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En imposant le confinement des populations, la pandémie du Covid-19 a brutalement freiné de nombreuses activités économiques. Rapidement, les impacts sociaux, environnementaux et climatiques se sont fait sentir sur tous les continents. La prise de conscience des conséquences de cette pandémie et du confinement interroge les façons de consommer, de travailler, de se déplacer et d'habiter, les modes de vie présents et futurs. Ainsi, dans l'incertitude, se posent une énième fois les questions relatives aux stratégies de croissance ou de décroissance pour le xxie siècle et notamment celles relatives à la mise en œuvre d'une transition énergétique. En effet, dans de nombreux pays, le secteur du bâtiment, très consommateur d'énergie, peine toujours à engager effectivement sa transition énergétique et avance à petits pas. Quant au secteur des transports, important émetteur de gaz à effet de serre, durement éprouvé par le confinement, il semble finalement contraint de s'y engager mais à marche forcée. Dans ce contexte, penser le monde après la pandémie invite à s'interroger sur les difficultés qu'ont ces deux secteurs économiques majeurs à faire leur transition énergétique. L'article a pour objectif de mettre en évidence des réflexions prospectives permettant de repenser les problématiques énergétiques des secteurs du bâtiment et des transports. Pour cela, l'approche systémique est mise en œuvre afin d'appréhender la complexité du confinement des consciences dans des modèles à penser les questions énergétiques. Des exemples montrent les limites de ces modèles. Ils illustrent le confinement dans le modèle thermo-industriel, dans des biais cognitifs et la prégnance des macro-systèmes techniques du passé. Enfin, des pistes d'un déconfinement énergétique sont proposées afin d'évaluer les conditions épistémologiques d'une transition énergétique complexe.

Depuis le XVIIIe siècle, les activités industrielles ont généré un patrimoine industriel bâti dont la richesse architecturale témoigne de nombreuses innovations constructives. En délaissant les matériaux naturels pour recourir aux matériaux artificiels, et en intégrant une nouvelle logique constructive, le secteur du bâtiment s’est industrialisée. Simultanément, l’essor des activités industrielles, fortement consommatrices d’énergies fossiles, a contribué à une augmentation anthropique des émissions de gaz à effet de serre qui ont transformé l’atmosphère terrestre. Aujourd’hui, l’évolution du climat implique des risques variables pour le patrimoine, et les impacts du changement climatique sont déjà nombreux. Ainsi, pendant deux siècles, l’industrialisation a façonné un patrimoine bâti qui aujourd’hui est menacé rétroactivement par le changement climatique qu’il a favorisé., Since the 18th century, industrial activities have generated a built industrial heritage whose architectural richness bears witness to numerous constructive innovations. By abandoning natural materials to resort to artificial materials, and by integrating a new constructive approach, the building sector has become industrialized. At the same time, the boom in industrial activities, which consume a great amount of fossil fuels, has contributed to an anthropogenic increase in greenhouse gas emissions that have transformed the atmosphere. Today, climate change involves varying risks for heritage, and the impacts of climate change are already numerous. Thus, for two centuries, industrialization has shaped a built heritage which today is threatened retroactively by the climate change it has favored.

The target of retrofitting project only cannot be to retrofit a building. It must also modify the building integrating the new constraints of sustainable development, the energy model transition and climate change. Thus, for several years, the environment of retrofitting projects become more complex, and for reaching the highest levels of energy and environmental performance during the rehabilitation of an existing building, it is necessary to consider the complexity of the retrofitting action.In this context, a project can be viewed as a system of actions in order to convert or refurbish the building system. This interpretation is based on concepts of the systemic approach and on a generic representation with a combination having presided at the project invention.The structural and functional approaches provide a generic representation of a distanced and global view of the complexity of the retrofitting project, which as a system evolves along a path combining anticipation, caesura and virtualization.In this paper, the complex environment of the retrofitting project is presented. Different concepts of the systemic approach used to deal with the complexity of the retrofitting project are described. A chronicle of project allows to elaborate a generic representation of project. Finally, this representation is complemented by elements of systemic modeling for differently interpreting the retrofitting project.

Lors de la conduite d’opérations de construction impliquant de nombreux acteurs et des secteurs industriels différents, une pensée managériale standardisée accompagnée de l’explosion de data réduit la créativité sans toujours prouver son efficacité. Ce constat est illustré dans les domaines de la construction et de la gestion d’infrastructures de transport, de projets industriels et d’équipements structurant un territoire. Mais comment, dans cette profusion informationnelle, identifer les data utiles à la conduite d’opérations de construction ? Revenant à la notion primordiale d’activité, l’article montre comment les paradigmes des modèles de production se sont succédés dans l’évolution de la réalisation des artéfacts nécessaires à l’homme, et ont généré des modèles de représentation et de pilotage. La pensée systémique est mise en œuvre afin de reformuler les modèles précédemment identifiés. L’article met en évidence les objets, les relations et les opérations des différents systémes artisanaux, manufacturiers, industriels... et l’installation des TIC comme système additionnel. L’article constate que ce dernier système apporte une novation importante dans l’échange informationnel qui ne s’exerce plus uniquement entre humains, et montre la nécessité d’une différenciation entre information et data. La conduite de ce polysystème ne peut être assuré qu’en respectant la variété des paradigmes et des cultures techniques des différents systèmes qui le constituent. Ainsi il est nécessaire de savoir repérer et extraire les datautiles à traiter, les relations et les opérations qui existent dans les systèmes dotés de paradigmes dominants (Droit, Subordination, Norme, Commerce, Cybernétique, etc.). Cette étude de la conduite d’opérations contribue à l’émergence de stratégies visant à appliquer des TIC n’appauvrissant pas la variété des systèmes humains, c’est-à-dire ne mutilant pas leur capacité de création. Distinguer l’information comme phénomène du monde organisé et les data comme matière première du monde des artéfacts numériques devrait permettre de réconcilier créativité et efficacité.

