UNIVERSITE KASDI MERBAH OUARGLA
Faculté des Sience Appliquée
Département Génie Mécanique
Mémoire
Présenté pour l’obtention du diplôme de
MASTER ACADEMIQUE
Spécialité Génie Mécanique
Option : Génie Energetique
Présenté par :Ballah Farid & Tedjini Belal
Thème
Soutenu publiquementle : 02 /06/2016
Devant le jury :
Mlle. Rahmouni Soumia MAB Président UKM Ouargla
Mlle. Saifi Nadia MCB Encadreur UKM Ouargla
Mr. Belkhir Negrou MCB Examinateur UKM Ouargla
Année Universitaire : 2015 /2016
Modélisation Et Optimisation De CheminéeSolaire Dans Un Bâtiment Résidentiel
Remerciements
Nous tenons à exprimer notre gratitude et remerciement à ALLAH qui
nous a donné la force et le pouvoir pour effectuer ce modeste travail.
Je tiens à exprimer ma profonde reconnaissance au directeur de mémoire
Mademoiselle Nadia SAIFI maître assistante à l’universitéd’Ouargla pour son suivi,
sa patience, sa disponibilité, ses nombreux conseils et ses critiques constructives pour
l’élaboration de ce travail.
Mes remerciement vont également à tous ceux qui ont contribué, de prés ou de loin à
l’accomplissement de ce travail, et en particulier
Mademoiselle Soumia Rahmouni, maitre assistant à l’université kasdi Merbah Ouargla,
de m’avoir fait l’honneur de présider mon jury Mon sieur Belkhir Negrou, maitre assistant à
l’université kasdi Merbah Ouargla, de m’avoir fait l’honneur de présider mon jury de ce travail, et
pour ses encouragements ses conseils et son aide surtout dans la partie de la simulation .
J’adresse mes vifs remercîments à tous mes enseignants, qu’ils ont contribués à ma
formation , leur encouragement et leur aide.
Mes remerciements vont également à mes collègues de génie des mécanique, à mes
collègues de la faculté .
Enfin je remercie mes amies: pour leur soutien moral et leur aide, ainsi que tous ce qui
m'ont soutenu et aidé tout au long de cette étude .
DédicaceA mes parents
A ma grande mère
A mes frères et sœurs
A tous mes amies
Je dédie ce travail
SOMMAIREREMERCIEMENTDEDICACESSOMMAIRELISTE DES FIGURESLISTE DES TABLEAUXNOMENCLATUREIntroduction générale…………………………………………………………………………………01
Chapitre I . Contexte Energétique
I.1 Introduction ……………………………………………………………………………….02I.2 Notion d’économie d’énergie ……………………………………………….....................03I.3. Consommation mondiale de l’énergie…………………………………………………….03I.4. Contexte énergétique en Algérie…………………………………………………………..03I.5 Consommation énergétique en Algérie …………………………………………………….05I.6 Consommation énergétique en Ouargla ……………………………………………………06I.6.1. Consommation d’électricité……………………………………………………………...06I.6.2. Consommation de gaz……………………………………………………………………06I.7 Zones climatiques en Algérie……………………………………………………………...07I.8 Réglementation Algérienne…………………………………………………………………08I.9 Conclusion…………………………………………………………………………………..09
Chapitre II .L’architecture et le confort thermiqueΠ.1.Introduction……………………………………………………………………………..10II.2. Relation architecture-climat…………………………………………………………...10II.3. Les élements de climat…………………………………………………......................11
II.3.1La température de l’air……………………………………………………………...11II.3.2 L’humidité de l’air………………………………………………………………….11II.3.3 Le vent………………………………………………………………………………12II.3.4L’inertie thermique………………………………………………………………….12II.3.5 Rayonnement solaire……………………………………………………………….12
II.4 confort…………………………………………………………………………………...13II.4.1 Le confort visuel……………………………………………………….…………..13II.4.2 Le confort acoustique…………………………………………………..………….14II.4.3 Le confort respiratoire………………………………………………………..……15II.4.4Le confort thermique………………………………………………………………..15
II.5 Sensation et le confort………………………………………………………………….15II.5.1 L’aspect physiologique (la thermorégulation ) …………………..………………15II.5.2 L’aspect physique (les échanges de chaleur) ……………………………………..16II.5.3 L’aspect psychologique (sensation thermique ) ………………………………….16
II.6. Les paramètres effectuant du confort thermique……………………………………..16II.6.1 Les températures……………………………………………………………………17II.6.2Humidité relative (HR%)………………………………………………………......17II.6.3 La vitesse de l’air (Va ,m/s) ……………………………………………………….17II.6.4. Le métabolisme…………………………………………………………………….17II.6.5 L’habillement…………………………………....................................................18
II.6.5.1Effet dû à la conduction………………………………………………………..18II.6.5.2 Effet dû à la convection…………………....................................................18
II.6.5.3 Effet dû à la radiation…………………………............................................18II.6.5.4 Effet dû à l’humidité……………………………….......................................18
II.7. Données climatiques et le confort………………………………………………….....19II.7.1 Classification du climat en Algérie…………………………...............................19II.7.2 Climat de la région d’Ouargla…………………………………………………......20
II.8. Architecture traditionnelle…………………………………………………................21II.8. 1 L’habitat traditionnelle on Algérie………………………………………………..21
II.8. 1.1 Ksour (tissu compact) ……………………………………………….............21II.8. 1.2 Le ksar de Ouargla…………………………………………………………….21
II.9. L’habitat actuelle en Algérie………………………………………………….............23II.9.1 Définition de l’habitat……………………………………………………………...23II.9.2 Classification de l’habitat en Algér……………………………………………….................23
II.9.2.1 Caractéristique de l’habitat collective……………………………………......................24II.9.2.2 Caractéristique de l’habitat individuelle………………………………………………..24II.9.2.3 Espaces extérieurs…………………………………………………………......................24II.9.2.4 Les façades…………………………………………………………….…………………24
II.10. Technique et solution climatique……………………………………………………………….25II.10.1. Les surfaces vitrées…………………………………………………………………...........25II.10.2. La véranda……………………………………………………………….............................26II.10.3. La végétation……………………………………………………………………..................27II.10.4. Puits provençal………………………………………………………………………………27II.10.5. La ventilation………………………………………………….........................................28
II.10.5.1 La ventilation mécanique…………………………………............................................28II.10.5.2. La ventilation naturelle………………………………..............................................29II.10.5.3. Les systèmes mixtes de ventilation……………………………..................................29
II.10.6. L’isolation thermique………………………………................................................................29II.10.7. La cheminée solaire…………………………………...............................................................29
II.10.7.1. Cheminée solaire verticale…………………………………………..………………..30II.10.7.2. Cheminée solaire inclinée………………………………..............................................31
II.11. Conclusion…………………………………………………………………………………………31
Chapitre III . Résultats et DiscussionsIII.1 introduction………………………………………………………………………………………..32III.2 Modèle physique………………………………………………………………………………….32III.3 Les hypothèse…………………………………………………………………..….........................33
III.4. Les équations régissantes……………………………………………………………………..33III.4.1. Equation de continuité………………………………………………………….....................33III.4.2. Equation de conservation de quantité de mouvement……………………………….........33
III.4.3. Equation de l’énergie…………………………………………………………………………..34III.4.4. Les modèles de turbulence………………………………………………………….............34III.4.5. Modèle k-ε……………………………………………………………………………….…..34
III.5. Génération de maillage…………………………………………………………………..............35III.6. Validation des résultats………………………………………………………………...………...36III.7. Résultats obtenus dans le cas de la géométrie simple……………………….....................38
III.7.1. Effet de l'intensité de rayonnement solaire………………………………………………...38III.8 Etude paramétrique …………………………………………………….......................................41
III.8.1. Le taux de rapport entre la largeur de la cheminée et de la cavité………………..............41III.8.2. champ thermique et dynamique……………………………………………..........................42
III.9.Cas de géométrie complexe (trois cavités superposés) …………………………………..45III.9.1. champ thermique et dynamique…………………………………………………………….47
Liste des figuresFigure I.1: Répartition de la consommation énergétique mondiale selonles ressources en2013………………………………………………………………………….03Figure I.2 : Production, consommation, exportation et réserves de pétrole enAlgérie de 1980- 2012…………………………………………………………………………04Figure I.3 : Consommation, exportation et réserves de gaz en Algérie de 1980 à 2012……..04
Figure I.4: la consommation d’énergie par secteur en Algérie(2010-2014)…………………..05
Figure I.5: structure de consommation d’énergie en Algérie -2014-..................................05Figure I.6:La consommation de électricité dans Ouargla (2010-2015)…………………..06Figure1.7:La consommation de gaz dans Ouargla (2010-2015)………………………….06Figure1.8: Zonage climatique de l’Algérie adapté aux besoins de la réglementation thermique dans lebâtiment…………………………………………………………………………………07Figure II.1 : l’effet de l’humidité dans le batiment………………………………………………………11
Figure II.2 : Principe de l’inertie : capacité thermique, diffusivité , effusivité. …………………………..12
Figure II .3 : les coleur des paroi………………………………………………………………………...13Figure II.4 : Confort visuel………………………………………………………………….…...........14Figure II.5 : la source extérieurs et intérieurs de pollution………………………………………………14Figure II .6 : Interaction thermique entre le corps humain et son environnement. …………….....18Figure II .7 : Classification du climat en Algérie……………………………………………………19Figure II.8 : Interprétation des données climatiques de la région d’Ouargla (2004-2014)..……..20Figure II.9 : le ksour de Ouargla……………………………………………………………...................23Figure II.10 : l’espace extreur d'lhabita ………………………………………………………………...24Figure II.11 : la façade de l’habitat individuelle………………………………………………….....25Figure II.12 : les types de surface vitre………………………………………………………………….26Figure II.13: la position de véranda ………………………………….…………………………….......27Figure II.14 :les différents effets de la végétation……………………………………………….……......27Figure II.15 : Puits provençal oucanadien……………………………………………………...…….28Figure II.16 : les différents procédés de l’isolation……………………………………………………....29FigureII17 :une cheminée solaire verticale………………………………………………………..30Figure. II.18 :une cheminée solaire inclinée………………………………………………………31Figure III.1: Schéma générale de domaine physique. ………………………………………...……32Figure III.2: processus de génération d’un maillage dans le –GAMBIT…………………..…...35Figure III.3 : Le maillage utilisé……………………………………………………………….……..36Figure III.4 :Comparaison de la variation de paramètre ACH en fonctionde la variation de l’intensité Solaire………………………………………………………………...37Figure III.5 Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2pour une longueur 0.85m et largeur 0.1 m……………………………………………………………….38
Figure III.6 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 500 W/m2pour une longueur 0.85m et largeur 0.1 m……………………………………………………………….38
Figure III.7 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 700 W/m2 pour unelongueur0.85m et largeur 0.1 m………………………………………………………………...……39
Figure III.8 : Comparaison de profil de température à l’intérieur de la pièce pourdifférent rayonnement. ……………………………………………………………………………...…40Figure III.9 : variation de ACH en fonction de l’intensité solaire…………………………….…...41Figure III.10 : la géométrie de rapport entre la largeur de la cheminée et de la cavité……….…...41Figure III.11 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2
pour une pourcentage de 5 %……………………………………………………………………..……42Figure III.12 : Champs dynamique et thermique pour intensité solaire de 300 W/m2pour une pourcentage de 10 %………………………………………………………………...........…...42Figure III.13 : Champs dynamique et thermique pour intensité solaire de 300 W/m
pour une pourcentage de 15 %………………………………………………………………………...…43
Figure III.14 Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2pour une pourcentage de 20 %…………………………………………………………………………….43Figure III.15 Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2pour une pourcentage de 25 %……………………………………………………………………………44Figure III.16Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2pour une pourcentage de 50 %.…………………………………………………………………………..44Figure III.17. : Variation d'ACH en fonction de différent pourcentage……………………………….45Figure III.18. Le domaine du cas de géométrie complexe (trois cavités superposés) ……………….46Figure III.19. : Le maillage utilisé……………………………………………………………………….46Figure III.20. : Champs dynamique thermique pour intensité de 300 W/m2pour une cas de multi étage……………………………………………………………………………….47
Liste des tableauxTableau I.1: intervalles de climatisation et de chauffage……………………………………………………………………..08
TableauIII.1:Variation de température de vitre et d’absorbeur en fonction de l’intensité solaire…...35
Tableau III.2: Variation d'ACH en fonction de l’intensité solaire……………………………………...37
Tableau III.3: Variation d'ACH et le début volumique en fonction de l’intensité solaire……………40
Tableau III.4:Variation d'ACH et le début massique sorite de cheminée et la chambre……………....45
Tableau III.5 :Variation d'ACH et le début massique et volumique sortie dans la cavité…………......47
NOMENCLATURE
Symboles Grandeurs Unités
H: Hauteur de cheminée m
T: Température K
P: Pression atm
D: Diamètre m
Q: Débit volumique m3/h
ACH : Air changé par heure 1/h
Cp : Capacité calorifique massique J/ .
