Comportement thermique dynamique des bâtiments : simulation et analyse

Les bâtiments sont conçus pour jouer un rôle de filtre thermique permettant de recréer un microclimat intérieur indépendant des fluctuations météorologiques extérieures. La forme, l’orientation, l’agencement et la composition des éléments constitutifs déterminent les caractéristiques de ce filtre. Les ambiances intérieures ne répondant pas toujours aux exigences de confort des occupants, la réponse du bâtiment est corrigée par des appareils de climatisation agissant comme des sources contrôlées de chaleur ou de froid, et ayant parfois un effet sur les taux d’humidité. Les normes de confort sont encore relativement frustres : une consigne de température résultante moyenne à respecter pendant la période de chauffage, une température qu’il est recommandé de ne pas dépasser trop souvent pendant la saison chaude. Ces contraintes sont quelquefois affinées dans des cahiers des charges particuliers, notamment lorsqu’il s’agit de bâtiments à usage de bureau. Dans tous les cas, les appareils de climatisation consomment de l’énergie et entraînent de ce fait des coûts de fonctionnement qui peuvent être très élevés. Ils n’arrivent d’ailleurs pas toujours à redresser complètement une mauvaise conception architecturale, des périodes d’inconfort pouvant subsister, nous en avons tous fait l’expérience un jour ou l’autre.

Les modèles décrivant le comportement thermique dynamique des bâtiments permettent de mieux comprendre et concevoir l’enveloppe passive (c’est‐à‐dire avant équipement avec une installation de climatisation) en vue d’obtenir de moindres consommations énergétiques et un plus grand confort, de prédire la réponse du bâtiment à des situations extrêmes afin de dimensionner les installations et, enfin, d’aider à mettre au point de nouveaux systèmes (composants) ou stratégies de contrôle (chauffage intermittent, commande optimale, etc.).

Le souci de rationaliser le recours à des énergies coûteuses et de concevoir des bâtiments plus confortables a amené les différents acteurs du processus de conception et de gestion des bâtiments à chercher à en mieux connaître et maîtriser le comportement. C’est l’objet des méthodes de simulation et d’analyse que nous allons présenter. Pour cela, nous nous intéresserons ici aux méthodes de calcul qui permettent de modéliser les bâtiments ; il s’agit de prévoir et expliquer l’évolution de son état thermique et de prévoir les conséquences qui en découlent en réponse aux excitations que lui appliquent son environnement climatique naturel et les appareillages dont il est équipé.

La mise en relation avec des modèles d’occupant est à la base...