus importante de la consommation a été enregistrée dans le secteur des ménages
et autres, elle a atteint 40% en 2010 et 42% en 2014.
Pour le transport, sa part a régressé de 35% en 2010, elle est passée à 37% en 2014, quant à
l’industrie, la consommation est passée de 25% en 2010 à 21% en 2014. La structure de la
consommation par secteur d’activité montre qu’en matière d’appréhension et de traitement de
la consommation, le secteur des ménages et autres constitue une priorité dans l’élaboration de
la stratégie et des programmes de maîtrise d’énergie (Figure I.5).
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
8
Figure I.5 : Evolution de la consommation nationale par secteur en Ktep (MEM 2010-2014).
I.1.2.3. Répartition de consommation finale par secteur
A l'échelle nationale, le secteur résidentiel est considéré comme étant le secteur le plus
énergivore, il présente 42% de la consommation finale. Les secteurs de transport et des
industries et BTP représentent respectivement 37% et 21% de la consommation final [6].
Figure I.6 : Répartition de consommation finale par secteur (MEM 2014).
0
2 000
4 000
6 000
8 000
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
2010 2011 2012 2013 2014
Kte
p
Industrie et BTP Transports Ménages et autres
42%
37%
21%
Total: 34,9 Mtep
Ménages et autres
Transport
Indestrie et BTP
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
9
I.1.3. La consommation énergétique à Ouargla
Le potentiel énergétique à Ouargla est assuré par deux réseaux. Le premier est le réseau
électrique de 2935,221 Km avec un taux moyen d’électrification de 98%. Le second réseau
est celui du gaz naturel de 819,648 Km avec un taux de branchement de 74% [7].
I.1.3.1. Evolution de la consommation électrique
D’après les statistiques de la société Nationale de l'électricité et du gaz unité d’Ouargla, la
consommation électrique annuelle à Ouargla est en perpétuelle croissance. Les histogrammes
de la (Figure I.7) montrent l'évolution de la consommation annuelle passant de 263.16 GWh
en 2010, arrivant à 450.46 GWh en 2015.Soit une augmentation de 187.3 GWh en cinq ans.
Figure I.7 : Evolution de la consommation électrique à Ouargla dans le secteur résidentiel (Sonelgaz 2010-
2015)
La consommation d’énergie électrique à Ouargla dans la période estivale (trimestre 3) passant
de (146665514 KWh en 2014) et (157726988 KWh en 2015). La consommation électrique
dans cette période est plus important par rapport les autres saisons d’année (Tableau I.2) [7].
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
2010 2011 2012 2013 2014 2015
Elec
triq
ue
[Gw
h]
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
10
Tableau I.2 : Consommation d’énergie électrique à Ouargla (2014 et 2015).
trimestre consommation d'électricité
[KWh] 2014 consommation d'électricité
[KWh] 2015
trimestre 1 65896784 74139270
trimestre 2 58664632 70710971
trimestre 3 146665514 157726988
trimestre 4 137986154 147892623
Total 409 213 084 450 469 852
Figure I.8 : Consommation de l'électricité à Ouargla dans le secteur résidentiel (Sonelgaz 2010-2015).
I.1.3.2. Evolution de consommation du gaz naturel
La consommation annuelle du gaz naturel dans le secteur résidentiel à Ouargla est aussi en
croissance sans cesse (Figure I.9). Passant de (273189382 Thermie en 2010) et (466343530
Thermie en 2015).Soit une augmentation de 193154148 Thermie en cinq ans [7]. A savoir que
cette consommation concerne uniquement le gaz de ville, vu que l’alimentation en gaz butane
(bouteille) n’est pas recensée.
0
20000000
40000000
60000000
80000000
100000000
120000000
140000000
160000000
trimestre 1 trimestre 2 trimestre 3 trimestre 4
Ele
ctri
cité
[K
Wh]
2014 2015
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
11
Figure I.9 : Consommation gazière à Ouargla dans le secteur résidentiel (Sonelgaz 2010-2015).
I.2. Le climat
I.2.1. Définition
Le climat est l’une des principales données de la morphologie des systèmes architecturaux et
urbains. Il est le résultat de l’interaction de plusieurs facteurs, incluant la température, la
vapeur d’eau, le vent, les radiations solaire et les précipitations dans un endroit particulier et à
travers une période de temps.
Le climat est défini comme une généralisation des conditions « temps » de jour en jour et à
travers toute l’année [8].
I.2.2. Eléments utiles du climat
On peut distinguer un ensemble d’éléments, et de facteurs climatiques rapportés en catégorie
[8] :
Facteurs énergétiques : rayonnement, lumière, et température.
Facteur hydrologique : précipitations, et hygrométrie.
Facteurs mécaniques : vents, et enneigements.
Le climat d’une région donnée est déterminé par les régimes de variations de plusieurs
éléments et par leurs combinaisons.
Les principaux éléments climatiques à considérer dans la conception urbaine en générale et
lors de la conception d’un bâtiment en particulier, et qui influent sur le confort humain sont :
Le soleil (radiations)
La température
L’humidité
Le vent
Les précipitations (pluies, neiges.)
0
50000000
100000000
150000000
200000000
250000000
300000000
350000000
400000000
450000000
500000000
2010 2011 2012 2013 2014 2015
Gaz
(T
her
mie
)
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
12
I.2.3 Le climat des zones arides et semi-arides
Le groupe des climats secs et chaudes ou désertiques rassemble on fait toutes les zones arides
ou semi-arides situées de part et d’autres des deux tropiques 15° et 35° Nord et Sud de
l’équateur. Ce sont des déserts chauds et leur localisation correspond à celle des zones
anticycloniques subtropicales au-dessus des continents. C’est sur le continent africain que l’on
trouve la majeure partie des régions rattachées à ce climat : de la Mauritanie et l’Egypte (ce
qui inclut donc l’ensemble de la zone saharienne ainsi qui ses bordures, le «sahel», Nord et
Sud). S’ajoutant la péninsule Afrique le Pakistan.
Enfin, plus au Nord, ce groupe est représenté en Asie centrale par la ceinture de déserts froids
s’étendant de la mer caspienne pratiquement jusqu’à pékin [9].
Caractéristiques des milieux arides et semi-arides
La température maximum dans ces régions atteint jusqu’à 49°C à l’ombre et la moyenne de la
température journalière atteint 22°C. Les principales caractéristiques de ces milieux sont les
suivants [9] :
Les hautes intensités des radiations solaires.
La température air-sol diurne très élevée.
L’humidité relative.
Les vents chauds et secs.
I.2.4. Classification du climat en Algérie
L’Algérie occupe une vaste étendue territoriale, sa superficie dépasse les deux millions de
Km². Plus de 4/5 de sa superficie est désertique. D’où une large variété géographique et
climatique allant du littoral au désert. La classification climatique en Algérie permet de
distinguer quatre zones principales [10] :
Zone A : Littoral marin.
Zone B : Arrière littoral montagne.
Zone C : Hauts plateaux.
Zone D : Présaharien et saharien.
Le littoral marin jouit d’un climat particulièrement tempéré, dû à la l’action modératrice de la
mer. Caractérisé par des hivers doux et pluvieux, et des étés chauds et humides avec de faibles
amplitudes.
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
13
Le climat de l’arrière littoral montagne est plus froid en hiver, où l’altitude et l’éloignement
de la mer entraînent une baisse de température et des amplitudes diurnes et annuelles. Les étés
sont chauds et moins humides.
Or, le climat des hauts plateaux est relativement homogène, à tendance aride et très
continentale. Ses hivers sont plutôt froids et longs qu’à la même altitude dans la zone A et B.
Les températures sont très basses avec une fréquence de neige. Ses étés sont chauds et secs.
Le climat Présaharien ou saharien quant à lui est caractérisé par l’intensité du rayonnement
solaire et une faible humidité, d’où le caractère du climat aride. L’absence de nuages favorise
une forte amplitude de température. La période froide est plus courte avec des jours modérés
et des nuits très froides. L’été est très chaud et rigoureux, les températures atteignent les 45°C
à l’ombre avec les vents intenses de siroco.
Figure I.10 : Classification du climat en Algérie [10].
I.2.5. Le climat à Ouargla :
I.2.5.1. Situation géographique :
La ville d’Ouargla est située au Sud-est de l'Algérie, à une distance de 800 km d'Alger. La
wilaya d’Ouargla couvre une superficie de 163230 km2. Elle se trouve dans le Nord-Est de la
partie septentrional du Sahara (5° 19' longitude Est, 31°57' latitude Nord). Elle se trouve à une
altitude de 157 m [11].
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
14
I.2.5.2. Analyse climatique de la ville d’Ouargla
Le climat de la région de Ouargla est connu par son aridité marquée notamment par la
faiblesse et l'irrégularité des précipitations d'une part, et par les amplitudes thermiques et les
températures très élevées d'autre part. Cette aridité ne se constate pas seulement en fonction
du manque de pluies, mais aussi par une forte évaporation qui constitue l'un des facteurs
climatiques majeurs actuels qui règnent dans la région.
Tableau I.3 : Données météorologique mensuelle d’Ouargla (2004-2014) [12].
TX (°C) TN (°C) TM (°C) H% PR (mm) V (m/s) INSO (Heures)
Janvier 18,77 5,1 11,93 61,1 9,1 2.61 244,77
Février 21,1 6,82 13,95 51,22 0,63 3.39 241,83
Mars 25,8 11 18,4 45,68 4,3 4.03 259,1
Avril 30,37 15,26 22,81 39,36 2,1 4.46 277,26
Mai 34,9 19,74 27,31 33,77 1,46 4.69 300,57
Juin 40,28 24,8 32,54 29,5 0,73 4.85 253,2
Juillet 43,7 28,2 35,95 25,72 0,31 4.25 327,2
Aout 42,83 27,54 35,2 28,9 1,7 3.8 330,68
Septembre 37,73 23,51 30,62 38 3,55 3.46 269,05
Octobre 32,18 17,61 24,9 44,31 3,56 3.28 265,28
Novembre 24,16 10,45 17,3 54,9 6,55 2.46 249,7
Décembre 19,21 6,02 12,61 60,54 4,17 2.59 223,23
Moyenne
annuelle 30,9 16,33
23,62
42,75
3,18
3.65 270,15
I.2.5.3. Interprétation des données climatiques
I.2.5.3.1.La Température
La chaleur constitue l'élément le plus important du climat, à partir de la (Figure I.11), la
région de Ouargla est caractérisée par des températures très élevées ; le mois le plus chaud est
le mois de juillet avec une température moyenne maximale de 43,7°C, et la température
moyenne minimale du mois le plus froid est de 5.1°C au mois de janvier. La température
annuelle moyenne est 30.9°C.