I : Intensité de rayonnement solaire W/m2
h: Coefficient d’échange convectif W/m2.K
S: Surface d’échange thermique m2
β: coefficient de dilatation thermique volumétrique de l’air K-1
ρ: Masse volumique kg/m3
μ: viscosité dynamique kg/s.m
υ: Viscosité cinématique m2/s
φ: Flux thermique W
ε : Dissipation d’énergie turbulente
λ: Conductivité thermique W/m.K
K: Energie cinétique turbulente
U : Vitesse d’écoulement m/s
Mth : Méga-thermie
GWh : Giga Watt heure
Ktep : Kilo tonne équivalent pétrole
MP : Moyen Pression
MT : Moyen Tension
INTRODUCTION GENERALEL’augmentation du prix de l’énergie a suscité l’intérêt d’utiliser des sources
d’énergie gratuite et inépuisable comme le rayonnement solaire. Une moitié de la
consommation d'énergie dans les bâtiments est liée à la climatisation.L’épargne de l’énergie
des systèmes de chauffage, ventilation, et climatisation sera réalisée en installant des systèmes
efficaces d'énergie, tels que des pompes à chaleur. À la même heure, l’application des technologies
d'énergie renouvelable devrait être entièrement étudiée à l'étape de conception pour réduire au
minimum le chauffage et les charges de refroidissement du bâtiment.
Concernant la consommation de l’énergie en Algérie, le secteur ménages et autres
a atteint un taux de 42 %, suivi du secteur des transports de 37% et enfin le secteur industriel
et BTP avec21% en 2014.La consommation d’énergie finale par habitant est de 0.48 TEP en
1990 et passera à 1.35 TEP en 2010(IMME, 2014).
La forte demande actuelle de consommation énergétique en Algérie est due
principalement à l'augmentation du niveau de vie de la population et du confort qui en
découle, ainsi qu'à la croissance des activités industrielles (Foura S, 2007). En Algérie, le
secteur du bâtiment est le secteur le plus énergivore.
Le confort thermique visé à l’intérieur des constructions est en fait une principale
exigence pour le comportement morale et physique de l’individu. Il est estimé essentiellement en
fonction des paramètres climatiques extérieurs . Dans les zones semi-arides et arides tel que la
région de Ouargla , les besoins de chauffage en hiver sont faibles, bien que réels, mais les besoins
de refroidissement, en été, sont beaucoup plus importants .
L’architecture traditionnelle a apporté des solutions liées aux problèmes d’adaptation
climatique, mais actuellement l’architecture doit aussi répondre aux exigences de la vie moderne.
Les systèmes de refroidissement traditionnels doivent être révisés et améliorés pour pouvoir
répondre de manière adéquate aux exigences du confort thermique dans les constructions
actuelles dans les régions arides.
La ventilation naturelle est un des moyens déjà utilisés auparavant dans l’architecture
des villes traditionnelles au sud de l’Algérie, Ksours et médinas sont des exemples vivants où
l’équilibre et l’harmonie avec le climat sont les éléments essentiels de sa composition. Pour
réduire l’utilisation de l’électricité des dispositifs de climatisation, les techniques de
refroidissement passives sont devenus plus attractive ces dernières années ce qui justifie leur
exploitation sous d ifférentes formes.
Les cheminées solaires sont un genre de technologies d' énergie renouvelable, qui
augmentent la ventilation naturelle dans les bâtiments. Elle se compose habituellement d’une
vitre, d'une cavité, et d'un mur massif qui absorbe l'énergie solaire. L'air dans la cheminée
est réchauffé par l'énergie solaire, et coule vers le haut en raison de la force d’Archimède.
Cela peut être une force d'entraînement pour amplifier la ventilation naturelle.
Dans ce présent travail, on s’intéresse à la ventilation et le rafraichissement naturel par
les cheminées solaires verticales.
L’objectif principal de notre étude est de faire une simulation numérique pour
déterminer le champ thermique et dynamique qui assure les débits d’air important afin de
mettre les valeurs optimales de l’ACH. Pour atteindre cet objectif, nous avons réalisé une
simulation à l’aide d’un code de calcul(Fluent).
Le travail présenté dans ce document comporte trois chapitres . Le premiére chapitre présente
le contexte énergétique nationale et dans la Wilaya de Ouargla surtout la consommation de
l’énergie dans le secteur du bâtiment afin de comprendre le comportement thermique de la
structure du bâtiment .
Le deuxiéme présente lesdifférents types de confort, et les techniques de conforts employées
dans l’habitat traditionnel ,ainsi que la conception bioclimatique.
Le troisiéme chapitre englobe les interprétations et les résultats de simulation numérique
de l’écoulement dans la configuration étudiée afin de bien comprendre des phénomènes qui
régissent le transit d’air. Pour mener à bien, une confrontation et une validation avec des données
publiées, disponibles, expérimentales et théoriques ont été effectuées .
Et finalement on a clôturé ce travail par une conclusion générale.
ChapitreI
ContexteEnergétique
Chapitre I Contexte Energétique
2
I.1 Introduction
A l'échelle nationale, le secteur résidentiel est considéré comme étant le secteur le
plus énergivore, il présente 42% de la consommation finale (Djelloul A, 2013). L’Algérie doit
faire face à un problème énergétique croissant lié à l’évolution de sa démographie. En effet,
que ce soit dans le secteur du logement, le secteur tertiaire ou autre, les besoins en énergies
fossiles ou renouvelables sont proportionnels à l’évolution de la population. Dans le domaine
du bâtiment, le nombre de constructions en logements ou en bâtiments tertiaires est amené à
augmenter considérablement
Ce chapitre permet de présenter la consommation énergétique du secteur du bâtiment
dans le monde et en Algérie. Ainsi, nous rappelons le contexte énergétique du secteur du
bâtiment en Algérie
I.2 Notion d’économie d’énergie
Dans les pays en développement, l’énergie est un des facteurs déterminants pour la
survie des populations : elle est nécessaire à toute activité humaine et indispensable à la
satisfaction des besoins quotidiens (eau, nourriture, santé,…) mais également pour assurer un
minimum de développement économique et social .
Une exigence de confort d’été plus stricte peut impliquer le recours à la climatisation,
et donc induire une augmentation de la consommation d’énergie et des impacts qui en
découlent. La gravité des problèmes environnementaux est maintenant patente et il n’est plus
raisonnable d’ignorer les conséquences environnementales des décisions que nous prenons
(benhalilou karima, 2002). Le secteur du bâtiment contribue de manière importante à ces
problèmes. Il est donc nécessaire de recourir, autant que possible, aux outils d’aide à la
décision et aux technologies qui permettent de réduire les impacts environnementaux des
bâtiments.
I.3. Consommation mondiale de l’énergie
La demande d’énergie primaire mondiale était satisfaite en 2013 à plus de 87% par les
énergies fossiles. Le pétrole est la première source d’énergie, assurant 33% des besoins
mondiaux, suivi par le charbon 30% et le gaz 24%. Les énergies renouvelables satisfont quant
à elles 13 % de la demande, dont 6 % pour l’hydraulique. La part du nucléaire dans la
consommation d’énergie primaire s’établit à 4 % (BP, 2014) (figure I .1).
Chapitre I Contexte Energétique
3
Figure I.1: Répartition de la consommation énergétique mondiale selon les ressources en2013 (BP, 2014).
I.4. Contexte énergétique en Algérie
L’Algérie, possède d’importants gisements en pétrole et en gaz, décide de nationaliser
son secteur pétrolier ainsi que la maîtrise et le contrôle des ressources pétrolières et gazières
en février 1971. Le gaz naturel qui constitue 60% de ses réserves en énergie fossile, alimente
à hauteur de 30% de ses revenues en devises, d’où la nécessité d'une réglementation de
maîtrise de l'énergie s’impose en faisant valoir les arguments suivants:
La préservation des ressources énergétiques conventionnelles ;
La réduction des coûts des investissements énergétiques, notamment en matière de
chauffage et de climatisation ;
La réduction de l’impact des énergies fossiles sur l’environnement.
L’Algérie, pays producteur et exportateur de pétrole et de gaz a connu une nouvelle
politique nationale des hydrocarbures.
Le graphique suivant présente l’évolution de la production, la consommation,
l’exportation et les réserves de pétrole pour la période allant de 1980 à 2012.
Chapitre I Contexte Energétique
3
Figure I.1: Répartition de la consommation énergétique mondiale selon les ressources en2013 (BP, 2014).