Parmi les différents diagnostics mis en oeuvre dans le bâtiment, le diagnostic de performance énergétique (DPE) renseigne sur la performance énergétique en évaluant sa consommation d'énergie et son impact en termes d'émission de gaz à effet de serre. Le contenu et les modalités d'établissement du DPE sont réglementés en France depuis plus de 10 ans. Les DPE ont ainsi produit des données, des rapports, des guides, des logiciels... utilisés pour élaborer les stratégies de réhabilitation énergétique du parc immobilier. Mais aujourd’hui les retours d’expériences interrogent la qualité de ces DPE. En effet, alors que ces diagnostics influencent le marché de l’immobilier, différentes enquêtes ont montré qu’ils manquaient de fiabilité... Dans ces conditions, il semble difficile d’assurer la qualité des prises de décision pour une transition énergétique efficace dans le secteur du bâtiment. Il apparaît que l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments relève d’une problématique complexe qui fait appel à un ensemble de connaissances dans des domaines variés. Définir la performance énergétique d’un bâtiment renvoie à toutes les difficultés de compréhension posées par l'appréhension d'une réalité complexe. Cet article présente comment la vision systémique permet d’appréhender la problématique complexe de l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments. Avec plusieurs exemples, il montre comment la modélisation des systèmes, l’identification des facteurs complexes et leurs influences vont permettre de caractériser les différentes sources d'erreurs. Enfin, l’article propose des actions visant à réduire ces sources d’erreurs et à améliorer l’intégration des exigences du développement durable dans le secteur du bâtiment.

La gestion des territoires est confrontée à de nombreux défis du fait des changements globaux et de la dynamique d’urbanisation qui les affectent. Manifestant les limites des approches fonctionnelles et sectorielles, ce contexte sensible invite à investir les approches systémiques pour éviter ce que certain qualifie de catastrophe civilisationnelle.Une de ces approches systémiques convoque la résilience comme mode d’action collective pour agir sur le futur des territoires. La résilience cherche en effet à influencer leur trajectoire dans un sens désirable, en associant les populations. Suscitant un véritable engouement, la résilience nécessite encore de stabiliser un cadre d’étude des espaces les plus exposés aux effets systémiques, en lien avec les changements globaux, en y adjoignant des leviers d’action.L’objet de cet article est de répondre à ce besoin des gestionnaires en mobilisant différents travaux récents.Trois séminaires organisés par le Cerema en 2016, 2017 et 2019 permettent de disposer d’un cadre de référence de la résilience des territoires exposés à des crises de natures multiples et devant relever des défis majeurs. Ce cadre de référence résulte des travaux collectifs des universitaires et de nombreux experts de plusieurs disciplines ayant mis en évidence l’apport des approches transversales.En s’appuyant sur ces travaux, l’article propose un cadre d’étude systémique des territoires. Deux exemples sont utilisés : celui de Givors, espace urbanisé situé au sud de la métropole de Lyon et celui de Semarang, ville littorale indonésienne exposée aux aléas naturels dont la subsidence. En mobilisant ces deux cas représentatifs des défis à relever par les gestionnaires des territoires, l’article montre comment le cadre d’étude renvoie à la résilience.L’article définit ce cadre en proposant plusieurs éléments caractéristiques d’un territoire exposé à de fortes interactions entre ses composantes humaines ou non humaines, à savoir : le cadre dominant, l’empreinte écologique, les notions d’espaces limites et d’espaces critiques, les types de perturbations, l’approche tripolaire et les leviers de résilience utiles aux gestionnaires.Enfin, la résilience nécessite d’associer étroitement les populations. A ce titre, l’article aborde dans le cadre prédéfini la question de l’habitat résilient et de l’habitabilité des territoires, et suggère quelques perspectives pour que cette préoccupation soit prise en compte.

The Building Energy Management (BEM) of existing housings is facing influences of Building Information Modeling (BIM). Because of increasing building energy consumption and its responsibility for more environmental issues, BEM needs to be optimized. BIM might be an opportunity for such an optimization. In order to successfully execute the BIM implementation in BEM, a quantitative measurement of BIM influences is needed, while currently in lack. The purpose of this paper is to solve the quantitative measurement problem by a metric system. Using Multiple Criteria Analysis, this metric system aims to measure BIM influences in BEM, especially of existing housings. In real case study of a French social housing manager Pluralis, Key Performance Indicators (KPI) measurement results are obtained in scores and displayed also in chart. The consistency of measurement results and identified real issues confirms the feasibility and credibility of this metric system in measuring BEM and indicating the priority optimization aspects, such as cost and interoperability. Quantitative distinguish between performance and competence is down, which is essential for BIM implementation.

Multi-glazing (including double-glazing) windows have attracted increasing attention in recent years due to their effective performance in saving energy consumption. The common medium between two glass panes is stationary air or inert gas and it could be treated as an extra component in multi-glazing windows. This opens possibilities to apply different fluids and promising filling materials, including airflows, flowing liquids, aerogels and phase change materials (PCMs), as advanced inter-pane media to further enhance window performance and match different requirements in different climates. To facilitate the application and further development of such application technologies, this paper aims to provide a comprehensive review mainly including: application technologies, performance assessment methods and indicators, and performance analysis of different application technologies. Also, a comparison of the energy saving potentials of different advanced inter-pane mediums in different climates is provided. In addition, suggestions for future works are given based on current progress.