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
15
Figure I.11 : La Température mensuelle moyenne de la région d’Ouargla (2004-2014) [12].
I.2.5.3.2 L'humidité relative de l'air
A Ouargla, l'humidité relative de l'air (H) est faible avec une moyenne annuelle de 42,75%
(2004-2014), elle varie sensiblement en fonction des saisons de l'année. En effet pendant l'été,
elle diminue jusqu'à 25.72 % au mois de juillet, sous l'action d'une forte évaporation et des
vents chauds. Elle s'élève en hiver et atteint une moyenne maximale de 61 % au mois de
décembre.
Figure I.12 : L'humidité mensuelle moyenne de la région d’Ouargla (2004-2014) [12].
I.2.5.3.3.Les vents
Le vent dans la région d‘Ouargla souffle pendant toute l'année avec des vitesses variables Ils
soufflent du nord-sud (sirocco) et dominent dans la région d'étude en été et peuvent causer des
dégâts, surtout en absence de couvert végétal avec une vitesse maximale de 4.85m/s. la
vitesse moyenne annuelle des vents est de 3,65 m/s.
05
101520253035404550
Te
mp
éra
ture
°C
moy T min moy T max T moy
0
10
20
30
40
50
60
70
Hu
mid
ité
%
H moy
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
16
Figure I.13 : Le vent mensuel moyen de la région d’Ouargla (2004-2014) [12].
I.2.5.3.4.Précipitations
La répartition annuelle des précipitations est marquée par une importante période de
sécheresse (quatre mois : mai, juin, juillet et, août) où les précipitations sont très faibles et, si
elles existent, tombent sous forme d‘orages. Le reste paraît plus humide.
Figure I.14 : La précipitation mensuelle moyenne de la région d’Ouargla (2004-2014) [12].
I.2.5.3.5.L’insolation
A partir de la (Figure I.15), le maximum de l‘insolation est atteint au mois de août avec une
durée moyenne de 330.68heures, et le minimum est enregistrée au mois de Décembre avec
une durée moyenne de 223.23heures.
0
1
2
3
4
5
6
Vit
ess
e d
e V
en
t
m/
s
vent m/s
9,1
0,63
4,3
2,11,46
0,73 0,31
1,7
3,55 3,56
6,55
4,17
Précipitation mm
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
17
Figure I.15 : Durée mensuelle moyenne d’insolation de la région d’Ouargla (2004-2014) [12].
I.3. Habitat et les différents types de confort
I.3.1. Définition de confort
Le confort est une notion globale : chaleur et froid, lumière, bruit, paysage, eau, verdure,
prestige…. et autre, sont autant d’éléments définissant plusieurs paramètres climatiques,
esthétiques, psychologiques du confort. Le confort est également la sensation subjective qui
n’existe pas en lui-même [13].
I.3.2. Le confort respiratoire
La bonne qualité d’air intérieur traduit par la ventilation est importante pour les processus
métaboliques et pour l’hygiène de chacun. La ventilation et la réduction des pollutions à la
source sont les garantes d’une meilleure respiration et d’une meilleure santé [14,15].
I.3.3. Le confort visuel
Un bon éclairage doit garantir à l’habitant qu’il puisse exercer ses activités le plus
efficacement possible, en assurant son bien être et en lui apportant un certain agrément visuel.
L’environnement visuel doit permettre de voir les objets nettement et sans fatigue dans une
ambiance colorée agréable [14,15].
Le confort visuel peut se définir à partir des conditions d’éclairage, naturel et/ou artificiel,
satisfaisantes pour permettre l’activité de l’usager. Cela implique un éclairement lumineux
suffisant, une absence d’éblouissement, ainsi qu’un bon rendu des couleurs.
I.3.4. Le confort acoustique
Le confort acoustique dépend de la dynamique sonore, c'est-à-dire de l’émergence du son sur
le bruit de fond.
0
50
100
150
200
250
300
350
he
ure
s
L'insolation
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
18
Le confort acoustique peut être défini comme la sensation de gêne assurée par
l’environnement sonore d’un individu ou d’un groupe d’individus, dont les éléments sont :
l’intensité des sons, la propagation et les temps de réverbération, la durée, la nature et le
contexte (notion d’acceptabilité sociale des bruits) [14,15].
I.3.5. Le confort thermique
Le confort thermique est le résultat d'un enchaînement successif de plusieurs phénomènes qui
relèvent de différentes disciplines. En génie climatique, il s'agit de déterminer les effets du
climat extérieur sur le bâtiment pour le dimensionnement des équipements [16]. Les
thermiciens font des études poussées pour connaître les champs de température et l’indice de
confort. Tandis qu’en thermo- physiologie, on étudie d’avantage les effets de l’environnement
thermique intérieur sur le corps humain pour le calcul des grandeurs thermo- physiologiques.
La notion du confort thermique dans un bâtiment est reliée non seulement à la qualité des
ambiances intérieures, mais aussi à la quantité d‘énergie à fournir par les équipements. Dans
les milieux bâtis, le confort thermique constitue une exigence essentielle à laquelle le
concepteur doit apporter les réponses nécessaires [17].
Figure I.16 : Pertes thermiques du corps humain et les paramètres dépendant [14].
I.3.5.1. Définition du confort thermique
Le confort thermique a été défini comme l'état satisfaction vis-à-vis de l'environnement
thermique établi par échange thermique entre le corps et son environnement [14]. La notion
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
19
de confort thermique désigne l’ensemble des multiples interactions entre l’occupant et son
environnement où l’individu est considéré comme un élément du système thermique [18],
pour le définir on lui associe plusieurs paramètres, notamment [19,20] :
Le paramètre physique : l’homme est représenté comme une machine thermique et on
considère ses interactions avec l’environnement en termes d’échanges de chaleur.
Le paramètre psychologique : Il concerne les sensations de confort éprouvées par
l’homme et la qualification des ambiances intérieures.
Une définition satisfaisante du confort thermique doit pouvoir intégrer tous ces paramètres,
mais de nombreuses définitions avancées jusqu’à maintenant ne caractérisent le problème que
sous la lumière d’un seul de ces paramètres, par exemple :
Aspect physiologique : « Les conditions pour lesquelles les mécanismes d’autorégulation
du corps sont un niveau d’activité minimum ».
Aspect sensoriel : « État d’esprit exprimant la satisfaction de son environnement.
I.3.5.2. Les échanges de chaleur du corps humain
Le corps humain en tant que système ouvert, est en interaction permanente avec son
environnement via des échanges cutanés et respiratoires. La production de chaleur
métabolique produite dans le corps peut être mise à profit d’une élévation de la température
interne, ou bien être dissipée à l’extérieur [21].
Ces échanges thermiques suivent cinq modes différents qui sont : la conduction, la
convection, le rayonnement, l’évaporation et la respiration.
Les échanges de chaleur par conduction
La conduction concerne l’échange de chaleur par contact directe entre certaines parties du
corps et une surface de température différente (le sol, les parois ou le mobilier) [21].
Les échanges de chaleur par convection
La convection est le transfert de chaleur entre la peau et l’air qui l’entoure. Elle dépende de la
différence entre la température de l’air et celle de la surface exposée, peau ou vêtement [21].
Les échanges de chaleur par rayonnement
L’échange de chaleur par rayonnement est le mode d’échange de chaleur à distance entre
deux corps par ondes électromagnétiques. Il s’agit principalement d’échanges entre la
surface du corps et les surfaces de la pièce ainsi, des inconforts froids peuvent être perçus par
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
20
rayonnement à proximité des parois froides (exemple : mur mal isolé, fenêtre simple vitrage)
[21].
Les échanges de chaleur par évaporation
Nous distinguons deux types d’évaporation cutanée, à savoir perspiration et transpiration. La
perspiration est un phénomène d’évaporation diffusive continue liée à la présence permanente
d’eau sur la peau. La transpiration (sudation) est un processus de régulation qui se déclenche
dès lors que le corps n’est plus en équilibre thermique [21].
I.3.5.3. Le bilan thermique
Globalement, on peut écrire le bilan énergétique entre l'homme et son environnement de la
manière suivante, en comptabilisant les contributions de la production interne de la chaleur,
des échanges rayonnants, convectifs, conductifs, évaporatoires et respiratoires [22].
S = H + ERAD + ECONV + ECOND + ESW + EDIF + ERES + CRES 1.1
H
ERAD
ECONV
ECOND
ESW
EDIF
ERES
CRES
S
: Production de chaleur interne (surfacique) (W/m2)
: Echanges par rayonnement (W/m2)
: Echanges par convection (W/m2)
: Echanges par conduction (W/m2)
: Echanges par évaporation de la sueur (W/m2)
: Echanges par diffusion de la vapeur d'eau (W/m2)
: Echanges par évaporation respiratoire (W/m2)
: Echanges par convection respiratoire (respiration sèche) (W/m2)
: Stockage dans l'organisme (W/m2)
Chapitre I : Energie, climat et confort d’habitat
21
Figure I.17 : Les échanges thermiques entre le corps humain et son environnement. [22].
Conclusion
Le secteur résidentiel est la plus consommateur d’énergie il présente 28% de la consommation
finale dans le monde, et 42% à l’échelle national.
La consommation d’énergie électrique dans la ville d’Ouargla dans la période d’été est plus
importante par rapport à la période d’hiver. La consommation d'énergie par les équipements
de CVC (chauffage, ventilation et climatisation) dans les bâtiments varie de 16 à 50% de la
consommation totale d'énergie.
L’analyse climatique montre que la ville d’Ouargla a un climat saharien caractérisé par
l’intensité du rayonnement solaire, une température élevée et une faible humidité, d’où le
caractère du climat aride. Deux saisons caractérisent ce type de climat : une chaude et une
deuxième fraiche.
Chapitre II
L’isolation thermique des bâtiments
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
22
Introduction
Dans ce chapitre, nous donnons brièvement quelques rappels sur les différents modes de
transfert de chaleur par conduction, par convection et par rayonnement rencontrés
généralement dans le bâtiment. Dans ce chapitre nous donnons aussi les types d’isolation
thermique dans les bâtiments, et les différents matériaux d’isolation.