I.4. Contexte énergétique en Algérie
L’Algérie, possède d’importants gisements en pétrole et en gaz, décide de nationaliser
son secteur pétrolier ainsi que la maîtrise et le contrôle des ressources pétrolières et gazières
en février 1971. Le gaz naturel qui constitue 60% de ses réserves en énergie fossile, alimente
à hauteur de 30% de ses revenues en devises, d’où la nécessité d'une réglementation de
maîtrise de l'énergie s’impose en faisant valoir les arguments suivants:
La préservation des ressources énergétiques conventionnelles ;
La réduction des coûts des investissements énergétiques, notamment en matière de
chauffage et de climatisation ;
La réduction de l’impact des énergies fossiles sur l’environnement.
L’Algérie, pays producteur et exportateur de pétrole et de gaz a connu une nouvelle
politique nationale des hydrocarbures.
Le graphique suivant présente l’évolution de la production, la consommation,
l’exportation et les réserves de pétrole pour la période allant de 1980 à 2012.
33%
24%
30%
4%
7%
1%0% 1% 0%
Chapitre I Contexte Energétique
3
Figure I.1: Répartition de la consommation énergétique mondiale selon les ressources en2013 (BP, 2014).
I.4. Contexte énergétique en Algérie
L’Algérie, possède d’importants gisements en pétrole et en gaz, décide de nationaliser
son secteur pétrolier ainsi que la maîtrise et le contrôle des ressources pétrolières et gazières
en février 1971. Le gaz naturel qui constitue 60% de ses réserves en énergie fossile, alimente
à hauteur de 30% de ses revenues en devises, d’où la nécessité d'une réglementation de
maîtrise de l'énergie s’impose en faisant valoir les arguments suivants:
La préservation des ressources énergétiques conventionnelles ;
La réduction des coûts des investissements énergétiques, notamment en matière de
chauffage et de climatisation ;
La réduction de l’impact des énergies fossiles sur l’environnement.
L’Algérie, pays producteur et exportateur de pétrole et de gaz a connu une nouvelle
politique nationale des hydrocarbures.
Le graphique suivant présente l’évolution de la production, la consommation,
l’exportation et les réserves de pétrole pour la période allant de 1980 à 2012.
pétrole
gaz
charbon
nucléaire
Hydro
éoliene
solaire
géothermique etbiomasse
Chapitre I Contexte Energétique
4
Figure I.2 :Production, consommation, exportation et réserves de pétrole en Algérie
de 1980 à 2012 [21].
La production de pétrole en Algérie atteint le niveau de 60.32 Mtep en 1980 et de
115.36 Mtep en 2012 soit un taux de croissance de 91.23%. Cette augmentation est due
principalement à la hausse de la demande mondiale en produits pétrolières. L’Algérie est un
pays gazier plus que pétrolier dans la mesure où les réserves de gaz sont nettement plus
importantes que celle du pétrole. L’évolution de la production, la consommation,
l’exportation et les réserves de gaz pour la période allant de 1980 à 2012 est présentée sur le
graphique suivant :
Figure I.3 :Consommation, exportation et réserves de gaz en Algérie de 1980 à 2012
[21].
0
20
40
60
80
100
120
140Q
uant
ité e
n M
tep
Consommation en Mtep
0
20
40
60
80
100
120
Qua
ntité
en
Mte
p
Exportation de gaz en Mtep
Réserves de gaz en Mtep
Chapitre I Contexte Energétique
4
Figure I.2 :Production, consommation, exportation et réserves de pétrole en Algérie
de 1980 à 2012 [21].
La production de pétrole en Algérie atteint le niveau de 60.32 Mtep en 1980 et de
115.36 Mtep en 2012 soit un taux de croissance de 91.23%. Cette augmentation est due
principalement à la hausse de la demande mondiale en produits pétrolières. L’Algérie est un
pays gazier plus que pétrolier dans la mesure où les réserves de gaz sont nettement plus
importantes que celle du pétrole. L’évolution de la production, la consommation,
l’exportation et les réserves de gaz pour la période allant de 1980 à 2012 est présentée sur le
graphique suivant :
Figure I.3 :Consommation, exportation et réserves de gaz en Algérie de 1980 à 2012
[21].
Consommation
Exportation
Consommation en Mtep exportation en Mtep réserves en Mtep
Consommation
Exportation
Exportation de gaz en Mtep Consommation de gaz en Mtep
Réserves de gaz en Mtep
Chapitre I Contexte Energétique
4
Figure I.2 :Production, consommation, exportation et réserves de pétrole en Algérie
de 1980 à 2012 [21].
La production de pétrole en Algérie atteint le niveau de 60.32 Mtep en 1980 et de
115.36 Mtep en 2012 soit un taux de croissance de 91.23%. Cette augmentation est due
principalement à la hausse de la demande mondiale en produits pétrolières. L’Algérie est un
pays gazier plus que pétrolier dans la mesure où les réserves de gaz sont nettement plus
importantes que celle du pétrole. L’évolution de la production, la consommation,
l’exportation et les réserves de gaz pour la période allant de 1980 à 2012 est présentée sur le
graphique suivant :
Figure I.3 :Consommation, exportation et réserves de gaz en Algérie de 1980 à 2012
[21].
020040060080010001200140016001800
rése
rves
en
Mte
p
réserves en Mtep
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Rése
rves
de
gaz
en M
tep
Consommation de gaz en Mtep
Chapitre I Contexte Energétique
5
En 2012, les réserves prouvées de gaz naturel atteignaient 4087.40 Mtep propulsant
l’Algérie au 9ème rang mondial des pays disposant des plus importantes réserves de gaz
naturel.
I.5 Consommation énergétique en Algérie :
Figure I.4: la consommation d’énergie par secteur en Algérie(2010-2014) [23]
L’analyse de l’histogramme de l’évolution de consommation d’énergie par secteur
d’activité en Algérie pendant le période 2010 à 2014 met en lumière l’augmentation de
consommation d’énergie dans le secteur ménages et transport au cours des années , et la
fluctuation de la consommation pour le secteur industrielle. Ceci reflète notamment
l’amélioration du niveau de vie des citoyens par l'utilisation excessive d'équipements de
confort tels que la climatiseur ,le chauffe d'air et d'autres.
Figure I.5: structure de consommation d’énergie en Algérie 2014[23]
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000Ktep
année
mé
tra
ind
transport37%
ménages etautres42%
industrie21%
Chapitre I Contexte Energétique
6
Par graphique analyse des circuits de la consommation d'énergie en Algérie en 2014,
nous notons le contrôle du secteur résidentiel , la plus grande proportion de la consommation
d' énergie et cela est dû à l'évolution de la vie des citoyens au cours des dernières années , et
leur quête d'un repos, puis en utilisant des machines électroménager consommation
d'électricité et de gaz , tels que les climatiseurs et les appareils de chauffage .
I.6 Consommation énergétique en Ouargla :
Les figures suivent représente la consommation d'électricité et de gaz dansla ville de Ouargla pendant le période (2010 à 2015)
I.6.1Consommation d’électricité :
Figure I.6:La consommation de électricité dans Ouargla (2010-2015)[24]
I.6.2 Consommation de gaz :
Figure I.7:La consommation de gaz dans Ouargla (2010-2015)[24]
050,000,000
100,000,000150,000,000200,000,000250,000,000300,000,000350,000,000400,000,000450,000,000500,000,000
2010
GWh
100,000,000
200,000,000
300,000,000
400,000,000
500,000,000
Mth
Chapitre I Contexte Energétique
6
Par graphique analyse des circuits de la consommation d'énergie en Algérie en 2014,
nous notons le contrôle du secteur résidentiel , la plus grande proportion de la consommation
d' énergie et cela est dû à l'évolution de la vie des citoyens au cours des dernières années , et
leur quête d'un repos, puis en utilisant des machines électroménager consommation
d'électricité et de gaz , tels que les climatiseurs et les appareils de chauffage .
I.6 Consommation énergétique en Ouargla :
Les figures suivent représente la consommation d'électricité et de gaz dansla ville de Ouargla pendant le période (2010 à 2015)
I.6.1Consommation d’électricité :
Figure I.6:La consommation de électricité dans Ouargla (2010-2015)[24]
I.6.2 Consommation de gaz :
Figure I.7:La consommation de gaz dans Ouargla (2010-2015)[24]
2010 2011 2012 2013 2014 2015
0
100,000,000
200,000,000
300,000,000
400,000,000
500,000,000
2010 2011 2012 2013 2014 2015
Chapitre I Contexte Energétique
6
Par graphique analyse des circuits de la consommation d'énergie en Algérie en 2014,
nous notons le contrôle du secteur résidentiel , la plus grande proportion de la consommation
d' énergie et cela est dû à l'évolution de la vie des citoyens au cours des dernières années , et
leur quête d'un repos, puis en utilisant des machines électroménager consommation
d'électricité et de gaz , tels que les climatiseurs et les appareils de chauffage .
I.6 Consommation énergétique en Ouargla :
Les figures suivent représente la consommation d'électricité et de gaz dansla ville de Ouargla pendant le période (2010 à 2015)
I.6.1Consommation d’électricité :
Figure I.6:La consommation de électricité dans Ouargla (2010-2015)[24]
I.6.2 Consommation de gaz :
Figure I.7:La consommation de gaz dans Ouargla (2010-2015)[24]
2015année
la misonindestrieMT
2015 année
la mison
indestrie
MP
Chapitre I Contexte Energétique
7
L’analyse de l’histogramme de l’évolution de consommation d’électricité et de gaz
par secteur d’activité en Ouargla pendant le période 2010 à 2015 illustré l’augmentation de
consommation d'électricité et de gaz dans différents secteurs avec le secteur du logement la
plus grande proportion , en particulier la consommation de gaz et en raison de l' évolution de
la vie de la population et de leur empressement à gagner l'acquisition de confort d'appareils
grand public pour le gaz et l'électricité .
I.7 Zones climatiques en Algérie
Les travaux de zonage climatique ont été réalisés (Ghedamsi R, 2015). Le territoire
Algérien a été subdivisé en zones climatiques homogènes en se basant sur l’analyse des
données climatiques enregistrées par 60 stations météorologiques sur la période de 1999-2008
(10 ans).
un zonage climatique unique pour les besoins de la réglementation thermique a été
réalisé avec des fichiers climatiques annuels journaliers, sur la base des besoins
thermiques annuels de chauffage et de climatisation des bâtiments dans 48 station
météorologique
La figure (1.8) présente la carte représentant le zonage climatique adapté aux besoins
de la réglementation thermique dans le bâtiment :
Chapitre I Contexte Energétique
7
L’analyse de l’histogramme de l’évolution de consommation d’électricité et de gaz
par secteur d’activité en Ouargla pendant le période 2010 à 2015 illustré l’augmentation de
consommation d'électricité et de gaz dans différents secteurs avec le secteur du logement la
plus grande proportion , en particulier la consommation de gaz et en raison de l' évolution de
la vie de la population et de leur empressement à gagner l'acquisition de confort d'appareils
grand public pour le gaz et l'électricité .
