Description du projet Identification in-situ de la RESistance thermique de paroi BIOsourcé et géosourcé de BATiment

Pour identifier la résistance thermique de parois hautement isolées et biosourcées, des travaux expérimentaux et numériques sont menés. En ce qui concerne la partie expérimentale, une sollicitation active sur la face isolée du mur est retenue pour réaliser une identification accélérée (en 48h) des caractéristiques thermiques de la paroi et pour limiter l'influence des conditions météorologiques. Dans le projet, nous visons à étudier différentes sollicitations actives, par exemple la stimulation multi-spots (Tâche 3.1 du projet), et à optimiser le type, le nombre et l'emplacement des capteurs en vue de déterminer la résistance thermique du mur. La modélisation physique et les simulations numériques sont utilisées dans le processus d'identification des caractéristiques thermique du mur par la résolution d’un problème inverse. Comme nous l'avons observé dans le précédent projet ANR précédent "RESBATI", les modèles physiques simplifiés (RC ou équation de la chaleur 1D) ne sont pas toujours adaptés à une identification précise de la résistance thermique pour les murs fortement isolés et pour certaines typologies de murs. Cela est dû à la non prise en compte du flux de chaleur latéral dans le mur avec les modèles développés lors de ce premier projet. Par conséquent, pour étendre les travaux précédents aux parois hautement isolées et bio-sourcées, des modèles physiques plus sophistiqués doivent être pris en compte. Des simulations thermiques 2D/3D sont étudiées dans la Tâche 2.1 ainsi que des modèles physiques hygrothermiques dans la Tâche 2.2. Un état de l'art des modèles hygrothermiques, des logiciels utilisés et des typologies de murs biosourcés sera réalisé. Cela nous permettra notamment de choisir le type de parois biosourcées qui feront l'objet d'une étude expérimentale dans le cadre du projet. De plus, le temps de calcul étant plus coûteux pour ces simulations directes, nous proposons d'utiliser des techniques de base réduite et des métamodèles pour assurer des simulations en temps réel (Tâche 2.3). Nous nous concentrons sur les méthodes de base réduite non intrusives qui sont particulièrement adaptées pour s'interfacer avec les logiciels existants et commerciaux. Ensuite, nous tirerons parti des simulations en temps réel dans un cadre d'inversion bayésien pour identifier la résistance thermique totale de la paroi avec l’incertitude associée (Tâche 2.4). Une approche statistique séquentielle multi-fidélité bayésienne est développée pour sélectionner automatiquement la version la plus appropriée du modèle physique ou de substitution à chaque itération de l'algorithme d'inversion. Cette approche permet d’assurer le meilleur compromis entre le coût de calcul et la réduction de l'incertitude attendue pour identifier correctement la résistance thermique d'un mur donné. Pour cela, les erreurs de mesure et de modélisation seront estimées et propagées dans le processus inverse. En tenant compte de ces incertitudes, l'objectif est d'éviter une identification biaisée due à un ajustement excessif. En outre, l'utilisation de méthodes bayésiennes conduira à un intervalle de confiance robuste sur la résistance thermique identifiée. Les méthodes numériques seront d'abord testées sur des benchmarks numériques où les sorties des capteurs sont générées numériquement à partir de modèles hygro-thermiques 3D de référence. L'instrumentation sera optimisée par des techniques d'analyse de sensibilité et un cadre adjoint. Enfin, le processus d'identification sera validé à l'aide d'essais expérimentaux à l'échelle du matériau et du mur en laboratoire et dans des conditions extérieures réelles. Des essais en laboratoire (Tâche 3.3) seront réalisés au LNE, au CEREMA et au CSTB sur des échantillons afin de caractériser en profondeur les propriétés physiques de l'isolation et des autres composants de la paroi pour différentes conditions d'humidité et d'évaluer la résistance thermique globale des parois d'essai à l'aide de techniques de laboratoire standard comme la boîte chaude surveillée. Des expériences complémentaires (Tâche 4.2) seront menées dans l'équipement d'excellence "Sense-City" sur une maison en matériaux bio-sourcés et une maison en terre crue. La chambre climatique Sense-City étant montée sur des rails, les tests peuvent être réalisés dans des conditions contrôlées (température, humidité et lumière) en utilisant la chambre climatique et dans des conditions réelles (hors chambre climatique). La plateforme Sense-City de l'Université Gustave Eiffel sera également utilisée pour valider la méthode sur les murs en béton armé d'un bâtiment réel R+1 avant et après une action de rénovation par isolation intérieure avec des isolants thermiques en fibres de bois. Afin de détecter les pathologies des murs et d'évaluer l'humidité dans les composants des murs étudiés, des travaux prospectifs basés sur des méthodes électromagnétiques seront également étudiés (Tâche 3.2).

En conclusion, la réalisation d'un dispositif prototype (Tâche 3.1) et d'une présérie (Tâche 4.1) est prévue dans le projet. Il sera dirigé par le partenaire industriel "Themacs Ingénierie" en collaboration avec les autres partenaires du projet. Il sera testé dans l'équipement Sense-City et dans des applications réelles avec de futurs utilisateurs potentiels. L'objectif est de l'évaluer dans des utilisations opérationnelles et d'obtenir un retour d'information (Tâche 4.3).