Contexte :
Face à l’intensification des vagues de chaleur et à l’augmentation des risques de surchauffe, l’adaptation passive des bâtiments devient un enjeu central pour limiter les besoins de climatisation et améliorer le confort d’été. Dans ce cadre, les protections solaires constituent un levier particulièrement pertinent, à condition de pouvoir être correctement conçues et dimensionnées dès les premières phases du projet. Or, cette conception reste encore largement empirique dès lors que les dispositifs s’éloignent des géométries conventionnelles. Les masques solaires complexes, multi-lames, tridimensionnels ou végétalisés mobilisent en effet des phénomènes radiatifs plus difficiles à représenter, combinant réflexion multiple, diffusion et transmission partielle. À cette première difficulté s’ajoute, pour les systèmes végétalisés, une forte variabilité temporelle liée à la densité du feuillage et au cycle saisonnier. Enfin, le manque de validation expérimentale et l’absence d’outils simplifiés pour les concepteurs limitent encore la fiabilité, la transférabilité et l’opérationnalité des approches actuelles.
L’Institut de Mécanique et d’Ingénierie (I2M, CNRS UMR 5295) rassemble l'essentiel des compétences dans le domaine de la mécanique au sens large. Son département TREFLE rassemble l’essentiel de l’activité de l’unité dans les domaines de la mécanique des fluides, des transferts et de l’énergie. Son groupe thématique de recherche E3BUS développe ses recherches sur la thématique de l’Efficience énergétique et environnementale du bâtiment, des usages et des systèmes.
NOBATEK est un centre privé de recherche appliquée, Institut national pour la Transition Energétique et Environnementale du bâtiment. NOBATEK développe des activités autour de projets de recherche, de développement et d’innovation avec des laboratoires et des entreprises.
I2M et NOBATEK ont mis en place une Equipe de Recherche Commune « Garantie des performances énergétiques et environnementales des bâtiments ».
Objectifs de recherche :
L’objectif général de la thèse est de développer une méthodologie de conception, de modélisation et d’optimisation des masques solaires complexes, incluant à la fois des dispositifs architecturaux à géométrie complexe et/ou des systèmes végétalisés fonctionnant comme protections solaires dynamiques. Cette méthodologie devra améliorer la prédiction des performances thermiques et lumineuses, identifier des configurations optimales selon l’orientation et le climat, et produire des outils simplifiés mobilisables en conception.
Les objectifs scientifiques peuvent être formulés ainsi :
- Développer une modélisation thermo-optique avancée des masques solaires complexes.
- Proposer une représentation dynamique des protections solaires complexes (e.g., végétalisées).
- Valider expérimentalement les modèles développés à l’aide de campagnes de mesures dédiées.
- Développer des méthodes d’intégration dans des outils de simulation thermique conventionnels.
- Élaborer des modèles simplifiés et des indicateurs d’aide à la décision pour les phases amont de conception.
Méthodologie :
La thèse s’organisera autour de trois axes complémentaires.
- Le premier axe portera sur la modélisation avancée. Il s’agira de développer un workflow de simulation intégrant la génération de géométries paramétriques complexes, le calcul optique des dispositifs de type BSDF et la simulation énergétique du bâtiment. L’objectif est de mieux représenter les interactions entre géométrie, propriétés optiques et rayonnement solaire
- Le deuxième axe sera consacré à la validation expérimentale. Des campagnes de mesures seront conduites sur des bancs d’essais instrumentés afin de quantifier les performances thermiques et lumineuses des dispositifs étudiés, ainsi que l’impact des systèmes complexes. Les résultats serviront à confronter simulations et mesures, puis à ajuster les modèles (e.g., Energy Plus ou Pleaides).
- Le troisième axe portera sur la simplification et le transfert. Il consistera à construire des modèles simplifiés, des abaques ou des indicateurs opérationnels pour permettre un dimensionnement rapide et une aide à la décision pour les architectes et bureaux d’études.