Cet article se situe dans le contexte de la directive europeenne de decembre 2002 traitant de la performance energetique des bâtiments neufs et existants, ainsi que dans le contexte renouvele de la reduction drastique de la consommation energetique des bâtiments consecutif au Grenelle de l’environnement. La directive europeenne 2002/91/CE sur la performance energetique des bâtiments a ete adoptee par le Parlement europeen et le Conseil de l'union europeenne le 16 decembre 2002 et publiee au Journal officiel des communautes europeennes le 4 janvier 2003. Cette directive impose aux etats membres l’adaptation de leur reglementation energetique aux bâtiments existants et aux specificites regionales. L’article s’inscrit dans le cadre des travaux de transposition de la directive dans la reglementation francaise, pour ce qui concerne les bâtiments anciens, en reference au considerant n° 10 de la Directive. Par ailleurs, a la suite du Grenelle de l’Environnement, le comite operationnel « Renovation des bâtiments existants » a propose des objectifs et des perspectives d’action de niveau d’exigences elevees. L’objectif de cet article est de proposer deux etudes de cas permettant d’apprehender la caracterisation de la performance energetique des bâtiments existants. Il expose un outil d’aide a la decision developpe par l’Agence Internationale de l’Energie pour la caracterisation et la rehabilitation energetique des bâtiments d’enseignement. Puis, il presente une autre etude visant a la caracterisation de la performance energetique des bâtiments anciens. Cet article sera complete par un article decrivant le modele numerique en cours d’elaboration, pour approcher la performance energetique du bâti ancien et illustre par des suivis experimentaux sur sites. L’etude complete du sujet comprend deux articles. Veuillez donc, pour plus de precisions, vous reporter au [C 8 100] – Performance energetique des bâtiments existants. Caracterisation.

Cet article se situe dans le contexte de la directive europeenne de decembre 2002 traitant de la performance energetique des bâtiments neufs et existants, ainsi que dans le contexte renouvele de la reduction drastique de la consommation energetique des bâtiments consecutif au Grenelle de l’environnement. La consommation moyenne annuelle en energie primaire du parc de logements est de 240 kWhep/m 2 .an suivant les donnees 2007. Pour le secteur du bâtiment existant, les objectifs de reduction de la consommation retenus sont caracterises par etapes successives : 2012 : − 12 %, soit 210 kWhep/m 2 .an ; 2020 : − 38 %, soit 150 kWhep/m 2 .an ; 2050 : − 70 a 80 %, soit 50 a 80 kWhep/m 2 .an. Les perspectives d’action sont nombreuses sur les plans legislatif, incitatif et technique pour tout le patrimoine bâti. La recherche de la performance energetique des bâtiments existants privilegie trois objectifs : reduction globale de la demande d'energie , a service rendu equivalent ou ameliore ; optimisation energetique du projet , le referentiel initial etant fourni par le diagnostic ; etude multicritere des actions possibles de rehabilitation . L’objectif de cet article est de presenter la caracterisation de la performance des bâtiments en vue de leur rehabilitation. Il precise le cadre methodologique du diagnostic energetique, ainsi que la caracterisation simple (et multiple) de la performance energetique des bâtiments existants, en integrant l’apport des methodes developpees dans les projets de l’Agence Internationale de l’Energie. L’etude complete du sujet suppose la lecture de l’article complementaire [C 8 101] : performance energetique des bâtiments existants : etudes de cas .

Many countries have similar technical and architectural issues linked to solar energy integration in isolated mountain dwellings nowadays. In order to promote energy policies able to improve the solar energy potential use, it is necessary to set up multi-criteria approaches for producing improved diagnostic analysis. This study, conducted in eight mountain huts located in the Beaufortain region, in French Alps, shows the advantages and limitations of these approaches. Even if analysis criteria can be easily identified, the search for data allowing an accurate assessment is often difficult for isolated mountain dwellings. The results of this original study show the importance of multi-criteria analysis for technical and architectural issues linked to solar energy integration in isolated mountain dwellings by taking into account their natural environment, the elements of their bioclimatic architecture, their solar production conditions and their energy needs.

In a global context of climate change and greenhouse gas emissions, the construction sector has a great potential for energy savings and environmental impact reduction. Nearly two-thirds of French buildings were built without any existing thermal regulation: thermal renovation of these buildings is a priority. However, some of these buildings are classified as “historical heritage remarkable architecture”; this strong constraint does not allow the use of traditional renovation methods. This study aims to characterize the thermal behavior of a double window. A numerical thermal model is developed taking into account the heat and mass transfer in the double window. A specific experimental platform has also been designed and built to experimentally characterize the behavior of the double window and to validate the developed numerical model. A simulation protocol was then defined and implemented in order to outline the key parameters and therefore make recommendations for double window implementation and their design. The numerical and experimental results were used to characterize the influence of the thickness of the air gap of the double window, the thermal inertia of the facade and the ventilation strategies.