I.7 Zones climatiques en Algérie
Les travaux de zonage climatique ont été réalisés (Ghedamsi R, 2015). Le territoire
Algérien a été subdivisé en zones climatiques homogènes en se basant sur l’analyse des
données climatiques enregistrées par 60 stations météorologiques sur la période de 1999-2008
(10 ans).
un zonage climatique unique pour les besoins de la réglementation thermique a été
réalisé avec des fichiers climatiques annuels journaliers, sur la base des besoins
thermiques annuels de chauffage et de climatisation des bâtiments dans 48 station
météorologique
La figure (1.8) présente la carte représentant le zonage climatique adapté aux besoins
de la réglementation thermique dans le bâtiment :
Chapitre I Contexte Energétique
7
L’analyse de l’histogramme de l’évolution de consommation d’électricité et de gaz
par secteur d’activité en Ouargla pendant le période 2010 à 2015 illustré l’augmentation de
consommation d'électricité et de gaz dans différents secteurs avec le secteur du logement la
plus grande proportion , en particulier la consommation de gaz et en raison de l' évolution de
la vie de la population et de leur empressement à gagner l'acquisition de confort d'appareils
grand public pour le gaz et l'électricité .
I.7 Zones climatiques en Algérie
Les travaux de zonage climatique ont été réalisés (Ghedamsi R, 2015). Le territoire
Algérien a été subdivisé en zones climatiques homogènes en se basant sur l’analyse des
données climatiques enregistrées par 60 stations météorologiques sur la période de 1999-2008
(10 ans).
un zonage climatique unique pour les besoins de la réglementation thermique a été
réalisé avec des fichiers climatiques annuels journaliers, sur la base des besoins
thermiques annuels de chauffage et de climatisation des bâtiments dans 48 station
météorologique
La figure (1.8) présente la carte représentant le zonage climatique adapté aux besoins
de la réglementation thermique dans le bâtiment :
Chapitre I Contexte Energétique
8
Figure I.8: Zonage climatique de l’Algérie adapté aux besoins de la réglementation
thermique dans le bâtiment (Ghedamsi R, 2015).
Afin de déterminer la consommation d'énergie dans chaque zone pour le refroidissement
et le chauffage la carte géographique de l’Algérie sera divisée en sept zones pour le zonage de
refroidissement et en trois zones pour le zonage de chauffage.
Tableau I.1: intervalles de climatisation et de chauffage (Ghedamsi R, 2015).
Intervalles(€/m2)
zones Climatisation chauffage
zone 1 3,821 - 4,451 0,008 -0,024
zone 2 3,191 - 3,821 0,024 - 0,040
zone 3 2,561 - 3,191 0,040 - 0,056
zone 4 1,931 - 2,561 -
zone 5 1,302 - 1,939 -
zone 6 0,672 - 1,302 -
zone 7 0,042 -0,672 -
I.8 Réglementation Algérienne
La mise en application de la loi 99.09 relative à la maîtrise de l’énergie dans le secteur
du bâtiment s’est concrétisée par la promulgation le 24 avril 2000 d’un décret exécutif
n°2000-90 portant réglementation thermique dans les bâtiments neufs. Celle-ci a pour objectif
l’introduction de l’efficacité énergétique dans les bâtiments neufs à usage d’habitation et
autres et dans les parties de constructions réalisées comme extension des bâtiments existants.
Les DTRC (Directives Thermique Réglementation C) initiés par le ministère de l’habitat et
mis en œuvre par le CNERIB (Centre National d’ Études et Recherches Intégrées du Bâtiment
crée par décret n° 85-235 du 25 Août 1985). Ces documents qui sont destinés uniquement aux
bâtiments à usage d’habitation, mentionnent entre autre les exigences réglementaires que
doivent satisfaire leurs enveloppes à savoir :
Le DTR.C 3-2 qui établit les règles de calcul des déperditions calorifiques d’hiver
pour les bâtiments à usage d’habitation.
Le DTR.C 3-4 relatif aux règles de calcul des apports calorifiques d’été pour les
bâtiments à usage d’habitation.
Le DTR.C 3-31 relatif à la ventilation naturelle des locaux à usage d’habitation.
Chapitre I Contexte Energétique
9
(Sakhraoui S, 2002).
I.9 Conclusion :
L’augmentation de la demande d’énergie est évaluable suivant diverses hypothèses, sa
répartition géographique connue et les sources énergétiques identifiées. Un ensemble de voies
est à explorer pour élaborer des solutions satisfaisantes à des degrés divers. Tous ces éléments
significatifs renforcent l’urgence de la mise en œuvre de la notion de développement durable
dans les activités humaines. La réflexion sur la maîtrise de l’énergie et sur la mise en œuvre
d’énergies nouvelles renouvelables doit en permanence.
Ce chapitre montre que l’Algérie doit faire face à plusieurs défis dans le futur. Elle
doit surtout repenser le problème de l’énergie dans sa globalité et prendre conscience de ses
possibilités d’économies d’énergie.
Chapitre
II
l’archetecture
et
le confort thermique
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
10
II.1Introduction:
Le confort thermique est défini comme un état de satisfaction vis-à-vis de
l’environnement thermique . Il est déterminé par l’équilibre dynamique établi par échange
thermique entre le corps et son environnement .
L’adaptation de l’habitat à l’égard du rayonnement solaire et des facteurs climatique
en général se faisait de manière naturelle, les villes sahariennes et méditerranéennes, les
villages chinois enfoncés dans le sol ont toujours étonné par leur fraîcheur [3].
L’architecture traditionnelle a apporté des solutions liées aux problèmes d’adaptation
climatique, mais actuellement l’architecture doit aussi répondre aux exigences de la vie
moderne. Les systèmes de refroidissement traditionnels doivent être révisés et améliorés pour
pouvoir répondre de manière adéquate aux exigences du confort thermique dans les
constructions actuelles dans les régions arides [1].
La maîtrise des consommations d’énergie dans les bâtiments repose, d’une part, sur
des actions comportementales qui relèvent principalement de l’information et de la formation
des acteurs et d’autre part, sur la mise en œuvre de techniques ou procédés spécifiques qui,
tout en préservant le service ou le confort rendu, visent à réduire les consommations d’énergie
de façon pérenne.
Dans ce chapitre, nous exposerons la relation entre le climat et l'architecture. Cette
partie est consacrée à la notion du confort dans le bâtiment, on traite les différents types du
confort dans le bâtiment hygrothermique, visuel et thermique et nous définissons les différents
facteurs qui contribuent au confort.
II.2.Relation: architecture-climat :
De tous temps,l’homme a essayé de tirer parti du climat pour gagner du confort
et économiser l’énergie dans son habitation . Aujourd’hui,des règles d’adaptation
l’environnement, à l’architecture et aux climats permettent d’allier une tradition millénaire
et des techniques de pointe.
De nos jours, les exigences du confort augmentent et se multiplient de plus en plus et
les concepteurs semblent avoir négligé la fonction d’adapter le bâtiment au climat et à la
maîtrise de l’environnement intérieur et extérieur. Ils ont confié le soin à la technologie de
créer un environnement artificiel.
En considérant l’architecture dans ce domaine comme une solution unique pour le
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
11
probleme de climatisation, celle-ci doit intervenir avec tous ses détails (forme ,matériaux ,
répartition des ouvertures) et ses structures intérieure . L’architecture doit être étudiée en
fonction du climat et s’adaptée à son environnement le plus proche en utilisant des
matériaux locaux pour réessire à climaté avec les elements suivants : la température, le vent,
l’humidité, et le rayonnement solaire….,etc[3].
II.3 Les éléments de climat:
II.3.1 La température de l’air:
C’est un paramètre qui a une influence prépondérante sur la quantité d’énergie
nécessaire pour maintenir par chauffage ou refroidissement une température d’air intérieure
plus confortable que celle de l’extérieur. Techniquement,la température est un caractère
thermodynamique de l’air déterminé par le taux d’échauffement et du refroidissement de la
surface de la terre, donc elle dépend du rayonnement du soleil qui chauffe la terre le jour et du
rayonnement nocturne qui la refroidit la nuit[4].
II.3.2L’humidité de l’air:
L’humidité atmosphérique représente la quantité de vapeur d’eau continue dans
l’atmosphère; cette quantité est le résultat de l’évaporation des surfaces des océans, des
surfaces humides, de végétation , des petites masses d’eau , les pluies tombent et à partir de
sources externes à son impact sur les bâtiments, ainsi que des taux d’humidité élevé (par les
institutions des murs ou sous le plancher)[4].
Figure II.1: l’effet de l’humidité dans le batiment.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
11
probleme de climatisation, celle-ci doit intervenir avec tous ses détails (forme ,matériaux ,
répartition des ouvertures) et ses structures intérieure . L’architecture doit être étudiée en
fonction du climat et s’adaptée à son environnement le plus proche en utilisant des
matériaux locaux pour réessire à climaté avec les elements suivants : la température, le vent,
l’humidité, et le rayonnement solaire….,etc[3].
II.3 Les éléments de climat:
II.3.1 La température de l’air:
C’est un paramètre qui a une influence prépondérante sur la quantité d’énergie
nécessaire pour maintenir par chauffage ou refroidissement une température d’air intérieure
plus confortable que celle de l’extérieur. Techniquement,la température est un caractère
thermodynamique de l’air déterminé par le taux d’échauffement et du refroidissement de la
surface de la terre, donc elle dépend du rayonnement du soleil qui chauffe la terre le jour et du
rayonnement nocturne qui la refroidit la nuit[4].
II.3.2L’humidité de l’air:
L’humidité atmosphérique représente la quantité de vapeur d’eau continue dans
l’atmosphère; cette quantité est le résultat de l’évaporation des surfaces des océans, des
surfaces humides, de végétation , des petites masses d’eau , les pluies tombent et à partir de
sources externes à son impact sur les bâtiments, ainsi que des taux d’humidité élevé (par les
institutions des murs ou sous le plancher)[4].
Figure II.1: l’effet de l’humidité dans le batiment.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
11
probleme de climatisation, celle-ci doit intervenir avec tous ses détails (forme ,matériaux ,
répartition des ouvertures) et ses structures intérieure . L’architecture doit être étudiée en
fonction du climat et s’adaptée à son environnement le plus proche en utilisant des
matériaux locaux pour réessire à climaté avec les elements suivants : la température, le vent,
l’humidité, et le rayonnement solaire….,etc[3].
II.3 Les éléments de climat:
II.3.1 La température de l’air:
C’est un paramètre qui a une influence prépondérante sur la quantité d’énergie
nécessaire pour maintenir par chauffage ou refroidissement une température d’air intérieure
plus confortable que celle de l’extérieur. Techniquement,la température est un caractère
thermodynamique de l’air déterminé par le taux d’échauffement et du refroidissement de la
surface de la terre, donc elle dépend du rayonnement du soleil qui chauffe la terre le jour et du
rayonnement nocturne qui la refroidit la nuit[4].