II.1. Transfert de chaleur
Le transfert de chaleur peut être défini comme la transmission de l'énergie d'une région a une
autre sous l'influence d'une différence de température. Il est régi par une combinaison de lois
physiques. La littérature traitant du transfert de chaleur reconnait essentiellement trois modes
de transmission de la chaleur : la conduction, la convection et le rayonnement [23].
II.1.1. Modes de transfert de chaleur
II.1.1.1. La conduction
C’est le transfert de chaleur au sein d’un milieu opaque, sans déplacement de matière, sous
l’influence d’une différence de température. La propagation de la chaleur par conduction à
l’intérieur d’un corps s’effectue selon deux mécanismes distincts : une transmission par les
vibrations des atomes ou molécules et une transmission par les électrons libre [24].
Figure II.1 : Transfert de chaleur par conduction [25].
II.1.1.2 La convection
Les phénomènes de convection interviennent dans la transmission de la chaleur chaque fois
qu'un fluide se déplace par rapport à des éléments fixes. Lorsque se produit au sein du fluide
des courants dus simplement aux différences de densité résultant des gradients de
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
23
température, on dit que la convection est naturelle ou libre. Par contre, si le mouvement du
fluide est provoqué par une pompe ou un ventilateur, le processus est appelé convection
forcée [23].
Figure II.2 : Transfert de chaleur par convection [25].
II.1.1.3 Le rayonnement
Dans la transmission de chaleur par rayonnement, le transfert thermique s‘effectue par des
vibrations électromagnétiques entre deux surfaces (même dans le Vide). Sans aucun contact
entre eux, par le déplacement d‘ondes dans l‘espace qui se propagent en ligne droite sans
aucun support de matière [24, 25, 26].
Figure II.3 : Transfert de chaleur par rayonnement [25].
II.1.2. Notions thermiques
II.1.2.1. Flux thermiques
Le flux thermique est la quantité d'énergie thermique qui traverse une surface isotherme par
unité de temps [27].
𝑞 =𝜕𝑄
𝑑𝑡 (𝑊)…………………………….. (2.1)
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
24
II.1.2.2. Conductivité thermique
La conductivité thermique (notée λ) correspond à la capacité d’un matériau à conduire la
chaleur. Elle représente la quantité de chaleur transférée par unité de surface et par unité de
temps, sous un gradient de température [28].
𝜆 = 𝑞𝑒
∆𝑇 (𝑊/𝑚. 𝐾) ………………………. (2.2)
II.1.2.3. Résistance thermique
La résistance thermique (notée R) correspond a la capacité d’un matériau à résister au froid et
à la chaleur. Elle est déterminée en divisant l’épaisseur du matériau (e) par la conductivité
thermique de ce dernier (λ) [28].
𝑅 =𝑒
𝜆(𝑚2. 𝐾/𝑊) ……………………… (2.3)
II.1.2.4. Le coefficient de transmission calorifique
Le coefficient de transmission calorifique (notée U) caractérise les déperditions thermiques
d'un matériau ou d'une paroi. C‘est l‘inverse de la résistance thermique (R) [27].
𝑈 =1
𝑅 (𝑊/𝑚2. 𝐾) ………….…………… (2.4)
II.1.2.5. Capacité thermique massique
On appelle capacité thermique massique (Cp) la quantité de chaleur qu‘il faut appliquer à 1kg
de matière pour élever sa température de 1K [27].
II.1.2.6. Capacité thermique
La capacité thermique est l‘énergie qu‘il faut apporter à un corps pour augmenter sa
température de un 1K. Elle s‘exprime en (J/K). C‘est une grandeur extensive [27].
C Cp m ……………………………….… (2.5)
II.2. L’isolation thermique
II.2.1. Définition
L’isolation thermique est la propriété que possède un matériau de construction pour diminuer
le transfert de chaleur entre deux ambiances. Elle permet à la fois de réduire les
consommations d’énergie de chauffage ou de climatisation (limite les déperditions en hiver et
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
25
les apports en été), et d’accroitre le confort (maintien les températures et l’hygrométrie aux
niveaux de confort d’été comme d’hiver et règle le problème de parois froides en hiver et
chaude en été) [29].
Selon la littérature [30], l'isolation thermique est une technique ou un moyen matériel (un
matériau ou combinaison de matériaux) de limiter les transferts de chaleur par conduction,
convection et rayonnement entre l’extérieur et l’intérieur d’un logement. Il retarde le flux de
chaleur à l’intérieur ou à l’extérieur d'un bâtiment en raison de sa haute résistance thermique.
Figure II.4 : Répartition des déperditions thermiques dans une maison non isolée [31].
Deux possibilités s’offrent au concepteur et réalisateur pour isoler une paroi [29] :
II.2.2. L’isolation par l’intérieure
Consiste à isoler un bâtiment de l’intérieur en apposant un isolant derrière une cloison
maçonnée ou une ossature, procédé le plus utilisé par les constructeurs à cause de sa facilité
de mise en œuvre. Son inconvénient est qu’il annule l’inertie thermique de la paroi isolée et
n’évite pas les ponts thermiques sur la maçonnerie.
II.2.3. L’isolation par l’extérieur
Consiste à installer l’isolant sur la surface extérieur du mur. Ce souvent la solution la plus
couteuse mais aussi la plus performante. Elle constitue la meilleure isolation pour le confort
d’été et d’hiver car elle permet de conserver l’inertie thermique forte des murs intérieurs et
supprime les ponts thermiques.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
26
Un bon isolant est évidement une mauvaise conducteur de la chaleur. En générale les
matériaux les plus légers sont de meilleurs isolants plus le matériau est dense, plus les atomes
sont proches les uns des autres, ce qui signifie que le transfert d’énergie d’un atome à un autre
est plus facile.
Figure II.5 : Isolation intérieur et extérieur des murs [32].
II.2.4. Avantages d'isolation thermique
L’intérêt principal de l’isolation thermique c’est qu'elle permet de réduire la dépendance sur
les systèmes (mécanique/ électrique) pour exploiter le bâtiment confortablement et, par
conséquent, conserve l'énergie et les ressources naturelles associées [30]. En plus de confort
thermique, il existe également plusieurs autres avantages de l’utilisation d’isolation thermique
dans le bâtiment qui peuvent être résumées comme suit [30] :
Avantage économique : Des économies d’énergie importantes peuvent être atteint à l’aide
d’utilisation d’isolation thermique, avec peu de dépenses en capital. Il réduit les coûts
d'exploitation de l'énergie.
Avantage environnemental : L’utilisation d’isolation thermique non seulement réduit les
coûts d'exploitation de l'énergie, mais entraîne également des avantages environnementaux
comme la valorisation des déchets rejetés qui causent des émissions polluantes.
Réduire le niveau de bruit : L'isolation peut réduire le bruit nuisible et stressant des espaces
voisins ou de l'extérieur. Cela améliore le confort acoustique des bâtiments isolés.
Intégrité structurale d’un bâtiment : Les fortes variations de température peuvent causer
des mouvements thermiques indésirables, ce qui pourrait endommager la structure du
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
27
bâtiment. La préservation des bâtiments avec des fluctuations minimales de température
contribue à la préservation de l'intégrité des structures de bâtiments. Ceci peut être réalisé par
l'utilisation d'une isolation thermique appropriée en augmentant ainsi la durée de vie des
structures du bâtiment.
Empêchement de condensation de vapeur : Bonne installation de l’isolation thermique aide
à prévenir la condensation de vapeur sur la surface de bâtiment. Cependant, il faut faire
attention à éviter les effets néfastes de la structure du bâtiment dommageable, qui peuvent
résulter de mauvaise installation de matériaux d'isolation ou une mauvaise conception. En
plus, les pare-vapeur sont généralement utilisés pour empêcher la pénétration d'humidité dans
un isolant à basse température.
Protection contre le feu : Si le matériau isolant approprié est choisi et correctement installé,
il peut aider à retarder la chaleur et à empêcher l’immigration de flamme dans la construction
en cas d’incendie.
II.3. Classification des matériaux isolants
En thermique, un isolant thermique est un matériau ayant une faible conductivité thermique.
Les principaux matériaux d’isolation disponibles actuellement vous sont présents dans les
fiches suivantes, classes en 3 grandes familles selon l’origine de leur matière première [33] :
II.3.1 Les matériaux biosourcés
Constitues principalement de fibres végétales ou animales. Leur matière première est donc
largement issue de ressources renouvelables et valorise majoritairement des co-produits de
l’agriculture ou de l’industrie du bois.
A la différence des autres types de matériaux d’isolation, la majeure partie des matériaux
biosourcés présente un comportement hygroscopique qui associe forte perméabilité a la
vapeur d’eau et régulation de l’humidité [33].
Fibres de bois
Les fibres de bois sont obtenues par défibrage de chutes de bois résineux. Elles peuvent être
utilisées en vrac ou transformées sous forme de panneaux. Pour ce faire une pate épaisse est
formée par adjonction d’eau et d’adjuvants [34, 35].
La laine de mouton
La laine de mouton est lavée pour éliminer le suint et les impuretés, puis y Sont ajoutes des
additifs antimites et des fibres de texturation pour constituer les produits finis d’isolation.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
28
Malgré les compromis faits pour la conservation et la texturation de la fibre, la laine de
mouton reste un très bon isolant écologique. On peut la trouver en rouleau ou en panneau
utilisé pour une isolation rapportée entre ossature, ou encore en vrac sous forme d’écheveaux
pour le remplissage des cavités [34, 35].
Figure II.6 : Fibre de bois en panneau [35]. Figure II.7 : Laine de mouton [35].
Béton de chanvre
Le béton de chanvre est constitué d’un mélange à base de chènevotte, d’un liant généralement
de la chaux formulée et d’eau. Le dosage en liant est très variable et dépend de l’usage qui en
est fait : blocs préfabriqués, conglomérats banchés ou projetés à la machine, enduits isolants
[33, 34].
Figure II.8 : Béton de chanvre [34].
II.3.2. Les matériaux minéraux
Constitues principalement de ressources minérales vierges ou issus en partie du recyclage
pour certains. Sous forme de laines de verre ou de roche, et des fibragglos [33].