International audience; In the current context of thermal improvement in the building sector, research of new solutions to integrate to the retrofitting process is an essential step in the way of saving energy. With the purpose of maintaining or improving the summer comfort after a retrofitting in a residential building, Phase Change Materials (PCM) could be used to bring enough inertia to use the freshness of night for cooling during the warmest hour in the day. Passive solutions of PCM integration have demonstrated their limited benefits. Using PCM in the way proposed in this article goes through the design of a PCM/air system able to store latent heat. This unit is coupled to the ventilation system to ensure that the heat transfers between the ventilated air and the PCM stock are forced convection and then higher than the ones with natural convection. The fusion and solidification temperature for the PCM needs to be carefully chosen to allow the latent heat storage.To analyze the behavior of such a system in a retrofitted house with the climate of 4 different French cities, simulations in different configurations have been carried out. According to these climates, we analyze the necessary conditions for the improvement of efficiency of PCM use. Also, the appropriate PCM melting temperature range is defined with corresponding existing PCM characteristics. After, optimal thickness is obtained considering the diurnal temperature evolutions.The TRNSYS software runs the modeled house, coupled with Matlab for the PCM/air system model. The number of units of such a system can be changed and adapted to the different climates.Results are expressed in terms of percentage of the time when the indoor operative temperature reaches a certain level. Comparisons are made with classical systems without PCM.

International audience; Based on multi physical experiences and lessons learned, this paper presents different impacts of double windows in buildings. A general review of double window uses was produced. The specific constraints of historical buildings were also analyzed. Then a multi physical investigation about heating, cooling and ventilating aspects was developed. That led to the assessing of energetic impacts of double windows in retrofitted historical buildings in Mediterranean area. It highlighted some well-known fields like the winter functioning or the heat recovery potential but also some fields of investigation like the questions of the warm summer behaviour or the historic building integration.

In many European countries, building is an economical sector where it is possible to reduce significantly energy dependence and environmental impact. Ambitious objectives are required for 2020 future buildings: extremely low energy consumption, low carbon emission, etc. To reach these new goals, the existing design of buildings has to change. Buildings are complex systems occupied by humans interacting with their environment. Indeed, each building can be considered a unique set of elements in dynamic interaction, structured and goal-oriented. New drastic energy objectives increase the complexity of building systems. Levels of energy and environmental performance, never reached in the past, are required for future buildings. In this context, it appears that professional capabilities and existing practices are no longer adequate. The actors of the building sector have to face up to a growing complexity generated by new constraints. Usual theories and practices are under questionning. The aim of this paper is to provide an original and helpful approach to this new complexity of future buildings. This approach, based on concepts of complexity and transdisciplinarity, consists in a combination of structural, functional and transformation approaches, thus providing a tridimensional cognitive framework to plan future buildings in a dynamic way.

Old buildings represent, in many countries, a great part of the existing building stock. In France this amounts to more than 30%. It is important that they are retrofitted to improve energy performance. To compare reliable retrofitting measures, it is crucial to know their thermal and energy behaviour, their typological characteristics, the building techniques used and their heating and ventilation systems. This paper presents the results of long-term field measurements in a historical dwelling built in 1906 in Paris. In addition to the architectural and thermo-physical features of the whole building, the characteristics of the equipment, and the daily and weekly occupation profiles, indoor air temperature, relative humidity, hourly climatic data (air temperature and humidity, wind direction and velocity, solar irradiation) and hourly energy consumption were measured for an entire year. A thermo-aeraulic model of this dwelling was developed using the TrnSys-Comis® environment and the results are p...

In many countries, there is a great number of old buildings with local architectural, patrimonial, aesthetic and historic interest. They are the products of the vernacular traditional architecture fully integrating the environmental, social and economic local constraints. Moreover, this built inheritance is more heterogeneous than the modern stock of existing buildings. The historical buildings were built with different architectural designs featuring local styles of construction, different techniques and historical expertise. By experience, the actors of the building sector know that the thermal behaviour of historical buildings are not those of modern buildings set up at the time of the industrial period. However, they do not have assessed these specific thermal characteristics of historical buildings. This paper describes the complexity of architectural designs of historical dwellings in France. A field investigation during one year highlights various thermal characteristics of 11 dwellings. It provides a new understanding of thermal behaviour of these historical dwellings. The results show the thermal characteristics of historical dwellings and their differences with modern architecture.

With the actual environmental issues of energy savings in buildings, there are more efforts to prevent any increase in energy use associated with installing air-conditioning systems. The actual standard of thermal comfort in buildings ISO 7730 is based on static model that is acceptable in air-conditioned buildings, but unreliable for the case of naturally ventilated buildings. The different field studies have shown that occupants of naturally ventilated buildings accept and prefer a significantly wider range of temperatures compared to occupants of air-conditioned buildings. The results of these field studies have contributed to develop the adaptive approach. Adaptive comfort algorithms have been integrated in EN15251 and ASHRAE standards to take into account the adaptive approach in naturally ventilated buildings. These adaptive algorithms seem to be more efficient for naturally ventilated buildings, but need to be assessed in field studies. This paper evaluates different algorithms from both static and adaptive approach in naturally ventilated buildings across a field survey that has been conducted in France in five naturally ventilated office buildings. The paper presents the methodology guidelines, and the thermal comfort algorithms considered. The results of application of different algorithms are provided with a comparative analysis to assess the applied algorithms.

The aim of this paper is to evaluate summer thermal inertia in high porosity limestone old buildings. These buildings have to be retrofitted to save energy. Consequently, this paper focuses on the effects of insulation on this property. Monitoring surveys were carried out in an experimental room and in five single-family houses. In summer, thermal inertia may vary in a same building according to the localization of the room and the insulation. The analysis of monitoring data before and after insulation of the experimental room allows to highlight the improvement of thermal inertia of the room thanks to insulation: the decrement factor is divided by 10 and the time lag increases by 4 h. These results are confirmed by single-family houses measurements. The decrement factors of insulated limestone rooms are lower (0.10) than non-insulated ones (0.17) and the time lag increases by 3 h with insulation. Insulation of Tuffeau stone rooms does not cause overheating conditions in summer. These results indicate the benefit of insulation on this passive design. For these buildings, insulation reduces the temperature amplitude in summer and delays the maximum of temperature during the night.