II.3.2L’humidité de l’air:
L’humidité atmosphérique représente la quantité de vapeur d’eau continue dans
l’atmosphère; cette quantité est le résultat de l’évaporation des surfaces des océans, des
surfaces humides, de végétation , des petites masses d’eau , les pluies tombent et à partir de
sources externes à son impact sur les bâtiments, ainsi que des taux d’humidité élevé (par les
institutions des murs ou sous le plancher)[4].
Figure II.1: l’effet de l’humidité dans le batiment.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
12
II.3.3 Le vent:
Le vent est un facteur climatique important dans la détermination des besoins en
énergie d’un bâtiment [5].
Il influence le taux d’infiltration d’air du bâtiment et une action souvent déterminante
dans les transferts de chaleur à la surface des parois des constructions, pour la ventilation des
locaux et sur la qualité des espaces extérieurs et intérieurs alors important de connaître ses
caractéristiques, sa vitesse moyenne, sa direction et son intensité, Augmentant ainsi leur
impact sur les toits des bâtiments [6].
II.3.4 L’inertie thermique:
L’inertie thermique d’un bâtiment est sa capacité à stocker et à restituer de la chaleur.
L’inertie thermique d’un espace dépend des caractéristiques des matériaux qui le
composent. Selon leur capacité thermique, leur diffusivité et leur effusivité, les parois auront
des comportements différents face au rayonnement solaire et à la chaleur. Les matériaux en
contact avec l’espace intérieur sont ceux qui auront le plus d’impact (accessibles aux
échanges de chaleur).
Combinée à une ventilation permettant la décharge thermique de la chaleur accumulée
dans le bâtiment, une inertie élevée permet d’éviter les surchauffes en été et d’atténuer les
chutes brusques de température en hiver [7].
Figure II.2 : Principe de l’inertie : capacité thermique, diffusivité , effusivité.
II.3.5 Rayonnement solaire:
L’intensité du rayonnement solaire, la couleur et l’orientation des parois sont des
paramètres importants. À propriétés égales (notamment la perméabilité à la vapeur et
l’absorption d’eau), on constate par exemple que plus une paroi est foncée et rugueuse, plus
vite elle se chauffe et plus vite elle sèche[7].
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
12
II.3.3 Le vent:
Le vent est un facteur climatique important dans la détermination des besoins en
énergie d’un bâtiment [5].
Il influence le taux d’infiltration d’air du bâtiment et une action souvent déterminante
dans les transferts de chaleur à la surface des parois des constructions, pour la ventilation des
locaux et sur la qualité des espaces extérieurs et intérieurs alors important de connaître ses
caractéristiques, sa vitesse moyenne, sa direction et son intensité, Augmentant ainsi leur
impact sur les toits des bâtiments [6].
II.3.4 L’inertie thermique:
L’inertie thermique d’un bâtiment est sa capacité à stocker et à restituer de la chaleur.
L’inertie thermique d’un espace dépend des caractéristiques des matériaux qui le
composent. Selon leur capacité thermique, leur diffusivité et leur effusivité, les parois auront
des comportements différents face au rayonnement solaire et à la chaleur. Les matériaux en
contact avec l’espace intérieur sont ceux qui auront le plus d’impact (accessibles aux
échanges de chaleur).
Combinée à une ventilation permettant la décharge thermique de la chaleur accumulée
dans le bâtiment, une inertie élevée permet d’éviter les surchauffes en été et d’atténuer les
chutes brusques de température en hiver [7].
Figure II.2 : Principe de l’inertie : capacité thermique, diffusivité , effusivité.
II.3.5 Rayonnement solaire:
L’intensité du rayonnement solaire, la couleur et l’orientation des parois sont des
paramètres importants. À propriétés égales (notamment la perméabilité à la vapeur et
l’absorption d’eau), on constate par exemple que plus une paroi est foncée et rugueuse, plus
vite elle se chauffe et plus vite elle sèche[7].
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
12
II.3.3 Le vent:
Le vent est un facteur climatique important dans la détermination des besoins en
énergie d’un bâtiment [5].
Il influence le taux d’infiltration d’air du bâtiment et une action souvent déterminante
dans les transferts de chaleur à la surface des parois des constructions, pour la ventilation des
locaux et sur la qualité des espaces extérieurs et intérieurs alors important de connaître ses
caractéristiques, sa vitesse moyenne, sa direction et son intensité, Augmentant ainsi leur
impact sur les toits des bâtiments [6].
II.3.4 L’inertie thermique:
L’inertie thermique d’un bâtiment est sa capacité à stocker et à restituer de la chaleur.
L’inertie thermique d’un espace dépend des caractéristiques des matériaux qui le
composent. Selon leur capacité thermique, leur diffusivité et leur effusivité, les parois auront
des comportements différents face au rayonnement solaire et à la chaleur. Les matériaux en
contact avec l’espace intérieur sont ceux qui auront le plus d’impact (accessibles aux
échanges de chaleur).
Combinée à une ventilation permettant la décharge thermique de la chaleur accumulée
dans le bâtiment, une inertie élevée permet d’éviter les surchauffes en été et d’atténuer les
chutes brusques de température en hiver [7].
Figure II.2 : Principe de l’inertie : capacité thermique, diffusivité , effusivité.
II.3.5 Rayonnement solaire:
L’intensité du rayonnement solaire, la couleur et l’orientation des parois sont des
paramètres importants. À propriétés égales (notamment la perméabilité à la vapeur et
l’absorption d’eau), on constate par exemple que plus une paroi est foncée et rugueuse, plus
vite elle se chauffe et plus vite elle sèche[7].
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
13
Figure II.3 : les coleur des paroi
La course du soleil n’est pas la même en fonction de la saison. Elle évolue entre deux
extrêmes aux solstices d’été et d’hiver.
L’été, on s’approche d’un 3/4 de tour avec un lever au Nord-est et un coucher au Nord-Ouest.
A son Zénith, le soleil y est très haut dans le ciel.
L’hiver, la course solaire se fait sur un quart de tour avec un angle zénithal très bas dans
l’horizon.
Le transfert de chaleur par rayonnement s'effectue sans aucun support matériel. Mais,
une fois émises par le soleil, le rayonnement atteint la surface des corps et subit suivant leurs
caractéristiques certaines transformations.
La densité du flux (W/m2) qui atteint une paroi (densité du flux incident), provient de
trois composantes: la composante directe, la composante diffuse et la composante réfléchie
[8].
II.4.Le confort:
Le confort est une notion étroitement liée à la sensation de bien‐être et qui ne possède
pas de définition absolue.
Au sens général du terme, le confort consiste en tout ce qui contribue, à la sensation
agréable procurée par la satisfaction des besoins physiques, l’absence de tensions
psychologiques.
Il existe divers conforts associés à chacun de nos sens: le confort visuel, le confort
acoustique, le confort olfactif et finalement le confort thermique [9].
II.4.1.Le confort visuel:
Un bon éclairage doit garantir à l’habitant qu’il p uiss exercer ses activités le plus
efficacement possible, en assurant son bien être et en lui apportant un certain agrément
visuel. L’environnement visuel doit per mettre de voir les objets nettement et sans fatigue
dans une ambiance colorée agréable.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
13
Figure II.3 : les coleur des paroi
La course du soleil n’est pas la même en fonction de la saison. Elle évolue entre deux
extrêmes aux solstices d’été et d’hiver.
L’été, on s’approche d’un 3/4 de tour avec un lever au Nord-est et un coucher au Nord-Ouest.
A son Zénith, le soleil y est très haut dans le ciel.
L’hiver, la course solaire se fait sur un quart de tour avec un angle zénithal très bas dans
l’horizon.
Le transfert de chaleur par rayonnement s'effectue sans aucun support matériel. Mais,
une fois émises par le soleil, le rayonnement atteint la surface des corps et subit suivant leurs
caractéristiques certaines transformations.
La densité du flux (W/m2) qui atteint une paroi (densité du flux incident), provient de
trois composantes: la composante directe, la composante diffuse et la composante réfléchie
[8].
II.4.Le confort:
Le confort est une notion étroitement liée à la sensation de bien‐être et qui ne possède
pas de définition absolue.
Au sens général du terme, le confort consiste en tout ce qui contribue, à la sensation
agréable procurée par la satisfaction des besoins physiques, l’absence de tensions
psychologiques.
Il existe divers conforts associés à chacun de nos sens: le confort visuel, le confort
acoustique, le confort olfactif et finalement le confort thermique [9].
II.4.1.Le confort visuel:
Un bon éclairage doit garantir à l’habitant qu’il p uiss exercer ses activités le plus
efficacement possible, en assurant son bien être et en lui apportant un certain agrément
visuel. L’environnement visuel doit per mettre de voir les objets nettement et sans fatigue
dans une ambiance colorée agréable.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
13
Figure II.3 : les coleur des paroi
La course du soleil n’est pas la même en fonction de la saison. Elle évolue entre deux
extrêmes aux solstices d’été et d’hiver.
L’été, on s’approche d’un 3/4 de tour avec un lever au Nord-est et un coucher au Nord-Ouest.
A son Zénith, le soleil y est très haut dans le ciel.
L’hiver, la course solaire se fait sur un quart de tour avec un angle zénithal très bas dans
l’horizon.
Le transfert de chaleur par rayonnement s'effectue sans aucun support matériel. Mais,
une fois émises par le soleil, le rayonnement atteint la surface des corps et subit suivant leurs
caractéristiques certaines transformations.
La densité du flux (W/m2) qui atteint une paroi (densité du flux incident), provient de
trois composantes: la composante directe, la composante diffuse et la composante réfléchie
[8].
II.4.Le confort:
Le confort est une notion étroitement liée à la sensation de bien‐être et qui ne possède
pas de définition absolue.
Au sens général du terme, le confort consiste en tout ce qui contribue, à la sensation
agréable procurée par la satisfaction des besoins physiques, l’absence de tensions
psychologiques.
Il existe divers conforts associés à chacun de nos sens: le confort visuel, le confort
acoustique, le confort olfactif et finalement le confort thermique [9].
II.4.1.Le confort visuel:
Un bon éclairage doit garantir à l’habitant qu’il p uiss exercer ses activités le plus
efficacement possible, en assurant son bien être et en lui apportant un certain agrément
visuel. L’environnement visuel doit per mettre de voir les objets nettement et sans fatigue
dans une ambiance colorée agréable.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
14
Le confort visuel peut se définir à partir des conditions d’ éclairage, naturel et/ou
artificiel, satisfaisantes pour permettre l’activité de l’usager. Cela implique un éclairement
lumineux suffisant, une absence d’éblouissement, ainsi qu’un bon rendu des couleurs [2].
Figure II.4 : Confort visuel.