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
29
La laine minérale
Les laines de verre et de roche sont les isolants conventionnels les plus utilisés dans le
bâtiment. La laine de roche est obtenue à partir de la fusion de roche volcanique (basalte) de
fondant et de coke industrielle. Une pâte est alors obtenue, fibrée et encollée par des liants
chimique (résine phénoliques) avant d’être stabilisé par chauffage en étuve.
La laine de verre est obtenue par un procédé industriel similaire, mais à partir de la fusion de
sable siliceux et /ou de verre recyclé [34, 35].
Figure II.9 : Laine de verre [35]. Figure II.10 : Laine de roche [35].
Les fibragglos
Les fibragglos sont des panneaux fabriqués à partir de fines lanières de bois résineux,
minéralisés puis enrobés selon les fabrications, de ciment, de chaux hydraulique, de plâtre ou
de magnésie [34].
Terre cuite
La terre cuite est composé d’argile séchée au soleil pendant un an qui sera mélangée à de
l’eau, du sable et de la sciure de bois, le mélange obtenu sera broyé, humidifié, moulé et cuit.
Les produits finis, utilisés encore aujourd’hui, restent les mulots (briques pleines) pour leur
fonction décorative mais aussi les blocs à alvéoles verticale multiple ou Monomûrs en terre
cuite [34].
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
30
Figure II.11 : Fibragglos [34]. Figure II.12 : Brique monomûr en terre cuite [34].
II.3.3. Les matériaux synthétiques
Issus de ressources pétrochimiques, donc non renouvelables et fortement émetteurs de gaz à
effet de serre. Pour la plupart dépourvus de toute sensibilité a l’humidité, ces matériaux
peuvent être particulièrement indiques pour le traitement des zones fortement soumises a
l’humidité (soubassement, sous-dalle...) [33].
Le polystyrène (expansé et extrudé)
Ces isolants sont produits par l’industrie du pétrole, le plus souvent à partir d’un ou de
plusieurs dérivés du processus de raffinage. Le polystyrène expansé est obtenu par
polymérisation des billes de styrène qui en sont issues avec de l’eau et du gaz pentane.
Le polystyrène extrudé est obtenu après polymérisation du styrène par extrusion sous pression
d’une pâte de fusion grâce à un gaz lourd [33, 34].
Figure II.13 : Le polystyrène [35].
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
31
Les polyuréthanes
Les mousses de polyuréthanes sont obtenues par catalyse et expansion à partir d’un mélange
d’isocyanate, de polyol, et d’un gaz expanseur (CO2) avec ajout de stabilisant et
d’ignifugeants [34].
Figure II.14 : Le polyuréthane [35].
II.3.4. Autres matériaux isolants
Le PIV (panneaux d’isolants sous vide)
Le PIV est composé d’un matériau « âme » confiné dans un film étanche et mis en dépression.
Les panneaux isolants sous vide présentent des qualités thermiques exceptionnelles, leur
conductivité thermique se situe entre 0.0042 W.m-1. K-1 et 0.0050 W.m-1. K-1. Ils possèdent une
bonne capacité de réduction des nuisances sonores et une bonne résistance à la compression
[36].
L’aérogel
Mis au point en 1931 par un chimiste Américain, le procédé de fabrication a été développé par
la NASA pour l’isolation des satellites. Il consiste à extraire l’eau d’un gel de silice et à la
remplacer par de l’air [36]. Les aérogels présentent des caractéristiques d'isolation
exceptionnelles, composés de 99.8% d’air, ils sont extrêmement légers et plus proches de
l’apparence d’un nuage de poussière que d’un matériau isolant classique ; ils possèdent un
excellent coefficient de conductivité thermique, entre 0.011 W.m-1. K-1et 0.013 W.m-1. K-1. A
titre de comparaison, il est trois fois plus isolant que la laine de verre.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
32
II.4. Propriétés et performances d'un matériau isolant
La conductivité thermique n’est pas la seule propriété à prendre en compte dans le choix d’un
isolant. En effet, les propriétés d’un matériau isolant sont subdivisées en trois groupes
essentiels [36] :
II.4.1. Propriétés physiques
Elles décrivent le comportement du matériau en termes de densité, de la résistance mécanique,
de la capacité d'isolation thermique, de l'absorption acoustique, la résistance à l'humidité et au
feu, stabilité dimensionnelle, etc.
II.4.2. Propriétés environnementales
Ce deuxième groupe comprend des propriétés comme l'énergie intrinsèque primaire, la
quantité d’énergie totale qu’il a fallut prendre pour produire, transporter et à terme recycler le
matériau, les émissions de gaz pour la production de la matière, l'utilisation d'additifs contre
les effets biologiques, etc.
II.4.3. Propriétés de l’hygiène et de la santé
Le troisième groupe s’intéresse à la santé publique durant la production, l’utilisation et
l’étape finale de disposition des matériaux (par rapport aux besoins en oxygène, à
l’élimination des odeurs, fumées et gaz nocifs divers). Chaque matériau peut avoir des
conséquences sur la santé, à titre d’exemple le rejet de poussières ou particules (comme la
laine de verre).
II.5. Etude bibliographique sur les travaux d’isolation thermique
L’isolation thermique joue un rôle principal dans la réduction des consommations
énergétiques et également dans la création d’un espace de vie sain et plus confortable dans le
bâtiment. En effet, beaucoup des études et recherches sont réalisés sur l’isolation thermique
des bâtiments pour améliorer la performance thermique et développer les techniques
d'isolation dans les bâtiments pour réduire les besoins énergétiques.
(Ali Bolatturk 2007) [37] : a étudié la détermination et la sélection de l’épaisseur optimale
d'isolation sur les murs extérieurs des bâtiments dans la zone la plus chaude de la Turquie.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
33
Un mur typique isolé par le polystyrène a été utilisé. Dans cette étude, les épaisseurs
optimales d'isolation sur les murs extérieurs des bâtiments ont été calculées à partir les
charges de transmission annuelles de chauffage et de refroidissement. Les charges de
transmission ont été calculées par l’utilisation des données climatiques à long terme pour la
zone sélectionnée. L’auteur a utilisé la méthode de (degrés-heures) qui est la façon la plus
simple et la plus intuitive pour trouver l'estimation de la consommation annuelle d'énergie
d'un bâtiment. La détermination de l'épaisseur optimale d'isolation, l’économie d'énergie, et la
période de récupération dépend du coût de l’énergie et le coût de l’isolation ainsi que
l'efficacité du système de chauffage, COP du système de refroidissement, la durée de vie du
bâtiment, et l'inflation et les taux d'actualisation.
Les résultats montrent que l’épaisseur optimale est l’épaisseur qui donne une bonne isolation
thermique avec moins coût totale d’énergie et d’isolation. Pour l’utilisation de l'isolation
thermique dans les murs du bâtiment, l’économie d’énergie par rapport à des (degrés-heures)
de refroidissement est plus importante pour l’économie d'énergie par rapport à des (degrés-
heures) de chauffage dans la zone étudie.
(M.Ozel, K.Pihtili 2006) [38] ont étudié analytiquement pour déterminer le meilleur
emplacement et distribution d’isolant thermique dans le toit du bâtiment pour obtenir une
maximale stabilisation du flux de chaleur entrant le bâtiment à partir le toit qui contient des
couches d’isolation. Un modèle numérique basé sur la méthode aux différences finies
implicite a été appliquée pour 12 différentes configurations de toit dans des exemplaires jours
pendant l'hiver et l'été. Pour ce but l'épaisseur de l'isolation totale a été maintenue constante
avec déférents emplacements et distributions des couches d’isolation dans le toit. Les valeurs
maximales et minimales de flux thermiques périodiques pour chaque configuration de toit ont
été calculées pour la réalisation de la stabilisation maximale du flux de chaleur entrant par le
toit. Les calculs ont été effectués pour deux jours de l’année (le plus chaud et le plus froid).
Les résultats montrent que la meilleure stabilisation de flux thermique a été obtenue dans le
cas où trois pièces d'isolation d'épaisseur égale ont été placés l'un à la surface extérieure du
toit, la seconde pièce d'isolation est placée au milieu du toit et la troisième pièce d'isolation
placé à la surface intérieure du toit. Le mauvais résultat dans les 12 configurations est obtenu
pour une couche isolante placé à la surface intérieure de toit.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
34
Dans un autre article (M.Ozel, K.Pihtili 2006) [39] ont réalisé la même étude sur 12
différentes configurations des murs du bâtiment pour diverses orientations des murs dans les
deux conditions climatiques d'été et d'hiver. Afin de déterminer la distribution et
l'emplacement optimal d'isolation dans le mur à partir d’examiner le temps de décalage et le
facteur de diminution.
Les résultats ont montré que le meilleur rendement thermique (temps de décalage maximal et
facteur de diminution minimal) a été obtenue dans le cas d’un mur isolé par 3 couches
d’isolation sont égales a été placé dans la surface extérieure du mur, la seconde pièce
d'isolation est placée au milieu du et la troisième pièce d'isolation a été placé dans le surface
intérieure du mur. La pire situation d'isolement (temps de décalage minimal et facteur de
diminution maximal) a été obtenue dans le cas d’un mur isolé par une couche placé à
l’intérieur du mur). La distribution et l'emplacement optimal de l'isolation dans le mur pour un
temps de décalage maximal et un facteur de diminution minimal est le même pour tous les
orientations.
Une autre étude similaire du (Sami A. Al-Sanea, M.F.Zedan 2011) [40]. Les caractéristiques
thermiques dynamiques des murs isolés d’un bâtiment avec la même masse thermique sont
étudiées numériquement dans cette étude avec une épaisseur optimale d'isolation
(polystyrène) dans des conditions périodiques régulières avec les données climatiques de la
ville de Riyad. Dans cette étude l’épaisseur optimale totale d’isolation est maintenue
constante avec une variation de la distribution et l’emplacement des couches d’isolation dans
le mur avec la même masse thermique. L'isolation est réalisée par l'utilisation d'un, deux et
trois couches d'isolation, ces emplacements sont variés afin de déterminer les meilleures
performances.