This project is part of a global research program aimed at studying the durability of steel-fiber-reinforced concrete exposed to severe winter conditions. It was carried out to determine if the use of steel fibers can have a significant influence on the deicer salt scaling resistance of concrete. Sixteen steel-fiber-reinforced concrete mixtures were investigated. The test variables were the water/binder ratio, the use of silica fume, the type of fiber and the quality of the air-void network. The results of the tests show that the fibers have no apparent influence on the deicer salt scaling resistance of concrete. Furthermore, it has been observed that a very small difference in the minimal freezing temperature could have a great influence on the deicer salt scaling resistance.

International audience; In order to cool a house using the freshness of the cold night air, Phase Change Materials (PCM) placed in an air heat exchanger coupled with a ventilation system have been investigated. The heat exchanger is composed of a number of units with horizontal PCM sheets contained in a box beam. Air is flown between the sheets from one side to the other and exchange heat with the material by convection. At night, fresh air is used to regenerate the PCM. To analyze the behavior of such a system in a retrofitted house with the climate of 3 different French cities, simulations in different configurations have been carried on. The TRNSYS software runs the model, coupled with Matlab for the model of the PCM / air heat exchanger. Results are expressed in terms of percentage of the time when the indoor temperature reaches each temperature and comparison between the different configurations.

In many countries, the stock of existing buildings accounts for half of the energy consumption. With the actual environmental and energetic context, it is urgent to reduce energy consumption and greenhouse gases emissions in the buildings sector. In order to optimize retrofitting strategies, the thermal behavior of the existing buildings must be efficiently modeled by the dynamic building energy simulation tools. The stock of existing buildings is very important with, for instance, more than 30 millions of dwellings in France. This stock is characterized by a wide variety of construction techniques that are not taken into account in the existing calculation methods and tools as has been shown in a recent French study. This paper presents in the first part the uncertainties related to the thermal modeling of a traditional ancient house using different calculation tools. Then the house is modeled with the dynamic simulation tool TRNSYS in order to analyze the influence of the uncertainties of the climatic data on the quality of the results.

Double windows appear as a relevant renovation solution to both energy and architectural questions of historic buildings preservation. The device consists in the addition of a second window behind an original one, the new one being mainly installed on the interior side of the historic facade. Double windows differ from double glazings since it is a question of adding an entire window, not just a glazed surface. The scientific literature investigation highlighted the lack of knowledge concerning historic buildings integration of double windows although it alters their design and their working. The device studied in this PhD thesis is an interior double window, adapted to historic features of XIXth century buildings, mechanically ventilated making this façade element active and innovative. There is no characterization or characterization tool of this kind of device yet. Thus, this PhD work aims to characterize the thermo-aeraulic behaviour and performances and to extract some design or use recommendations. With this in mind, two approaches were set up. The first one, the experimental approach, consisted in the design and the use of multi-scale prototypes. Two kind of prototype were elaborated in order to perform both controlled conditions and in situ tests. Several experimental campaigns were led et and provided a strong experimental database. This work allowed us to describe the thermo-aeraulic behaviour of the active double window in many functional configurations and to highlight the dynamic characteristics of its energy performances. However, it appeared that the characterization remained incomplete so we decided to set up a second approach. This latter, which is numerical, consisted in the precise and dynamic modelling of the active double window. The numerical model was experimentally validated thanks to the measurements database and to an original and critical validation method. Finally, the numerical approach focused on the parametrical characterization of the active double window in order to back up and complete the experimental previous observations. This parametrical approach also highlighted a dynamic determining method of the thermal performances.; La double-fenêtre est une solution de rénovation qui répond aux problématiques énergétique et architecturale de préservation des façades du bâti ancien. Elle constitue un système basé sur la pose de deux fenêtres, l’une derrière l’autre, la nouvelle fenêtre étant le plus souvent, posée du côté intérieur de l’habitat ancien. Ce système se différencie des doubles vitrages puisqu’ici il s’agit d’ajouter une fenêtre entière (dormant et ouvrant). L’étude approfondie de la littérature scientifique a mis en avant qu’aucune considération n’a été apportée à l’application de ce dispositif à des bâtiments historiques alors que cela modifie fortement sa conception et son fonctionnement. Le système étudié dans ce travail de thèse est une double-fenêtre par l’intérieur, adaptée aux bâtis historiques du XIXe siècle, ventilée mécaniquement en insufflation rendant cet élément de façade actif. Il s’agit d’un dispositif innovant que ce soit par son domaine d’application ou par ses propriétés techniques dont il n’existe à l’heure actuelle, ni de caractérisation ni d’outil pour caractériser la double-fenêtre innovante étudiée dans cette thèse. Par conséquent, ce travail de thèse vise à caractériser son comportement et ses performances thermiques et à dégager des recommandations quant à sa conception et son utilisation. Pour atteindre ces objectifs, deux approches ont été mises en place. La première, expérimentale, a consisté en l’élaboration et l’utilisation de prototypes multi-échelle. Deux types de dispositifs expérimentaux ont été mis au point, afin de mener des tests en conditions contrôlées et in situ. Plusieurs campagnes de mesures ont été effectuées et ont fourni une base de données expérimentale conséquente. Grâce à ce travail expérimental, nous avons pu décrire le comportement thermo-aéraulique de la double-fenêtre en diverses situations de fonctionnement et montrer le caractère dynamique de ses performances. En revanche, il s’est avéré que la caractérisation du comportement thermique de ce dispositif n’a pu être complète. Par conséquent, nous avons décidé d’utiliser une seconde approche, numérique. Celle-ci a constitué, dans un premier temps, en l’élaboration d’un modèle numérique dynamique et rapide d’utilisation. L’outil numérique créé a été validé à l’aide des données expérimentales et d’une méthode originale et critique de validation. Dans un second temps, l’approche numérique s’est portée sur la caractérisation paramétrique de la double-fenêtre ventilée afin d’appuyer et compléter les observations expérimentales. Cette approche paramétrique a également permis de fournir une méthode de détermination dynamique des performances thermiques.