II.4.2.Le confort acoustique:
Le confort acoustique peut être défini comme la sensation de gêne assurée par
l’environnement sonore d’un individu ou d’un groupe d’individus, dont les éléments sont:
l’intensité des sons, la propagation et les temps de réverbération, la durée, la nature et le
contexte (notion d’acceptabilité sociale des bruits).
La durée de réverbération est notée Tr. Elle est définie comme le temps en secondes
mis par un signal pour décroître de 60 dB. Les valeurs habituellement constatées vont de
quelques 1/10èmes à 2 secondes [1].
Figure II.5 : la source extérieurs et intérieurs de pollution.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
14
Le confort visuel peut se définir à partir des conditions d’ éclairage, naturel et/ou
artificiel, satisfaisantes pour permettre l’activité de l’usager. Cela implique un éclairement
lumineux suffisant, une absence d’éblouissement, ainsi qu’un bon rendu des couleurs [2].
Figure II.4 : Confort visuel.
II.4.2.Le confort acoustique:
Le confort acoustique peut être défini comme la sensation de gêne assurée par
l’environnement sonore d’un individu ou d’un groupe d’individus, dont les éléments sont:
l’intensité des sons, la propagation et les temps de réverbération, la durée, la nature et le
contexte (notion d’acceptabilité sociale des bruits).
La durée de réverbération est notée Tr. Elle est définie comme le temps en secondes
mis par un signal pour décroître de 60 dB. Les valeurs habituellement constatées vont de
quelques 1/10èmes à 2 secondes [1].
Figure II.5 : la source extérieurs et intérieurs de pollution.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
14
Le confort visuel peut se définir à partir des conditions d’ éclairage, naturel et/ou
artificiel, satisfaisantes pour permettre l’activité de l’usager. Cela implique un éclairement
lumineux suffisant, une absence d’éblouissement, ainsi qu’un bon rendu des couleurs [2].
Figure II.4 : Confort visuel.
II.4.2.Le confort acoustique:
Le confort acoustique peut être défini comme la sensation de gêne assurée par
l’environnement sonore d’un individu ou d’un groupe d’individus, dont les éléments sont:
l’intensité des sons, la propagation et les temps de réverbération, la durée, la nature et le
contexte (notion d’acceptabilité sociale des bruits).
La durée de réverbération est notée Tr. Elle est définie comme le temps en secondes
mis par un signal pour décroître de 60 dB. Les valeurs habituellement constatées vont de
quelques 1/10èmes à 2 secondes [1].
Figure II.5 : la source extérieurs et intérieurs de pollution.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
15
II.4.3.Le confort respiratoire:
La bonne qualité d’air intérieur traduit par la ventilation est importante pour les
processus métaboliques et pour l’hygiène de chacun. La ventilation et la réduction des
pollutions à la source sont les garantes d’une meilleure respiration et d’une meilleure santé
D’un point de vue pratique, la qualité de l’air à l’intérieur est déterminée par plusieurs
facteurs, la pollution intérieure et extérieure venant par les infiltrations, les activités de
l’homme et les matériaux de bâtiment [1].
II.4.2.Le confort thermique:
Le confort thermique a été défini comme étant la condition dans laquelle aucune
Contrainte significative n’est imposée aux mécanismes thermorégulateurs du corps humain.
Le confort thermique permet l’obtention de conditions optimales pour tous les
systèmes fonctionnels de l’organisme ainsi qu’un haut niveau de capacité’ de travail.
Dans sa définition, le confort thermique est considéré autant qu’une moyenne des
sensations physio-psychologiques perçue par un groupe d’individus soumis à un
environnement identique et ayant une même activité et un habillement semblable.
D’un point de vue physiologique, Givoni donne une définition plus exacte au confort
qui le rattache aux conditions sous lesquelles les mécanismes autorégulateurs du corps sont
dans un état d’activité minimum. Effectivement, s’il y a une diminution de la température
interne, l’organisme frissonne afin de tenter de rapprocher la température à la normale. Au
contraire, s’il y a une augmentation de la température interne, l’excès de chaleur va être
évacué par l’organisme en augmentant sa sudation [9].
II.5.Sensation et le confort:Le corps humain réagit par une interaction dynamique mobilisant un ensemble des
réactions rétroactives, qui permettent de contrôler les échanges thermiques avec
l’environnement. Selon l’intensité des échanges thermiques et des réactions avec le milieu, le
corps peu t éprouver une sensation de fraicheur ou de tiédeur.
L’étude du confort thermique doit être menée en considérant des différents aspects
physiques, physiologiques, et psychologiques [1].
II.5.1 L’aspect physiologique (la thermorégulation):
Le corps humain dispose d’un sens thermique grâce à des détecteurs nerveux. Ils
permettent de lui informer s’il a chaud ou froid en tout lieu de son corps. A chaque
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
16
changement de l’ambiance, le corps manifeste des dispositifs d’adaptation aux nouvelles
conditions. Le frissonnement, la transpiration et la sudation sont autant de stratégies
métaboliques. Elles assurent la régularisation de la température interne et la préservation du
confort thermique. Berger donne une définition objective du corps humain vis-à-vis des
phénomènes thermiques: « L’être humain est un homéotherme (sa température interne,
constante, voisine de 37°C) qui, pour assurer son activité et sa vie, fabrique des calories et de
l’eau. Il élimine celle-ci par les voies respiratoires ou cutanées. Lorsque son bilan thermique
(c’est-à-dire le rapport entre apports et déperditions) est positif, il a recours au processus de la
transpiration.Il doit donc évaporer l’eau amenée à la surface de la peau. ».
Alors pour garder un bilan thermique neutre, le corps humain doit évacuer vers l’ambiance
une quantité de chaleur égale à celle déjà gagnée. Le processus d’échange s’exprime par
conduction, convection, rayonnement et évaporation [10].
II.5.2 L’aspect physique (les échanges de chaleur):
Le maintien de la température interne du corps humain autour de37°C nécessite
unéquilibre thermique avec son environnement .Pour cela, la haleur produite à l’intérieur du
corps humain est véhiculée à sa surface cutanée doit être compensée par des déperditions de
chaleur dans l’environnement.Si la chaleur produite dans le corps dépasse celle perdue à
l’environnement, le corps se réchauffe, sa température interne s’élève et dans le inverse il se
refroidit avec un abaissement de sa température interne. [6]
I.5.3 L’aspect psychologique (sensation thermique):
L’aspect psychologique concerne la sensation et le comportement de l’individu dans
un environnement thermique. La sensation thermique correspond à l’aspect qualitatif et
quantitatif de la perception de l’état thermique personnel. Elle est liée aux messages sensoriels
des différents thermorécepteurs. Elle dépend uniquement de l’état thermique personnel et non
pas de l’environnement thermique. La sensation du froid dépend de la température cutanée, et
la sensation au chaud dépend de la température cutanée puis à celle interne [2].
II.6 Les paramètre effectuant du confort thermique:
La sensation de confor thermique est fonction de plusieurs paramètres : Les paramètres
physiques d’ambiance, au nombre de quatre, sont : la température de l’air, la température de
paroi (radiante), la vitesse de l’air, et l’humidité relative de l’air.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
17
Les paramètres liés ’individu, ils sont multiples, on recense notamment deux paramètres
principaux qui sont l’activité et la vêture de l’individu .
Les paramètres liés aux gains thermiques internes, gains générés dansl’espace par des
sources internes autres que le système de chauffage. (éclairages, appareils électriques,postes
informatiques…….) [6].
II.6.1 Les températures:
La température de l’air, ou température ambiante (Ta), est un paramètre essentiel du
confort thermique. Elle intervient dans l’évaluation du bilan thermique de l’individu au niveau
des échanges convectifs, conductifs et respiratoires . Dans un local, la température de l’air
n’est pas uniforme, des différences de températures d’air se présentent également en plan à
proximité des surfaces froides et des corps de chauffe .[6]
II.6.2 Humidité relative (HR%):
L’air contient de la vapeur d’eau. Le taux d’humidité (qui varie de 0 à 100%), mesure
la quantité d’eau. Plus la température augmente, plus l’air peut contenir de la vapeur d’eau: à
15°C, l’air contient 10g de la vapeur d’eau par kg d’air, alors qu’à 20°C, cette quantité passe à
15g. Entre 30 et 70%, l’humidité relative pèse peu sur la sensation de confort thermique. Nous
restons dans la zone de confort. Sous 20%, l’air est trop sec et au delà de 80%, trop humide
[2].
II.6.3 La vitesse de l’air (Va ,m/s):
La vitesse de l’air (et plus précisément la vitesse relative de l’air par rapport à
l’individu) est un paramètre à prendre en considération car elle influence les échanges de
chaleur par convection et augmente l’évaporation à la surface de la peau A l’intérieur des
bâtiments, on considère généralement que l’impact sur le confort des occupants est
négligeable tant que la vitesse de l’air ne dépasse pas 0,2 m/s [9] .
III.6.4 Le métabolisme:
L’activité est un paramètre essentiel pour la sensation thermique de l’individu,
définissant directement le métabolisme de l’individu, c’est-à-dire la quantité de chaleur
produite par le corps humain.
Dans le cas d’une très forte activité, elle peut être responsable de sensations
d’inconfort chaud, même en précise la condition météorologiques très favorable. Il est à
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
18
noter toutefois que, dans le cas d’une activité classique de bureau, les plages de variation du
métabolisme demeurent limitées [9].
II.6.5 L’habillement:
L’habillement représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la
surface de la peau et l’environnement.[9]
Il joue un rôle très important, dont la manière est ressentie les effets de ces échanges
qui se font suivant ces mécanismes suivants:
6.5.1 Effet dû à la conduction:
Il s’agit des échanges thermiques qui ont lieu quand le corps est en contact avec une
surface (chaise, fauteuil, canapé, lit) .Ces échanges sont limités en importances.
II.6.5.2 Effet dû à la convection:
il s’agit des échanges de chaleur liés au mouvement de l’air autour du corps. Ils sont
d’autant plus intenses lors que la vitesse de l’air est importante et que l’écart de température
entre l’air et le corps est grand.
II.6.5. 3 Effet dû à la radiation:
il s’agit des échanges de rayonnement infrarouge avec les parois qui peuvent être
froides ou chaudes. La température de rayonnement correspond à la température des
surfaces avec lesquelles le corps humain échange de la chaleur. Le flux radiatif dépend de
la constante de Stefan-Boltzmann, de l’émissivité des corps, des différences des puissances de
températures des surfaces et des facteurs de forme.
II.6.5.4 Effet dû à l’humidité:
Il s’agit d’échange par déperdition calorique évaporatoire au niveau cutané et aux
surfaces mouillées (lèvres, yeux, voies respiratoires). l’humidité n’a pas beaucoup d’impact
sur les échanges thermique [1].
Figure II.6 : Interaction thermique entre le corps humain et son environnement.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
18
noter toutefois que, dans le cas d’une activité classique de bureau, les plages de variation du
métabolisme demeurent limitées [9].
