Amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments par intégration des microcapsules de matériau à changement de phase (MCP) dans ses éléments structuraux

Abstract

Notre travail de recherche consiste à l’amélioration de la performance thermique du bâtiment par intégration des MCP sous forme de microcapsules dans les éléments structuraux, précisément dans les murs multicouches extérieurs et le plancher. Le premier axe de notre recherche consiste à évaluer les performances thermiques de l'incorporation des microcapsules du MCP dans un mur multicouche typique pour une zone climatique chaude au Maroc. L’intégration des microcapsules est effectuée pour trois emplacements dans le mur multicouche : dans la couche externe du mortier, dans la couche interne du mortier et au milieu dans la matrice solide de la brique creuse. Par conséquent, une simulation numérique est développée en régime transitoire bidimensionnel en utilisant l'approche enthalpique et en appliquant la méthode des volumes finis pour la résolution numérique. L’effet de la position, du type et de la fraction massique incorporées du MCP sont étudiés et comparés au cas du mur multicouche de référence (sans MCP). Cette comparaison est basée sur les deux facteurs déterminants de l'inertie thermique du panneau mural à savoir le déphasage thermique et l’atténuation en amplitude. Les flux de chaleur surfaciques sont également calculés pour quantifier la capacité du mur multicouche à stocker l'énergie. Le second axe de notre recherche consiste à évaluer numériquement l’intégration des microcapsules du MCP dans la composition d’un plancher chauffant. Cela vise principalement à bénéficier de la capacité du stockage thermique des MCP afin de réduire la consommation énergétique du système de chauffage et de stabiliser la température intérieure autour de la température de confort. Le modèle physique est basé sur un calcul bidimensionnel en considérant l'approche enthalpique et en appliquant la méthode numérique des volumes finis. L'effet de différents paramètres tels que la position et la fraction massique des microcapsules du MCP, la distance entre les tubes, la température de chauffage et le type de matériau à changement de phase sur la performance thermique du plancher chauffant sont évalués et discutés. Par la suite, en raison de l'inconvénient majeur des MCP qui est leur faible conductivité thermique, nous avons amélioré les microcapsules du MCP avec des matériaux conducteurs appelés NePCM. Finalement, nous avons effectué une simulation numérique pour un plancher chauffant rafraichissant en utilisant la meilleure configuration retenue pour le plancher chauffant durant la période hivernale et en circulant de l’eau froide dans les tubes afin d’avoir un confort thermique pour la période hivernale et estivale. Nos résultats constituent une contribution scientifique par la mise en place d’une technique de stockage par chaleur latente en intégrant des microcapsules de matériaux à changement de phase dans les éléments de l’enveloppe du bâtiment, nous avons apporté des recommandations permettant de concevoir des enveloppes énergétiquement efficaces avec une solution passive.