Double windows appear as a relevant renovation solution to both energy and architectural questions of historic buildings preservation. The device consists in the addition of a second window behind an original one, the new one being mainly installed on the interior side of the historic facade. Double windows differ from double glazings since it is a question of adding an entire window, not just a glazed surface. The scientific literature investigation highlighted the lack of knowledge concerning historic buildings integration of double windows although it alters their design and their working. The device studied in this PhD thesis is an interior double window, adapted to historic features of XIXth century buildings, mechanically ventilated making this façade element active and innovative. There is no characterization or characterization tool of this kind of device yet. Thus, this PhD work aims to characterize the thermo-aeraulic behaviour and performances and to extract some design or use recommendations. With this in mind, two approaches were set up. The first one, the experimental approach, consisted in the design and the use of multi-scale prototypes. Two kind of prototype were elaborated in order to perform both controlled conditions and in situ tests. Several experimental campaigns were led et and provided a strong experimental database. This work allowed us to describe the thermo-aeraulic behaviour of the active double window in many functional configurations and to highlight the dynamic characteristics of its energy performances. However, it appeared that the characterization remained incomplete so we decided to set up a second approach. This latter, which is numerical, consisted in the precise and dynamic modelling of the active double window. The numerical model was experimentally validated thanks to the measurements database and to an original and critical validation method. Finally, the numerical approach focused on the parametrical characterization of the active double window in order to back up and complete the experimental previous observations. This parametrical approach also highlighted a dynamic determining method of the thermal performances., La double-fenêtre est une solution de rénovation qui répond aux problématiques énergétique et architecturale de préservation des façades du bâti ancien. Elle constitue un système basé sur la pose de deux fenêtres, l’une derrière l’autre, la nouvelle fenêtre étant le plus souvent, posée du côté intérieur de l’habitat ancien. Ce système se différencie des doubles vitrages puisqu’ici il s’agit d’ajouter une fenêtre entière (dormant et ouvrant). L’étude approfondie de la littérature scientifique a mis en avant qu’aucune considération n’a été apportée à l’application de ce dispositif à des bâtiments historiques alors que cela modifie fortement sa conception et son fonctionnement. Le système étudié dans ce travail de thèse est une double-fenêtre par l’intérieur, adaptée aux bâtis historiques du XIXe siècle, ventilée mécaniquement en insufflation rendant cet élément de façade actif. Il s’agit d’un dispositif innovant que ce soit par son domaine d’application ou par ses propriétés techniques dont il n’existe à l’heure actuelle, ni de caractérisation ni d’outil pour caractériser la double-fenêtre innovante étudiée dans cette thèse. Par conséquent, ce travail de thèse vise à caractériser son comportement et ses performances thermiques et à dégager des recommandations quant à sa conception et son utilisation. Pour atteindre ces objectifs, deux approches ont été mises en place. La première, expérimentale, a consisté en l’élaboration et l’utilisation de prototypes multi-échelle. Deux types de dispositifs expérimentaux ont été mis au point, afin de mener des tests en conditions contrôlées et in situ. Plusieurs campagnes de mesures ont été effectuées et ont fourni une base de données expérimentale conséquente. Grâce à ce travail expérimental, nous avons pu décrire le comportement thermo-aéraulique de la double-fenêtre en diverses situations de fonctionnement et montrer le caractère dynamique de ses performances. En revanche, il s’est avéré que la caractérisation du comportement thermique de ce dispositif n’a pu être complète. Par conséquent, nous avons décidé d’utiliser une seconde approche, numérique. Celle-ci a constitué, dans un premier temps, en l’élaboration d’un modèle numérique dynamique et rapide d’utilisation. L’outil numérique créé a été validé à l’aide des données expérimentales et d’une méthode originale et critique de validation. Dans un second temps, l’approche numérique s’est portée sur la caractérisation paramétrique de la double-fenêtre ventilée afin d’appuyer et compléter les observations expérimentales. Cette approche paramétrique a également permis de fournir une méthode de détermination dynamique des performances thermiques.