Les résultats montrent que la meilleure performance globale est obtenue par un mur avec trois
couches d'isolation, chaque 26 mm d'épaisseur, placée à l'intérieur, au milieu et à l'extérieur,
suivi de près par un mur avec deux couches d'isolation, chaque 39 mm d'épaisseur, placée au
milieu et à l'extérieur du mur. La comparaison des performances des meilleurs murs avec un
mur isolé par une couche 78 mm d'épaisseur, placée à l'intérieur, donnée les améliorations
suivantes: augmentation de 100% en le temps de décalage de (6 h à 12 h), diminution de 10
fois de facteur de diminution, diminution de 20% à la fois dans le pointe des charges de
transmission de refroidissement et de chauffage, et de 1,6% et 3,2% de diminution dans les
charges de transmission annuelles de refroidissement et de chauffage respectivement.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
35
(Sami A. Al-Sanea, M.F.Zedan et S.N.Al-Hussain 2011) [41], ont étudié numériquement
l’effet de la quantité et l'emplacement de la masse thermique sur les caractéristiques
thermiques dynamiques des murs isolés du bâtiment, et la notion de potentiel d’économies
d’énergie, dans les mêmes conditions climatiques de la vile de (Riyad). Cette étude est basée
sur l’augmentation de l’épaisseur de la masse thermique dans le mur avec deux type
d’isolation, dans le premier cas le mur a été isolé à l’intérieur et dans l’autre cas le mur a été
isolé à l’extérieur, dans les deux cas les deux murs ont les même augmentation de l’épaisseur
de la masse thermique, afin de déterminer l'épaisseur nécessaire de la masse thermique pour
obtenir une pourcentage désirable d’économies d'énergie.
Les résultats montrent que les charges de transmission annuelles de refroidissement et de
chauffage et le facteur de diminution diminuent avec l’augmentation de l’épaisseur de la
masse thermique. De plus les résultats montrent que : une augmentation d’économies
d’énergie, une augmentation de la résistance dynamique et une augmentation de décalage de
temps avec l’augmentation de l’épaisseur de la masse thermique.
Pour une masse thermique donnée, un mur avec isolation extérieur donne une meilleure
performance thermique globale plus importante par rapport à un mur avec isolation intérieur.
(Mohamad Ibrahim et al 2014) [42] : ont étudié expérimentalement et analytiquement les
performances thermiques des murs extérieurs protéger par une couche d’isolation à base de
"silice-aérogels". L’objectif de cette étude est de trouver la meilleure matière de construction
du mur, et le meilleur type d’isolation entre les différents matériaux utilisés à partir de la
comparaison de ces performances, pour les différents cas en chauffage continu, chauffage
discontinu et pas de chauffage. Plusieurs paramètres d'évaluation sont utilisés : temps de
décalage, le facteur de diminution, la consommation énergétique, et l'indice de confort
thermique.
Les résultats montrent que pour les cas en chauffage continu et pas de chauffage, le meilleur
mur qui donne un maximal temps de décalage et un minimal facteur de diminution, c’est le
mur avec deux couches d'isolation, l'une au milieu de le mur et l'autre placé à la surface
extérieure. Pour les espaces chauffés par l’intermittence, le cas pour une matière isolante
placée comme une couche sur la surface intérieure du mur est la plus efficace pour la
consommation énergétique. La meilleure performance pour l'utilisation de l'indice de confort
thermique est obtenue pour le même cas.
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
36
Dans la plupart cas étudiés, la couche isolante à base de la matière silice-aérogel présente des
meilleures performances par rapport à d'autres matériaux isolants utilisées.
(G.Barrios et al 2012) [43] ont réalisé une étude sur les paramètres d’évaluation de la
performance thermique de l’enveloppe mur/toit pour les bâtiments non climatisées, à savoir
les bâtiments qui n'utilisent pas les systèmes de climatisation, de chauffage ou de
refroidissement. Cinq groupes de paramètres pour l'évaluation de la performance thermique
de l'enveloppe murs/toits dans des bâtiments non climatisés ont été analysées à l'aide de
simulations numériques du transfert de chaleur périodique à travers cinq différentes
configurations de toit.
Cette recherche montre la pertinence de l’utilisation de l'énergie transférée à travers
l’enveloppe mur/toit pendant un jour, le facteur de diminution, les degrés-heures de
l’inconfort et l'indice d'efficacité thermique à chaud ou froid, pour l'évaluation thermique de
murs/toits des bâtiments non climatisés. La sensibilité de ces paramètres a été analysée avec
les conditions climatiques et avec le facteur d'absorption solaire de la surface extérieure.
L'énergie transférée par l’enveloppe mur/toit au cours d'une journée, est un paramètre
thermique efficace pour sélectionner les meilleures configurations. Le facteur de diminution
de la surface, n'a pas cette propriété, par conséquent, il est déconseillé pour les évaluations
dans les bâtiments non climatisés. Bien que, le temps de décalage n'a pas cette propriété, il
peut être utilisé comme un paramètre complémentaire pour choisir une configuration
appropriée.
(Meral.Ozel 2011) [44] dans cette étude, l'influence d'absorption solaire de la surface
extérieure sur les caractéristiques thermiques et l'épaisseur optimale d'isolation sont étudiée
par un modèle numérique basé sur la méthode aux différences finies implicite pour un mur
orienté au sud dans des conditions climatiques d’une année, pour déterminer les
caractéristiques thermiques telles que les charges de transmission annuelles de
refroidissement et de chauffage, temps de décalage moyen et le facteur de diminution. Ces
charges sont utilisées comme à un rapport économique pour déterminer l'épaisseur d'isolation
optimale. Le coefficient d'absorption solaire de la surface extérieure a été varié de 0 à 1 par un
incrément de 0,2. Le polystyrène extrudé est sélectionné comme un matériau d'isolation.
Les résultats montrent que pour les murs non isolés et isolés, le coefficient d’absorption
solaire a un grand effet sur les charges de transmission annuelles de chauffage et de
Chapitre II : L’isolation thermique des bâtiments
37
refroidissement, par contre a un petit effet sur le temps décalage moyenne. D'autre part, le
facteur de diminution est n’affecté pas par l’absorption solaire.
De plus, les résultats montrent également que l’absorptivité solaire a un effet très faible sur la
période de récupération et de l'épaisseur optimale de l'isolation, mais a un effet plus important
sur l’économie d'énergie.
Conclusion
L’utilisation de l’isolation thermique dans le bâtiment a des plusieurs avantages (économique,
environnementale et la réduction de niveau de bruit, etc.).
Il existe différents types des matériaux d’isolation thermique (biosourcés, minéraux et
synthétiques). L’installation des matériaux isolants dans l’enveloppe du bâtiment assurer une
bonne isolation thermique par la réduction des déperditions thermique entre le bâtiment et le
milieu extérieur.
L’étude bibliographique montre que l’isolation thermique a un effet important sur la
performance thermique de l’enveloppe du bâtiment et sur la réduction de la consommation
énergétique de chauffage et de climatisation.
Chapitre III
Matériels et méthodes
Chapitre III : Matériels et méthodes
38
III.1. Introduction
Ce chapitre va définir l’objectif de l’étude ainsi que les paramètres du bâtiment cas de base,
qui est créé selon des paramètres qui reflètent au plus pris la réalité de la construction
résidentielle en Algérie ; ces paramètres impliquent les dimensions, les différentes zones, les
caractéristiques des matériaux qui composent l’enveloppe du bâtiment en plus des
coordonnées géographiques.
Le second temps sera l’occasion de développer la méthodologie choisie pour l’étude des
besoins énergétiques, ainsi que la pertinence du choix de l’outil de simulation.
En dernier lieu on évoquera les mesures d’efficacités énergétiques, qui impliquent des
modifications sur la structure du cas de base, ces modifications seront mentionnées pour
chaque mesure.
III.2. Objectif de l’étude
L’objectif de la présente étude est d’évaluer l’évolution des besoins énergétiques en fonction
des mesures d’efficacité énergétique passives et les conditions de confort thermique, d’un
bâtiment de base créé selon des paramètres qui reflètent au plus pris la réalité de la
construction résidentielle en Algérie.
III.3. Paramètre du bâti (cas de base)
III.3.1. Coordonnées géographiques et zone climatique
Les coordonnées géographiques du bâtiment de base correspondent à la ville d’Ouargla :
Latitude : 31,57° Nord.
Longitude : 5,19° Est.
Il est situé en zone climatique B, et son altitude est de 157 m.
Chapitre III : Matériels et méthodes
39
III.3.2. Plan général du cas de base
Figure III.1 : plan générale de cas de base.
III.3.3. Dimensions et zonage du projet
La maison a une surface de 130 𝑚2, pour un volume de 390 𝑚3. L’entrée est orientée vers
l’EAST comme l’indique la figure ci-dessus. Les murs extérieurs non isolés sont en brique
creuse d’une épaisseur de 15 𝑐𝑚 avec un enduit extérieur en mortier de ciment et l’intérieur
en plâtre, alors que les séparations sont en brique creuse de 10 𝑐𝑚 l’enduit est en plâtre sur les
deux côtés.
Le plancher bas est constitué d’une couche en pierre d’une épaisseur de 20 𝑐𝑚 suivie de 10
𝑐𝑚 de béton, couvert de carrelage (la sous-chape est en mortier de ciment d’une épaisseur de
2 𝑐𝑚). La toiture est en béton-hourdi d’une épaisseur de 20 𝑐𝑚 et une chape en mortier de
ciment et un enduit intérieur en plâtre.
Dans notre cas, chaque pièce est modélisée par une seule et unique zone thermique, le tableau
présente les caractéristiques de chaque zone.
Chapitre III : Matériels et méthodes
40
Tableau III.1 : Zones et dimensions du cas de base.
Zones Hauteur (m) Longueur (m) Largeur (m) Surface (m2) Volume (m3)
Chambre 1 3 6 4 24 72
Chambre 2 3 6 4 24 72
Séjour 3 7 4 28 84
Hall 3 9 2 18 54
WC 3 4 2 8 24
Salle de bain 3 4 3 12 36
cuisine 3 4 4 16 48
Totale 130 390
Type des fenêtres
Les fenêtres à simple vitrage qui ont un coefficient 𝑈=5.74 𝑊⁄ (𝑚2.𝐾) et un coefficient
𝑔=0.87.
III.3.4. Caractéristiques thermiques des matériaux
Les caractéristiques thermiques des matériaux utilisés dans le cas de base sont représentées dans
le tableau :
Tableau III.2 : Caractéristiques thermiques des matériaux [45].