II.6.5 L’habillement:
L’habillement représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la
surface de la peau et l’environnement.[9]
Il joue un rôle très important, dont la manière est ressentie les effets de ces échanges
qui se font suivant ces mécanismes suivants:
6.5.1 Effet dû à la conduction:
Il s’agit des échanges thermiques qui ont lieu quand le corps est en contact avec une
surface (chaise, fauteuil, canapé, lit) .Ces échanges sont limités en importances.
II.6.5.2 Effet dû à la convection:
il s’agit des échanges de chaleur liés au mouvement de l’air autour du corps. Ils sont
d’autant plus intenses lors que la vitesse de l’air est importante et que l’écart de température
entre l’air et le corps est grand.
II.6.5. 3 Effet dû à la radiation:
il s’agit des échanges de rayonnement infrarouge avec les parois qui peuvent être
froides ou chaudes. La température de rayonnement correspond à la température des
surfaces avec lesquelles le corps humain échange de la chaleur. Le flux radiatif dépend de
la constante de Stefan-Boltzmann, de l’émissivité des corps, des différences des puissances de
températures des surfaces et des facteurs de forme.
II.6.5.4 Effet dû à l’humidité:
Il s’agit d’échange par déperdition calorique évaporatoire au niveau cutané et aux
surfaces mouillées (lèvres, yeux, voies respiratoires). l’humidité n’a pas beaucoup d’impact
sur les échanges thermique [1].
Figure II.6 : Interaction thermique entre le corps humain et son environnement.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
18
noter toutefois que, dans le cas d’une activité classique de bureau, les plages de variation du
métabolisme demeurent limitées [9].
II.6.5 L’habillement:
L’habillement représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la
surface de la peau et l’environnement.[9]
Il joue un rôle très important, dont la manière est ressentie les effets de ces échanges
qui se font suivant ces mécanismes suivants:
6.5.1 Effet dû à la conduction:
Il s’agit des échanges thermiques qui ont lieu quand le corps est en contact avec une
surface (chaise, fauteuil, canapé, lit) .Ces échanges sont limités en importances.
II.6.5.2 Effet dû à la convection:
il s’agit des échanges de chaleur liés au mouvement de l’air autour du corps. Ils sont
d’autant plus intenses lors que la vitesse de l’air est importante et que l’écart de température
entre l’air et le corps est grand.
II.6.5. 3 Effet dû à la radiation:
il s’agit des échanges de rayonnement infrarouge avec les parois qui peuvent être
froides ou chaudes. La température de rayonnement correspond à la température des
surfaces avec lesquelles le corps humain échange de la chaleur. Le flux radiatif dépend de
la constante de Stefan-Boltzmann, de l’émissivité des corps, des différences des puissances de
températures des surfaces et des facteurs de forme.
II.6.5.4 Effet dû à l’humidité:
Il s’agit d’échange par déperdition calorique évaporatoire au niveau cutané et aux
surfaces mouillées (lèvres, yeux, voies respiratoires). l’humidité n’a pas beaucoup d’impact
sur les échanges thermique [1].
Figure II.6 : Interaction thermique entre le corps humain et son environnement.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
19
II.7. Données climatiques et le confort :
Le climat est l’ensemble des circonstances atmosphériques propres à une région du
globe, il exprime les conditions dominantes, et se détermine par déférentes éléments, leurs
combinaisons et leurs interactions. Lorsqu’on considère le confort humain et l’habitat, les
éléments climatiques principaux sont: Le rayonnement solaire, la température, l’humidité, les
précipitations et le vent [1].
La terre connaît cinq grands types de climats classés selon la température et
l’humidité: climat tropical, climat sec, climat tempéré chaud, climat tempéré froid et climat
froid. Cette classification peut encore être affinée par les caractéristiques géographiques
comme la proximité des océans, l’altitude e les forêts .
II.7.1 Classification du climat en Algérie:
L’Algérie occupe une vaste étendue territoriale, sa superficie est de 2.381. 741 Km2.
Plus de 4/5 de sa superficie est désertique. D’où une large variété géographique et climatique
allant du littoral au désert. La classification climatique en Algérie permet de distinguer quatre
zones principales Figure II.7.
Zone A : Littoral mari
Zone B : Arrière littoral montagne
Zone C : Hauts plateaux
Zone D : Pré - saharien et saharien
Figure II.7: Classification du climat en Algérie
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
19
II.7. Données climatiques et le confort :
Le climat est l’ensemble des circonstances atmosphériques propres à une région du
globe, il exprime les conditions dominantes, et se détermine par déférentes éléments, leurs
combinaisons et leurs interactions. Lorsqu’on considère le confort humain et l’habitat, les
éléments climatiques principaux sont: Le rayonnement solaire, la température, l’humidité, les
précipitations et le vent [1].
La terre connaît cinq grands types de climats classés selon la température et
l’humidité: climat tropical, climat sec, climat tempéré chaud, climat tempéré froid et climat
froid. Cette classification peut encore être affinée par les caractéristiques géographiques
comme la proximité des océans, l’altitude e les forêts .
II.7.1 Classification du climat en Algérie:
L’Algérie occupe une vaste étendue territoriale, sa superficie est de 2.381. 741 Km2.
Plus de 4/5 de sa superficie est désertique. D’où une large variété géographique et climatique
allant du littoral au désert. La classification climatique en Algérie permet de distinguer quatre
zones principales Figure II.7.
Zone A : Littoral mari
Zone B : Arrière littoral montagne
Zone C : Hauts plateaux
Zone D : Pré - saharien et saharien
Figure II.7: Classification du climat en Algérie
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
19
II.7. Données climatiques et le confort :
Le climat est l’ensemble des circonstances atmosphériques propres à une région du
globe, il exprime les conditions dominantes, et se détermine par déférentes éléments, leurs
combinaisons et leurs interactions. Lorsqu’on considère le confort humain et l’habitat, les
éléments climatiques principaux sont: Le rayonnement solaire, la température, l’humidité, les
précipitations et le vent [1].
La terre connaît cinq grands types de climats classés selon la température et
l’humidité: climat tropical, climat sec, climat tempéré chaud, climat tempéré froid et climat
froid. Cette classification peut encore être affinée par les caractéristiques géographiques
comme la proximité des océans, l’altitude e les forêts .
II.7.1 Classification du climat en Algérie:
L’Algérie occupe une vaste étendue territoriale, sa superficie est de 2.381. 741 Km2.
Plus de 4/5 de sa superficie est désertique. D’où une large variété géographique et climatique
allant du littoral au désert. La classification climatique en Algérie permet de distinguer quatre
zones principales Figure II.7.
Zone A : Littoral mari
Zone B : Arrière littoral montagne
Zone C : Hauts plateaux
Zone D : Pré - saharien et saharien
Figure II.7: Classification du climat en Algérie
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
20
II.7.2 Climat de la région d’Ouargla:
La wilaya de Ouargla est caractérisée par un climat saharien , avec une pluviométrie
très réduite , des températures élevées et par une faiblesse de la vie biologique de
l’écosystème . [1]
Les températures moyennes mensuelles enregistrées au mois le plus chaud (juillet)
sont de 35.95°C. Alors que celles du mois le plus froid (janvier) sont de 11.94C.
Les précipitations sont rares et irrégulières et varient entre 0. mm et 9.10 mm par ans.
Le Sirocco (vent chaud et sec) peut être observé à toute époque de l’année , avec une
vitesse pouvant atteindre 72.2m/s.
L’humidité relative enregistre des taux tournant de 40 à100 %.[11]
5.10
28.20
11.94
35.95
18.77
43.71
0
10
20
30
40
50
T moy min[c°]
T moy [c°]
T moymax[c°]
0.002.004.006.008.00
10.00JAN
Fév
Mar
Avr
Mai
Jui
Juil
Aou
Sep
Oct
Nov
Déc
précipitation[ mm]
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
JAN
Fév M
…Av
rM
ai Jui
Juil A…
Sep
Oct N
…Dé
c
insolation en heure
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
21
Figure II.8 : Interprétation des données climatiques de la région d’Ouargla (2004-2014)
(D’après ONM, et réadapté par l’auteur)
II.8 Architecture traditionnelle :
L’architecture traditionnelle signifie l’ensemble des constructions produites par une
communauté pour lui servir d’habitat. Elle reflète les aspirations, les désirs et le mode de
vie du groupe. L’obligation de simplicité et la faiblesse des moyens ont donné naissance à un
habitat bien intégré à son environnement, qui répondait aux besoins des populations mais
L’aboutissement à un résultat qui satisfait aux exigences climatiques, économiques, sociales,
fonctionnelles, culturelles, à un moment donné, ne signifie nullement que ce résultat
restera figé à jamais . [10]
Il existe quatre catégories de matériaux utilise pour les constructions traditionnelles :
la terre, la roche, les végétaux, et les matériaux d’origine animale . [1]
II.8. 1 L’habitat traditionnelle on Algérie:
II.8. 1.1 Ksour (tissu compact):
Ksar est un mot arabe passé en français comme pluriel de ksour pour designer les
constructions fortifiées du Maghreb et du Sahara.
Le type de l’habitat compact est le type le plus fréquent dans les villes maghrébines
comme le cas de l’habitat des Casbahs et des Ksour en Algérie , La f orme urbaine de ce type
d’habitat est très adaptée aux conditions climatiques sahariennes le ksar reste la forme la
mieux adaptée au climat saharien. Le tissu urbain se présente sous forme d’un modèle
020406080
100120140160180200
JAN
Fév
Mar Av
rM
ai Jui
Juil
Aou
Sep
Oct
Nov Dé
c
H moy min (%) H moy (%)H moy max(%)
-10.020.030.040.050.060.070.080.0
JAN
Fév
Mar Av
rM
ai Jui
Juil
Aou
Sep
Oct
Nov Dé
c
Vitess moyenne du vent (m/S)
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
22
horizontal, dense et compact, ayant un double effet: la protection du rayonnement solaire
intense de l’été, et les vents dominants chauds et froids [1].
II.8. 1.2. Le ksar de Ouargla:
Un ksar vivant et très actif A son origine, le ksar est une forteresse, ne laissant
émerger au-dessus de ses terrasses que les minarets jumeaux des mosquées et les cimes de
quelques palmiers jaillissant des cours [17].
Le ksar de Ouargla couvre 30 ha intra-muros Le boulevard qui l’entoure occupe le
site des anciens fossés, comblés en 1881, lors d’une touiza, Ce fossé, non drainé et
pestilentiel, était le siège de prolifération des anophèles, le paludisme infesta l'oasis jusqu'au
milieu du XXe siècle. Le boulevard marque les limites du ksar dont les contours sont,
vaguement, circulaires. Il regroupe les trois quartiers de Beni Sissine, Ben Brahim et Beni
Ouagguine, dont la trame foncière est prolongée par le parcellaire de palmeraie. Le plan du
ksar est original, Ouargla n'est pas une cité circulaire radioconcentrique. Bien que la place du
marché se situe Pour une lecture urbaine du Bas-Sahara: du ksar à la ville288 au centre de la
ville, celle-ci n’a pas été bâtie autour d'elle. Sa construction semble postérieure à l'ensemble
du réseau urbain, comme l'est la Casbah, construite au début du XVIle siècle [17].