In the current context of thermal improvement in the building sector, research of new solutions to integrate to the retrofitting process is an essential step in the way of saving energy in the field. With the purpose of maintaining or im-proving the summer comfort after a retrofitting in a residential building, Phase change Materials (PCM) could be used to bring enough inertia to use the freshness of night cool during the warmest hour in the day. Using PCM in the way proposed in this thesis goes through the design of a PCM/air heat ex-changer able to store latent heat. This unit is coupled to the ventilation system to ensure that the heat transfers between the ventilation air and the PCM stock are forced convection and then higher than the ones with natural convection. The fusion and solidification temperature for the PCM needs to be carefully chosen to allow the latent heat storage.The objectives of the air/PCM heat exchanger are to add to the build-ing a passive capacity to regulate his internal temperature without loading the structure, to improve the summer comfort in cutting the temperature peak with a ventilation strategy coupled to the system and lastly to avoid active cooling system.The process through the thesis is to evaluate the potentials and char-acteristics of some French climates to work on well-adapted PCM systems. A real scale prototype with a micro-encapsulated paraffin mixture is designed with a simple model and assembled in the lab to be instrumented in tempera-tures, heat flux and air velocity. An experimental set up has been specially de-signed to test the prototype with different scenarios of services.The experimental data are compared to a bidimensional Matlab model based on the finite difference method and the equivalent heat capacity for the PCM. They are analyzed in order to have a better behavior for the model con-cerning the convective coefficients and the hysteresis phenomenon. The vali-dated model is coupled to a global TRNSYS model of a house to simulate and evaluate the behavior of the PCM/air system in different configurations for the studied climates: Nice, Lyon, Trappes and Carpentras.; Dans le contexte actuel de l’amélioration thermique des bâtiments, la re-cherche de nouvelles solutions à intégrer au processus de rénovations est une étape essentielle pour la réalisation d’économies d’énergie dans l’existant. Dans une optique de maintien ou d’apport du confort d’été après une rénova-tion, les Matériaux à Changement de Phase (MCP) peuvent être utilisés pour apporter une inertie suffisante afin d’utiliser la fraicheur nocturne aux heures les plus chaudes de la journée. L’utilisation proposée des MCP passe par la constitution d’un système d’échangeur air/MCP couplé à la ventilation du bâ-timent. Ainsi les échanges thermiques entre des plaques de MCP et l’air de ventilation ont lieu par convection forcée pour assurer des échanges plus im-portants que par convection naturelle. Le stockage se fait par chaleur latente avec des températures de fusion/solidification du MCP adaptées.Les objectifs du système d’échangeur air/MCP sont de doter le bâti-ment d’une capacité passive de régulation de la température sans alourdir sa structure, d’améliorer le confort thermique d’été avec une stratégie de ventila-tion couplée au système et enfin d’éviter le recours à la climatisation active.La démarche au cours de la thèse est d’évaluer les potentiels et carac-téristiques de climats Français pour y associer des systèmes d’échangeurs air/MCP bien dimensionnés. Un prototype avec un composé ternaire de paraf-fines microencapsulées est pré-dimensionné avec un modèle simplifié avant d’être instrumenté en température, en flux et en vitesse d’air au laboratoire. Un banc de test spécialement conçu dans le cadre de ce travail permet de lan-cer des expérimentations sous différents scénarios d’utilisation. Ces données expérimentales sont confrontées à un modèle 2D Matlab du dispositif basé sur une modélisation aux différences finies implicites et une capacité thermique équivalente pour le MCP. Elles sont analysées dans l’optique de mieux déterminer les coefficients d’échanges convectifs et les phénomènes d’hystérésis dans le prototype pour alimenter le modèle numé-rique. Ce modèle, validé, est couplé à un modèle global de bâtiment sous TRNSYS pour simuler et évaluer le fonctionnement de plusieurs configura-tions d’échangeur air/MCP sous les différents climats étudiés : Nice, Lyon, Trappes et Carpentras.

In the current context of thermal improvement in the building sector, research of new solutions to integrate to the retrofitting process is an essential step in the way of saving energy in the field. With the purpose of maintaining or im-proving the summer comfort after a retrofitting in a residential building, Phase change Materials (PCM) could be used to bring enough inertia to use the freshness of night cool during the warmest hour in the day. Using PCM in the way proposed in this thesis goes through the design of a PCM/air heat ex-changer able to store latent heat. This unit is coupled to the ventilation system to ensure that the heat transfers between the ventilation air and the PCM stock are forced convection and then higher than the ones with natural convection. The fusion and solidification temperature for the PCM needs to be carefully chosen to allow the latent heat storage.The objectives of the air/PCM heat exchanger are to add to the build-ing a passive capacity to regulate his internal temperature without loading the structure, to improve the summer comfort in cutting the temperature peak with a ventilation strategy coupled to the system and lastly to avoid active cooling system.The process through the thesis is to evaluate the potentials and char-acteristics of some French climates to work on well-adapted PCM systems. A real scale prototype with a micro-encapsulated paraffin mixture is designed with a simple model and assembled in the lab to be instrumented in tempera-tures, heat flux and air velocity. An experimental set up has been specially de-signed to test the prototype with different scenarios of services.The experimental data are compared to a bidimensional Matlab model based on the finite difference method and the equivalent heat capacity for the PCM. They are analyzed in order to have a better behavior for the model con-cerning the convective coefficients and the hysteresis phenomenon. The vali-dated model is coupled to a global TRNSYS model of a house to simulate and evaluate the behavior of the PCM/air system in different configurations for the studied climates: Nice, Lyon, Trappes and Carpentras.; Dans le contexte actuel de l’amélioration thermique des bâtiments, la re-cherche de nouvelles solutions à intégrer au processus de rénovations est une étape essentielle pour la réalisation d’économies d’énergie dans l’existant. Dans une optique de maintien ou d’apport du confort d’été après une rénova-tion, les Matériaux à Changement de Phase (MCP) peuvent être utilisés pour apporter une inertie suffisante afin d’utiliser la fraicheur nocturne aux heures les plus chaudes de la journée. L’utilisation proposée des MCP passe par la constitution d’un système d’échangeur air/MCP couplé à la ventilation du bâ-timent. Ainsi les échanges thermiques entre des plaques de MCP et l’air de ventilation ont lieu par convection forcée pour assurer des échanges plus im-portants que par convection naturelle. Le stockage se fait par chaleur latente avec des températures de fusion/solidification du MCP adaptées.Les objectifs du système d’échangeur air/MCP sont de doter le bâti-ment d’une capacité passive de régulation de la température sans alourdir sa structure, d’améliorer le confort thermique d’été avec une stratégie de ventila-tion couplée au système et enfin d’éviter le recours à la climatisation active.La démarche au cours de la thèse est d’évaluer les potentiels et carac-téristiques de climats Français pour y associer des systèmes d’échangeurs air/MCP bien dimensionnés. Un prototype avec un composé ternaire de paraf-fines microencapsulées est pré-dimensionné avec un modèle simplifié avant d’être instrumenté en température, en flux et en vitesse d’air au laboratoire. Un banc de test spécialement conçu dans le cadre de ce travail permet de lan-cer des expérimentations sous différents scénarios d’utilisation. Ces données expérimentales sont confrontées à un modèle 2D Matlab du dispositif basé sur une modélisation aux différences finies implicites et une capacité thermique équivalente pour le MCP. Elles sont analysées dans l’optique de mieux déterminer les coefficients d’échanges convectifs et les phénomènes d’hystérésis dans le prototype pour alimenter le modèle numé-rique. Ce modèle, validé, est couplé à un modèle global de bâtiment sous TRNSYS pour simuler et évaluer le fonctionnement de plusieurs configura-tions d’échangeur air/MCP sous les différents climats étudiés : Nice, Lyon, Trappes et Carpentras.