Matériaux
Conductivité
thermique
(𝑲𝑱/𝒉 𝒎 𝑲)
Chaleur
spécifique
(𝑲𝑱/𝒌𝒈 𝑲)
Densité
(kg/m3)
Epaisseur
(𝒎)
Brique creuse 1,7 0,79 720 0,15
Brique creuse 1,8 0,79 720 0,10
Enduit extérieur 4,15 1 1700 0,01
Enduit plâtre 1,26 1 1500 0,01
Mortier 4,15 0,84 2000 0,01
Carrelage 6,14 0,7 2300 0,2
Béton 7,56 0,8 2400 0,1
Pierre 5 1 2000 0,2
Béton Hourdi 4,801 0,65 1300 0,2
Chapitre III : Matériels et méthodes
41
III.3.5. Détails des parois de l’enveloppe de l’habitat étudié
Les parois constituant l’enveloppe de l’habitat sont détaillées comme suit :
III.3.5.1. Murs extérieurs
Tableau III.3 : matériaux constituant des murs extérieurs.
Matériau Epaisseur (cm)
Enduit en plâtre 1
Brique creuse 15
Enduit extérieur 2
III.3.5.2. Murs intérieurs
Tableau III.4 : Matériaux constituant des murs intérieurs.
Matériau Epaisseur (cm)
Enduit en plâtre 1
Brique creuse 10
Enduit en plâtre 1
Brique
Enduit
extérieur
Enduit en
plâtre
Figure III.2 : Schéma du mur extérieur.
Brique
Enduit en plâtre
Figure III.3 : Schéma du Mur intérieur.
Chapitre III : Matériels et méthodes
42
III.3.5.3. Toiture
Tableau III.5 : Matériaux constituant du Plancher haut.
Matériau Epaisseur (cm)
Enduit extérieur 2
Béton-hourdis 20
Enduit en plâtre 1
III.3.5.4. Plancher bas
Tableau III.6 : Matériaux constituant du Plancher bas.
Matériau Epaisseur (cm)
Carrelage 2
Mortier de ciment 2
Béton 10
Enduit extérieur
Béton hourdis
Enduit en plâtre
Figure III.4 : Schéma du Toiture.
Carrelage
Mortier de ciment
Béton
Figure III.5 : Schéma du Plancher bas.
Chapitre III : Matériels et méthodes
43
III.4. Logiciel de simulation TRNSYS (Transirent System Simulation)
Figure III.6 : Schéma de principe du cas de base.
Le logiciel de simulation TRNSYS est un environnement complet et extensible, dédié à la
simulation dynamique des systèmes.
Développé par le CSTB dans le cadre de collaborations internationales, TRNSYS est
aujourd’hui la référence au niveau mondial de la simulation dynamique de bâtiments et de
systèmes. Plusieurs centaines de composants TRNSYS sont disponibles, couvrant un large
spectre d’applications.
(Energie solaire, Eoliennes, Hydraulique, Microcontrôleurs, Photovoltaïque, Piles à
combustibles, Piscines, Chaudière bois, Cogénération, comportement des usagés, analyse et
optimisation tarifaire, Plafond et Plancher rayonnant, Pompes chaleur, Régulation, Stockage
d’énergie intersaison, Systèmes de climatisation, Thermique du bâtiment, Tours de
refroidissements, Turbines à gaz, Matériaux à changement de phase, piles à combustible,
analyse économique…).
Chapitre III : Matériels et méthodes
44
TRNSYS est un logiciel de simulation dynamique, il permet le calcul des Performances
techniques : des bâtiments mono ou multizones des équipements thermiques des systèmes
thermiques.
Ces simulations peuvent être couplées avec les conditions météorologiques, les scénarios
d'occupation l'utilisation de différentes formes d'énergie.
TRNSYS évalue le niveau de confort thermique d'un bâtiment par rapport à son
environnement climatique et le choix opéré sur son système thermique (type de chauffage,
niveau d'isolation, orientation des pièces…).
TRNSYS évalue des systèmes de chauffage et de climatisation des plus simples au plus
complexes, comme les systèmes solaires innovants, grâce à une bibliothèque de 50
familles de composants.
Données introduites :
Description du bâtiment et données météo (fournies avec le programme pour certaines villes),
description des éléments du système thermique et de leur fonctionnement. Des liens existent
avec certains programmes de dessin pour faciliter la saisie des données décrivant le bâtiment
(notamment IISiBat).
Avantage :
- Grâce à son approche modulaire, TRNSYS est extrêmement flexible pour modéliser un
ensemble de systèmes thermiques à différents niveaux de complexité (modules avec
procédures de calcul plus ou moins élaborées).
- L'accès au code source permet aux utilisateurs de modifier ou d'ajouter des composants qui
ne figurent pas dans la librairie d'origine.
- Une vaste documentation sur les sous-programmes y compris des explications, les usages
usuels et les équations de base.
- Une définition très souple de la période de simulation : choix du pas de temps, du début et
de la fin de la simulation.
Inconvénients :
Pas de valeur ou de système par défaut, l'utilisateur doit donc posséder et introduire
l'ensemble exhaustif des données définissant le bâtiment et le système.
Chapitre III : Matériels et méthodes
45
III.5. La méthodologie de simulation
Pour étudier les besoins énergétiques du projet en va faire une série de simulations thermiques
dynamiques :
Une simulation « du cas de base », de notre projet initial on déduit la consommation du cas de
base.
Des simulations pour des cas optimisé, qui a pour but de chercher les cas les plus optimaux
par la variation des mesures d’efficacité énergétique et de laquelle on déduit la consommation
du cas optimisé.
Consignes de température : Selon le document technique réglementaire en application en
Algérie, les températures de confort pour le chauffage et la climatisation dans les chambres
sont respectivement (21°𝐶, 24°𝐶) et les autres espaces (cuisine, salle d’eau et couloir) sont
(18°𝐶, 27°𝐶).
Dans notre travail en va jouer sur les mesures d’efficacité énergétique passives qui concernent
l’enveloppe du bâtiment. Il s’agit :
Des types des matériaux de construction.
De l’impact de l’isolation.
III.5.1. Etat des lieux des besoins thermiques du cas de base
Cette étape consiste à paramétrer le logicielle TRNSYS avec les données caractéristiques du
cas de base à l’aide du TRNBUILD (Type 56) ainsi que les données météorologiques de la
ville d’Ouargla, et on fixe le pas de calcul à une heure pour chaque itération, enfin on simule
pour obtenir l’évolution de la température moyenne de l’air à l’intérieur de chaque zone ainsi
que les besoins énergétiques de chauffage et de climatisation en énergie utile (𝐸𝑈). La figure
ci-dessous montre l’évolution de la température.
Chapitre III : Matériels et méthodes
46
Figure III.7 : Evolution annuelle de la température intérieure.
Tableau III.7 : Besoins énergétiques mensuelle.
mois jan Fév Mar Avr Mai Juin Juil Aou Sep Oct Nov Dec totale
Chauffage [KWh] 2661 1613 427,3 56,17 0,7878 0 0 0 0 11,06 803,5 2237 7809,81
Refroidissement
[KWh] 1,861 37,26 572 1338 3330 4982 6754 6205 3611 1665 125,7 7,319 28629,14
Les besoins énergétiques de chauffage et de climatisation en énergie utile (𝐸𝑈) du bâtiment
(cas de base) se révèlent être de l’ordre de 7809 (𝐾𝑊ℎ/𝑎𝑛) pour le chauffage et de 28630
(𝐾𝑊ℎ/𝑎𝑛) pour la climatisation soit un besoin total annuel de 36439 (𝐾𝑊ℎ).
Chapitre III : Matériels et méthodes
47
Figure III.8 : L'évolution mensuelle des besoins énergétiques.
La performance énergétique de notre cas est de l’ordre de 280.3 𝐾𝑊ℎ𝐸𝑈/𝑚2𝑎𝑛 (on obtient
cette performance on divisant le besoin total annuel par la surface du bâtiment 130 𝑚2).
III.5.2. Types des matériaux de construction
La simulation se fera sur la pertinence du choix des matériaux des façades extérieurs, ainsi
nous retiendrons trois types des matériaux en plus de notre cas de base qui est construit en
brique creuse de 15 cm, à savoir le parpaing de 20 cm, ainsi qu’une composition : Double
murette en briques creuses (15𝑐𝑚 et10𝑐𝑚) avec une lame d’air (5𝑐𝑚). Les caractéristiques
des matériaux sont décrites dans le tableau suivant :
Tableau III.8 : Caractéristiques des matériaux de construction [45].
Matériaux
Conductivité thermique
(𝑲𝑱/𝒉 𝒎 𝑲)
Chaleur spécifique
(𝑲𝑱/𝒌𝒈 𝑲)
Densité
(kg/m3)
Epaisseur
(𝒎)
Brique creuse 1,7 0,79 720 0,15
Brique creuse 1,8 0,79 720 0,10
Parpaing 3.79 0.65 1300 0.20
Lame d’air 0.216 1.227 1 0.05
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
bes
oin
én
erg
étiq
ue
[Kw
h]
Refroidissement [Kwh] Chauffage [Kwh]
Chapitre III : Matériels et méthodes
48
III.5.3. De l’impact de l’isolation
Au cœur de cette simulation on va étudier l’effet de l’isolation sur l’efficacité énergétique en
utilisant le polystyrène expansé comme un isolant pour les matériaux conventionnels dont les
caractéristiques thermiques sont :
𝜆=0.141(𝐾𝐽/ℎ𝑚𝐾), 𝐶=1.38 (𝐾𝐽/𝑘𝑔𝐾) et 𝑑=25 (kg/m3).
III.5.3.1. Premier partie
L’isolant sera utilisé selon plusieurs épaisseurs qui varient entre 1 𝑐𝑚 et 10 𝑐𝑚, pour les
façades extérieurs, la toiture et le plancher bas ; afin de déterminer à la fois la partie qu’il faut
isoler en priorité.
III.5.3.2. Deuxième partie
Dans cette partie on va étudier l’effet de l’isolation selon la position de l’isolant soit à
l’extérieure ou à l’intérieure dans les murs extérieurs et la toiture.
III.5.3.3. Troisième partie
Dans cette partie on utilise les panneaux 3D en polystyrène comme un matériau de
construction pour l’enveloppe du bâtiment (les murs extérieurs, les murs intérieurs et la
toiture). Afin de déterminer l’évolution de la température intérieure et les besoins énergétique
pour le chauffage et la climatisation.
Figure III.9 : Schéma du panneau 3D.