Traditional wood buildings in France and in Madagascar use abundant local forest resources in architecture. Woodcan be considered as renewable and natural material when coming from sustainably managed forest. Using wood in construction contributes significantly in controlling the atmospheric carbon cycle and the emission of greenhouse gas. This study presents the main physical characteristics of wood materials and building systems showing the influence of wood coating on indoor environment. Hygrothermal phenomena across the living space are characterized and presented in this work : the presence of water in the wood, the behavior of equilibrium moisture, heat transfer and mass transfer, the physical parameters of wood material and physical parameters of indoor environment. Thermal comfort is similarly characterised. This work contributes knowledge on the evaluation of interactions between thermal comfort, indoor air and wood coating by means of in situ and laboratory measurements and numerical model simulations., Les constructions traditionnelles en bois en France et à Madagascar témoignent de l’utilisation ancienne d’abondantes ressources forestières locales. Le bois peut être considéré comme un matériau naturel et renouvelable dans la mesure où les ressources forestières sont gérées durablement. L’utilisation du bois dans la construction contribue largement à la maîtrise du cycle du carbone atmosphérique et à la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Ce travail présente les principales caractéristiques physiques du matériau bois et des systèmes constructifs associés, montrant l’importance et l’influence du revêtement en bois sur l’environnement intérieur des habitations. La caractérisation des phénomènes hygrothermiques à l’échelle de la pièce d’habitation a été détaillée : présence d’eau dans le bois, comportement de l’équilibre hygroscopique, transfert thermique et transfert de masse, les paramètres physiques du bois et d’une ambiance intérieure. Enfin, ce travail apporte des connaissances sur l’évaluation des interactions entre le confort thermique, l’ambiance intérieure et le revêtement en bois, grâce à des campagnes de mesure in situ, à des mesures en laboratoire et à des modélisations de scénarios numériques.

Traditional wood buildings in France and in Madagascar use abundant local forest resources in architecture. Woodcan be considered as renewable and natural material when coming from sustainably managed forest. Using wood in construction contributes significantly in controlling the atmospheric carbon cycle and the emission of greenhouse gas. This study presents the main physical characteristics of wood materials and building systems showing the influence of wood coating on indoor environment. Hygrothermal phenomena across the living space are characterized and presented in this work : the presence of water in the wood, the behavior of equilibrium moisture, heat transfer and mass transfer, the physical parameters of wood material and physical parameters of indoor environment. Thermal comfort is similarly characterised. This work contributes knowledge on the evaluation of interactions between thermal comfort, indoor air and wood coating by means of in situ and laboratory measurements and numerical model simulations., Les constructions traditionnelles en bois en France et à Madagascar témoignent de l’utilisation ancienne d’abondantes ressources forestières locales. Le bois peut être considéré comme un matériau naturel et renouvelable dans la mesure où les ressources forestières sont gérées durablement. L’utilisation du bois dans la construction contribue largement à la maîtrise du cycle du carbone atmosphérique et à la limitation des émissions de gaz à effet de serre. Ce travail présente les principales caractéristiques physiques du matériau bois et des systèmes constructifs associés, montrant l’importance et l’influence du revêtement en bois sur l’environnement intérieur des habitations. La caractérisation des phénomènes hygrothermiques à l’échelle de la pièce d’habitation a été détaillée : présence d’eau dans le bois, comportement de l’équilibre hygroscopique, transfert thermique et transfert de masse, les paramètres physiques du bois et d’une ambiance intérieure. Enfin, ce travail apporte des connaissances sur l’évaluation des interactions entre le confort thermique, l’ambiance intérieure et le revêtement en bois, grâce à des campagnes de mesure in situ, à des mesures en laboratoire et à des modélisations de scénarios numériques.