Chapitre III : Matériels et méthodes
49
Description du panneau 3D
C’est un panneau de polystyrène expansé assemblé avec deux plaques de treillis soudé
connectées entre elles par des fils d’acier, ce qui lui permet d’avoir une résistance au séisme.
La forme et l’épaisseur peuvent varier en fonction des besoins.
Les composants du panneau 3D :
Noyau en polystyrène expansé de 10 cm pour l'isolation.
Treillis soudé métallique sur l'intérieur et à l'extérieur.
Diagonales en acier.
Béton pulvérisé sur les deux côtés (« béton projeté ») de l’ordre de 4cm.
Conclusion
L’objectif de l’étude étant mis au point : évaluer l’évolution des besoins énergétiques en
fonction des mesures d’efficacité énergétique choisies, sur un bâtiment conçu sur la base des
habitudes constructives et de données géographiques et météorologiques locales (la ville
d’Ouargla).
Le logiciel TRNSYS sera utilisé pour faire les simulations :
La première est la simulation de cas de base, qui intègre les données spécifiques du bâtiment
(cas de base) afin de simuler les besoins énergétiques de ce dernier. La deuxième, la
simulation du cas optimisé qui consiste à appliquer une-à-une les mesures d’efficacité pour
dégager en chaque mesure -suivant l’impact de cette dernière- sur le besoin énergétique du
cas de base.
Ce chapitre a été consacré aux matériels et méthodes qui serons mis en œuvre pour cette
étude, le prochain sera dédié aux résultats des simulations du projet.
Chapitre IV
Résultats et discussion de la simulation
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
50
Introduction
Ce chapitre se focalisera sur la simulation de l’impact des mesures d’efficacité énergétique
passives sur les besoins énergétiques du bâtiment de base.
L’objectif assigné à ce travail est de faire sortir le modèle qui correspond à une enveloppe le
plus efficace possible en tenant compte des mesures précédemment citées.
L’impact des mesures d’efficacité énergétique sera étudié séparément en se référant au cas de
base pour chaque mesure. Après avoir préalablement paramétrer le cas de base et simuler ces
besoins énergétiques.
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
51
IV.1. Matériaux de construction
IV.1.1. Résultats de simulation
IV.1.1.1. Brique creuse 15cm
L’évolution annuelle de la température intérieure
Figure IV.1 : Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (Brique creuse 15cm).
L’évolution mensuelle des besoins énergétiques
Figure IV.2 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Brique creuse 15cm).
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
bes
oin
éner
gét
ique
[Kw
h]
Refroidissement [Kwh] Chauffage [Kwh]
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
52
IV.1.1.2. Parpaing 20 cm
L’évolution annuelle de la température intérieure
Figure IV.3 : Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (parpaing 20cm).
L’évolution mensuelle des besoins énergétiques
Figure IV.4 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (parpaing 20cm).
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
bes
oin
éner
gét
ique
[kw
h]
Refroidissement [Kwh] Chauffage [Kwh]
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
53
IV.1.1.3. Double murette
L’évolution annuelle de la température intérieure
Figure IV.5 : Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (double murette).
L’évolution mensuelle des besoins énergétiques
Figure IV.6 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Double murette).
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
bes
oin
én
ergét
ique
[kw
h]
Refroidissement [Kwh] Chauffage [Kwh]
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
54
IV.1.2. Comparaison des résultats des matériaux de construction
Tableau IV.1 : Besoin énergétique annuel (Types des matériaux).
Brique creuse 15 cm Parpaing 20 cm Double murette
Besoin de chauffage [kWh] 7809.81 8656.63 5383.77
Besoin de climatisation [kWh] 28629.14 29986.38 25148.73
Besoin totale [kWh] 36438.95 38643.01 30532.5
Performance (kWh/m2 an) 280.29 297.25 234.86
Figure IV.7 : Besoin énergétique annuel (Types des matériaux).
Discussions
Pour tous les types des matériaux de construction le besoin énergétique finale pour la
climatisation est beaucoup plus important (si on utilise l’électricité pour le système de
climatisation) par rapport le besoin énergétique finale pour le chauffage.
Le choix du type du matériau de construction c’est un révélé fondamental dans la
détermination du besoin énergétique total à cause de la différence dans la conductivité
thermique entre les matériaux, en effet les résultats de la simulation ont montré que lors de
l’utilisation de la double murette comme matériau de construction le gain énergétique peut
atteindre jusqu’à 16.20%.
Le parpaing (l’un des matériaux les plus utilisés) à une performance énergétique lamentable
contrairement à la double murette en brique creuse.
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
brique creuse 15 cm parpaing 20 cm double murette
Bes
oin
éner
gét
ique
[kw
h]
Besoin chauffage [kwh] Besoin climatisation [kwh] Besoin totale [kwh]
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
55
IV.2. L’impact de L’isolation
IV.2.1. Premier partie
IV.2.1.1. Plancher Bas
Figure IV.8 : L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation de plancher bas).
IV.2.1.2. Mur Extérieur
Figure IV.9 : L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation des murs extérieurs).
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bes
oin
én
ergét
iqu
e [k
wh
]
Epaisseur de l'isolant (cm)
Besoin de chauffage Besoin de climatisation Besoin total
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bes
oin
én
ergét
iqu
e [K
wh]
Epaisseur de l'isolant (cm)
Besoin de chauffage Besoin de climatisation Besoin total
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
56
IV.2.1.3. Toiture
Figure IV.10 : L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation de toiture).
IV.2.1.4. Comparaison de l’isolation de l’enveloppe du bâtiment
Figure IV.11 : L’évolution du besoin énergétique annuel (L'impact de l'isolation).
Discussions
Les résultats ont montré que l’isolation de la toiture et des murs extérieurs ont un impact non
négligeable sur le gain énergétique total bien que ce soit dans des proportions différentes, par
contre l’isolation du plancher bas avait un impact négatif.
L’isolation des murs extérieurs peut apporter un gain de l’ordre de 20.7%, mais l’isolation de
la toiture à un gain de 49%, beaucoup plus important que les murs extérieurs, en plus
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Bes
oin
én
ergét
iqu
e [k
wh
]
Epaisseur de l'isolant (cm)
Besoin de chauffage Besoin de climatisation Besoin total
15000
25000
35000
0 2 4 6 8 10
Bes
oin
éner
gét
ique
[Kw
h]
Epaisseur de l'isolant (cm)
Plancher bas
Toiture
Mur extérieur
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
57
l’isolation de la toiture et les murs extérieurs permettent une baisse du besoin énergétique en
chauffage et en climatisation simultanément.
IV.2.1.5. L’épaisseur optimale d’isolation
Pour trouver l’épaisseur optimale d’isolation, on a fait une étude sur les variations des couts
(isolation, énergie et total) par une isolation extérieure de la toiture et des murs extérieurs
avec une épaisseur d’isolation variable de polystyrène expansé.
Figure IV.12 : variation du coût d’isolation, d’énergie et total en fonction d’épaisseur d’isolation.
Discussions
D’après les courbes des variations des coûts, on observe que le coût d’isolation a été
augmenté avec l’augmentation de l’épaisseur d’isolation, le coût d’énergie consommé a été
diminué, et le coût total a diminué jusqu' à une valeur minimale à 6 cm d'épaisseur d'isolation,
et puis commencer à augmenter après cette valeur.
Les résultats ont montré que l’épaisseur optimale d’isolation est de l’ordre de 6cm (isolation
des murs extérieurs et de la toiture en polystyrène expansé).
L’épaisseur optimale d’isolation est l’épaisseur qui donne une meilleur économie d’énergie
avec un moins cout d’isolation.
0,00
500,00
1000,00
1500,00
2000,00
2500,00
3000,00
3500,00
4000,00
4500,00
5000,00
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Coût
(D
A/m
2)
Epaisseur d'isolation (cm)
cout d'énergie cout d'isolation cout total
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
58
IV.2.2. Deuxième partie
IV.2.2.1. Isolation à l’intérieur (Polystyrène expansé 6cm)
L’évolution annuelle de la température intérieure
Figure IV.13 : Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (Isolation à l’intérieur).
L’évolution mensuelle des besoins énergétiques
Figure IV.14 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Isolation à l'intérieur).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Bes
oin
én
ergét
iqu
e [k
wh]
Besoin de climatisation Besoin de chauffage
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
59
IV.2.2.2. Isolation à l’extérieur (Polystyrène expansé 6cm)
L’évolution annuelle de la température intérieure
Figure IV.15 : Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (Isolation à l’extérieur).
L’évolution mensuelle des besoins énergétiques
Figure IV.16 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (Isolation à l’extérieur).
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Bes
oin
én
ergét
ique
[kw
h]
Besoin de climatisation Besoin de chauffage
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
60
IV.2.2.3. Comparaison des types d’isolation
Tableau IV.2 : Besoin énergétique annuel (type d’isolation).
Cas de base Isolation à l’intérieur Isolation à l’extérieur
Besoin de chauffage [kWh] 7809.81 1949 1742
Besoin de climatisation [kWh] 28629.14 12330 12220
Besoin total [kWh] 36438.95 14279 13962
Performance [kWh/m2 an] 280.29 109.83 107.4
Figure IV.17 : l’effet énergétique de type d’isolation.
Discussions
La façon la plus efficace pour isoler à partir de ces résultats est l’isolation extérieur du
bâtiment est parce qu’elle permet de profiter de l’inertie thermique des murs pour réguler la
température dans la pièce, quand elle est chauffée, les murs accumulent une partie de la
chaleur qu’ils restitueront progressivement lorsque le chauffage sera éteint. L’inconvénient est
qu’elle nécessite un temps plus important pour réchauffer une pièce froide.
D’autre part, elle maintient la fraîcheur en été et évite les ponts thermiques. Par contre on
remarque que l’isolation par l’intérieure a un gain énergétique faible que l’isolation par
l’extérieur et elle ne résout pas les ponts thermiques.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
Isolation à l’intérieur Isolation à l’extérieur
Bes
oin
éner
gét
ique
[kw
h]
Besoin de chauffage Besoin de climatisation Besoin total
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
61
IV.2.3. Troisième partie (Panneaux 3D de polystyrène)
L’évolution annuelle de la température intérieure
Figure IV.18 : Evolution annuelle de la température à l’intérieure de chaque zone (panneaux 3D).
L’évolution mensuelle des besoins énergétiques
Figure IV.19 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques (panneaux 3D).
0
500
1000
1500
2000
2500
Bes
oin
én
ergét
ique
[kw
h]
Besoin de chauffage Besoin de climatisation
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
62
IV.2.4. Comparaison des résultats
Tableau IV.3 : Besoin énergétique (différents configuration).
Cas de base Isolation à l’extérieur (6cm) Panneaux 3D
Besoin de chauffage [kWh] 7809.81 1742 1081.27
Besoin de climatisation [kWh] 28629.14 12220 10128.655
Besoin total [kWh] 36438.95 13962 11209.925
Performance [kWh/m2 an] 280.29 107.4 86.23
Figure IV.20 : L’évolution mensuelle des besoins énergétiques.
Discussions
Les résultats montrent que l’utilisation des panneaux 3D comme un matériau de construction
donne la moins consommation d’énergie pour le chauffage et pour la climatisation donc, une
économie d’énergie plus important par rapport le cas de base et le cas avec isolation à
l’extérieur. La performance énergétique pour les panneaux 3D est égale 86,23 kWh. Cette
performance est plus faible par rapport les autre cas.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Bes
oin
éner
gét
ique
[kw
h]
Temps (Mois)
cas de base panneaux 3D Isolation extérieur
Chapitre IV : Résultats et discussion de la simulation
63
Conclusion
De cette investigation, les résultats montrent que l’utilisation de la double murette comme
matériau de construction donne une bonne performance thermique, donc un bon gain
énergétique. Le parpaing est un mauvais matériau de construction en raison de l’économie
d’énergie.
L’emplacement idéal de l’isolant dans l’enveloppe du bâtiment et celui de côté externe de la
masse thermique. Cet emplacement donne une économie d’énergie important par rapport à
l’emplacement de côté interne.
Les résultats montrent que l’épaisseur optimale d’isolation et pour des raisons économiques
serait de 6cm en polystyrène expansé. Les panneaux 3D donne les meilleurs résultats pour les
besoins énergétique par rapport tous les cas dans cette étude.
Conclusion Générale
Conclusion générale
64
Conclusion générale
L’objectif principal de notre travail est de contribuer à l’étude de l’isolation thermique des
bâtiments dans les zones désertiques, pour réduire la consommation énergétique dans les
bâtiments à partir de la réduction des échanges thermiques avec son milieu extérieur. Et pour
trouver l’épaisseur optimale d’isolation, et l’emplacement idéal d’isolant dans l’enveloppe du
bâtiment.
L’analyse des différents résultats obtenus par les simulations nous ont montré clairement qu’il
est possible de réduire la consommation énergétique des bâtiments résidentiels (maison
individuelle ou appartement) et ce en prenant en considération quelques aspects simples et
importants dès la conception architecturale.
Afin d’assurer une bonne isolation thermique il faut d’utiliser les meilleures techniques
d’isolation thermique, et il faut travailler de poser des fondements et des lois pour améliorer et
développer l’isolation thermique des bâtiments par la compréhension et l’étude des propriétés
physiques et thermiques des matériaux, et de choisir des bons matériaux d’isolation
thermiques dans la construction des bâtiments.
En effet, nous avons prouvé qu’un le choix des matériaux de construction ont à faible
conductivité thermique peut réduire de manière non négligeable les besoins énergétiques des
bâtiments en chauffage en hiver et en climatisation en été.
Les résultats ont montré que L’isolation thermique joue un rôle principal dans la réduction des
consommations énergétiques et également dans la création d’un espace de vie sain et plus
confortable dans le bâtiment. En effet, une bonne isolation thermique entraine le choix
d’équipements de climatisation moins puissants donc plus économiques.
Les résultats montrent aussi que l’économie d’énergie de l’isolation à l’extérieur du bâtiment
est important par rapport à l’isolation à l’intérieur. D’autre part l'isolation de la toiture est plus
importante par rapport à l'isolation des murs extérieurs. L’épaisseur optimale d’isolation serait
de 6 cm en polystyrène expansé.
Nous avons aussi démontré que l’utilisation des « panneaux 3D » comme un matériau de
construction est une solution plus efficace donne les meilleurs résultats pour l’économie
d’énergie.
Conclusion générale
65
Comme perspectives de notre travail, nous proposons d’abord de réaliser des simulations pour
vérifier tous les aspects liés à la réglementation thermique des bâtiments au l’Algérie, et
ensuite d’améliorer l’étude sur l’optimisation des caractéristiques de l’enveloppe en ajoutant
d’autres paramètres tels que l’inertie thermique et la ventilation et de généraliser notre analyse
ou évaluation énergétique aux bâtiments des autres zones climatiques d’Algérie.
Bibliographie
Bibliographie
Bibliographie
[1] peuportier. B, 2003 (Eco-conception des bâtiments. Batir en préservant l’environnement),
éd. Presses des Mines, Paris.
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[5] FOURA SMIR, Simulation des paramètres du confort thermique d'hiver en Algérie,
Mémoire de Doctorat en science architecture et bioclimatique, Université Mentouri de
Constantine, 2008.
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2014).
[7] Société Nationale de l'électricité et du gaz unité d’Ouargla, Sonelgaz (2010-2015).
[8] MEKHERMECHE A. « Contribution à l‘étude des propriétés mécaniques et thermiques
des briques en terre en vue de leur utilisation dans la restauration des Ksours sahariennes »
Mémoire de Magister Université de Ouargla 2012.
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[10] Medjelekh, D. 2006. Impact de l’inertie thermique sur le confort hygrothermique et la
consommation énergétique du bâtiment cas de l’habitation de l’époque coloniale à Guelma,
mémoire de magister : Architecture Bioclimatique, l’université Mentouri de Constantine.
[11] Source : Agence Nationale de Développement de l’Investissement (ANDI)-2015.
[12] L‘office National De Météorologie « Les données climatique de Ouargla de l‘année 2004
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techniques d’analyse bioclimatique - Cas des lieux de travail dans les milieux arides à climat
chaud et sec, Revue des Energies Renouvelables Vol. 12 N°3, pp. 471 – 488 (2009).
[14] Alain Liébard, Traité d’architecture et d’urbanisme bioclimatiques, édition Le Moniteur.
(2005).
[15] Akchiche,Z. (2011). Etude de comportement d’une cheminée solaire en vue de l’isolation
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therm ique des bâtiments, Mémoire de Magistère, Université Kasdi Merbah, Ouargla.
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[18] Thlierel, F. 1989. Modélisation du comportement thermique de l’homme et de son
habitat. Une approche de l’étude du confort, Université Paul Sabatier, Toulouse, France.
[19] Stéphane Thiers, Bilans énergétiques et environnementaux de bâtiments à énergie
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[20] Hamel khalissa. Cours de confort thermique, Sciences pour l’architecture, Université de
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[26] REME, « Guide maghrébin des matériaux d‘isolation thermique de bâtiment », Edition
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en terre cuite traditionnelles dans les régions de la wilaya de Ouargla », Mémoire de Magister,
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[29] Mazari, M. Etude et évaluation du confort thermique des bâtiments à caractère public/
Cas du département d’Architecture de Tamda (Tizi ouzou), Mémoire de Magistère, Université
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Résumé
Le climat dans les régions sahariennes dans notre pays caractérise par un hiver froid et sec et
un été très chaud. Les matériaux de construction utilisés dans ces régions sont le béton et le
mortier de ciment, qui présentent une mauvaise résistance thermique ce qui engendre
d’énormes dépenses de la consommation énergétique de climatisation et de chauffage. Pour
remédier à ce problème il est nécessaire d’installer des matériaux isolants ou de remplacer ces
matériaux de construction par un autre matériau ayant une bonne isolation thermique et à
faible consommation d’énergie.
Ce travail porte sur la valorisation d’intégration des matériaux isolants pour améliorer la
performance thermique de l’enveloppe des bâtiments. Il s’agit dans une étape important pour
assurer un bâtiment confortable avec moins consommation d’énergie.
La méthodologie de ce travail porte sur les méthodes numériques utilisant la simulation
thermique dynamique à l’aide du logiciel de simulation TRNSYS et son interface TRNBuild.
Le résultat a montré que l’isolation thermique jeu un rôle principale dans l’économie
d’énergie dans les bâtiments.
Mots clés: Isolation thermique, Climat, Consommation d’énergie, Bâtiments, TRNSYS.
Abstract
The climate in the Saharan regions in our country characterized by cold and dry winter and a
hot summer. The building materials used in these areas are concrete and cement mortar,
which have poor heat resistance which causes huge expenses of the energy consumption of air
conditioning and heating.
To remedy this problem it is necessary to install insulation materials, or replaced these
construction materials with another material having good thermal insulation and low energy
consumption.
This work deals with the valorization of integration of the insulating materials to improve the
thermal performance of the building envelope. This is a importantly step to assure a
comfortable building with less energy consumption.
The methodology of this work deals with on numerical methods using dynamic thermal
simulation with the TRNSYS simulation software and TRNBuild interface. The result showed
that the thermal insulation play a principal role in saving energy in buildings.
Keywords: Thermal insulation, Climate, Energy consumption, Buildings, TRNSYS.
ملخص
مواد البناء المستعملة في هذه المناطق .يتميز المناخ في المناطق الصحراوية في بالدنا بشتاء بارد وجاف وصيف حار جدا
هي من الخرسانة و مالط االسمنت والتي ال تعطي مقاومة حرارية جيدة للمبنى مما ينتج عنه زيادة كبيرة في االستهالك
ومن اجل تجنب هذا المشكل وجب إضافة مواد عازلة لهذه المواد أو تعويضها بمواد ،ي من اجل التبريد والتدفئةالطاقو
أخرى تعطي عزل حراري أفضل واستهالك طاقوي أقل.
والذي يعتبر خطوة هامة ،هذا العمل يندرج في إطار تثمين إضافة المواد العازلة من أجل تحسين األداء الحراري للمباني
من أجل توفير راحة حرارية للمباني مع استهالك أقل للطاقة.
المحاكاة برنامج باستخدام الديناميكية الحرارية النماذج محاكاة أجل من العددية الطرق على العمل هذا منهجية وتستند
TRNSYS بواجهتهTRNBuild. ، ل كبير في تخفيض االستهالك وأظهرت النتائج أن العزل الحراري يساهم بشك
الطاقوي في المباني.
. TRNSYSعزل حراري، مناخ، استهالك الطاقة، مباني، : كلمات مفتاحيه