La place du marché correspond, par sa position, au centre de la cité, au point de
convergence des rues principales du ksar et de la palmeraie, notamment, des quartiers Beni
Brahim et Beni Ouagguine. De plan carré, entouré de maisons qui abritaient les boutiques du
Souk, ces artères furent supprimées, au début du XXe siècle, pour agrandir la place et
assurer la liaison directe avec la Casbah [17].
Le quartier Beni Brahim est plus étendu et complexe, car le gros des équipements se trouve
sur son territoire: le Vieux Marché, les deux grandes mosquées, Lalla Malkiya (rite malékite)
et Lalla Azza (rite ibadite), ainsi que la mosquée Abou Zakariya (1230). Beni Ouagguine est
le seul à abriter de grands jardins. Alors que Beni Sissine semble le moins bien structuré, à
priori, Il a été tronqué à Centre de l'Ouest par les destructions de 1872. Il s'ordonne autour de
deux grandes rues parallèles.
Dans tous les quartiers, les membres de chaque clan occupent un pâté de maisons
desservi par des impasses où des rues le relient aux autres clans. Plusieurs clans siègent dans
la djemaa dont les membres représentent la djemaa de tribu. Ainsi le plan du ksar est-il
commandé, autant par sa structure sociale traditionnelle que par les étapes de sa croissance
[17].
Le ksar a changé depuis. Ce tissu, aux limites de saturation (335hab/ha), s’est encore
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
23
densifié, ses rues se couvrent de pièces, les places sont rognées, peu à peu, et les jardins
intérieurs construits pour gagner le plus d'espace possible.
Figure II.9: le ksour de Ouargla
II.9. L’habitat actuelle en Algérie :
II.9.1 Définition de l’habitat :
L’habitat est un élément essentiel du cadre de vie qui doit tenir compte des besoins
sociaux fondamentaux, constitue pour l’individu, pour une famille, et pour la collectivité. Il
est un axe autour duquel le développement social, économique et politique du pays peut
trouver un dynamisme nouveau. En géographie humaine, l’habitat désigne le mode
d’occupation de l’espace par l’homme pour des fonctions de logement. On parle ainsi
d’habitat groupé, d’habitat dispersé et, par extension l’ensemble des conditions de logement .
II.9.2 Classification de l’habitat en Algérie :
On distingue deux types d’habitat individuel et collectif:
L’habitat individuel est une forme d'habitat où ne réside qu'une seule famille, située
dans un espace privatif; cet espace est constitué par une parcelle de terrain comprenant des
prolongements naturels tels que les cours et jardins.par opposition à l'habitat collectif
comportant plusieurs logements dans un même bâtiment. Caractérisé par la maison
individuelle ou pavillon, l'habitat individuel tend à se développer par rapport à l'habitat
collectif, même si celui ci reste majoritaire en milieu urbain .Par rapport à l'habitat collectif,
c'est un mode d'habitat très consommateur d'espace, qui entraîne un coût plus important en
infrastructures et équipements, l'accroissement du «mitage» des paysages, ainsi qu'une
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
24
circulation automobile plus dense [19].
II.9.2.1 Caractéristique de l’habitat collective:
Chaud en hiver en raison du manque d'espace.
Une mauvaise ventilation de la main.
l’auteur offre la possibilité de logements multifamiliaux dans l'espace étroit.
II.9.2.2 Caractéristique de l’habitat individuelle:
Disponible sur une bonne ventilation en raison de la vaste zone.
La possibilité d'un changement à l'avant de la maison.
La possibilité d'une exploitation dans le domaine du reboisement.
II.9.2.3 Espaces extérieurs:
Les espaces extérieurs sont restés à leur état initial tel que livré par le promoteur.
Aucune initiative n’est venue de la part des habitants pour le traitement ou la plantation de
nouveaux arbres. L’éclairage extérieur est en état de marche et assure une certaine sécurité.
Figure I.10 : l’espace extérieur de l'habitat(Batna)
II.9.2.4 Les façades :
Ce qui peut être remarqué aussi les habitants essayent toujours, de jouer sur
l'esthétique de la façade, la richesse de son ornementation. L'investissement dans les façades
se renforce et se développe dans les habitations individuelles. Il s'agit bien d'une recherche de
distinction, de couleurs, qui se fait par imitation tout en essayant de reprendre certains
éléments et références des villas voisines. Les hauteurs des différentes constructions, (plus
hautes que celle du voisin), est un autre élément essentiel dans des habitants.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
24
circulation automobile plus dense [19].
II.9.2.1 Caractéristique de l’habitat collective:
Chaud en hiver en raison du manque d'espace.
Une mauvaise ventilation de la main.
l’auteur offre la possibilité de logements multifamiliaux dans l'espace étroit.
II.9.2.2 Caractéristique de l’habitat individuelle:
Disponible sur une bonne ventilation en raison de la vaste zone.
La possibilité d'un changement à l'avant de la maison.
La possibilité d'une exploitation dans le domaine du reboisement.
II.9.2.3 Espaces extérieurs:
Les espaces extérieurs sont restés à leur état initial tel que livré par le promoteur.
Aucune initiative n’est venue de la part des habitants pour le traitement ou la plantation de
nouveaux arbres. L’éclairage extérieur est en état de marche et assure une certaine sécurité.
Figure I.10 : l’espace extérieur de l'habitat(Batna)
II.9.2.4 Les façades :
Ce qui peut être remarqué aussi les habitants essayent toujours, de jouer sur
l'esthétique de la façade, la richesse de son ornementation. L'investissement dans les façades
se renforce et se développe dans les habitations individuelles. Il s'agit bien d'une recherche de
distinction, de couleurs, qui se fait par imitation tout en essayant de reprendre certains
éléments et références des villas voisines. Les hauteurs des différentes constructions, (plus
hautes que celle du voisin), est un autre élément essentiel dans des habitants.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
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circulation automobile plus dense [19].
II.9.2.1 Caractéristique de l’habitat collective:
Chaud en hiver en raison du manque d'espace.
Une mauvaise ventilation de la main.
l’auteur offre la possibilité de logements multifamiliaux dans l'espace étroit.
II.9.2.2 Caractéristique de l’habitat individuelle:
Disponible sur une bonne ventilation en raison de la vaste zone.
La possibilité d'un changement à l'avant de la maison.
La possibilité d'une exploitation dans le domaine du reboisement.
II.9.2.3 Espaces extérieurs:
Les espaces extérieurs sont restés à leur état initial tel que livré par le promoteur.
Aucune initiative n’est venue de la part des habitants pour le traitement ou la plantation de
nouveaux arbres. L’éclairage extérieur est en état de marche et assure une certaine sécurité.
Figure I.10 : l’espace extérieur de l'habitat(Batna)
II.9.2.4 Les façades :
Ce qui peut être remarqué aussi les habitants essayent toujours, de jouer sur
l'esthétique de la façade, la richesse de son ornementation. L'investissement dans les façades
se renforce et se développe dans les habitations individuelles. Il s'agit bien d'une recherche de
distinction, de couleurs, qui se fait par imitation tout en essayant de reprendre certains
éléments et références des villas voisines. Les hauteurs des différentes constructions, (plus
hautes que celle du voisin), est un autre élément essentiel dans des habitants.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
25
Figure II.11 : la façade de l’habitat individuelle(Batna)
Les façades présentent un traitement simple particulier qui se détache par rapport aux
autres îlots, il procure le sentiment d’identification aux occupants de l’unité d’habitation qui
n’ont plus à s’identifier à un numéro mais à un aspect, à un reflet ou simplement à un
traitement particulier.
Les façades tiennent compte des orientations des chambres et du niveau
d’ensoleillement et de la protection des vents dominants.
II.10. Technique et solution climatique:
Si l’on désire optimiser le confort tout en minimisant la consommation d’énergie, il est
nécessaire de comprendre technique de connaître leur importance application traversant
l’habitat actuelle et de quelque chose technique naturel et artificiel exemple la végétation, La
cheminée solaire……etc.
II.10.1 Les surfaces vitrées:
Il est la protection, composée d’une toile enroulable ou d’un store vénitien, est
intégrée dans l’espace entre les deux vitres d’un double vitrage [16].
La baie vitrée constitue la solution la plus simple et la mieux connue. Lorsque
l’énergie lumineuse arrive sur un vitrage, une part est réfléchie, une part absorbée et une part
est transmise à travers celui-ci. La part réfléchie dépend de l’angle d’incidence de la vitre. Au
delà d’une inclinaison de 50°, cette part augmente jusqu’à ce que la lumière soit totalement
réfléchie pour une inclinaison de 90°. Cette propriété est intéressante, car comme l’angle
d’incidence du soleil est plus grand en été, sa position étant plus haute dans le ciel, un rayon
solaire à midi sur une façade sud ne pénétrer que très peu dans la maison. La part qui est
absorbée dépend du type de verre [14]
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
25
Figure II.11 : la façade de l’habitat individuelle(Batna)
Les façades présentent un traitement simple particulier qui se détache par rapport aux
autres îlots, il procure le sentiment d’identification aux occupants de l’unité d’habitation qui
n’ont plus à s’identifier à un numéro mais à un aspect, à un reflet ou simplement à un
traitement particulier.
Les façades tiennent compte des orientations des chambres et du niveau
d’ensoleillement et de la protection des vents dominants.
II.10. Technique et solution climatique:
Si l’on désire optimiser le confort tout en minimisant la consommation d’énergie, il est
nécessaire de comprendre technique de connaître leur importance application traversant
l’habitat actuelle et de quelque chose technique naturel et artificiel exemple la végétation, La
cheminée solaire……etc.
II.10.1 Les surfaces vitrées:
Il est la protection, composée d’une toile enroulable ou d’un store vénitien, est
intégrée dans l’espace entre les deux vitres d’un double vitrage [16].
La baie vitrée constitue la solution la plus simple et la mieux connue. Lorsque
l’énergie lumineuse arrive sur un vitrage, une part est réfléchie, une part absorbée et une part
est transmise à travers celui-ci. La part réfléchie dépend de l’angle d’incidence de la vitre. Au
delà d’une inclinaison de 50°, cette part augmente jusqu’à ce que la lumière soit totalement
réfléchie pour une inclinaison de 90°. Cette propriété est intéressante, car comme l’angle
d’incidence du soleil est plus grand en été, sa position étant plus haute dans le ciel, un rayon
solaire à midi sur une façade sud ne pénétrer que très peu dans la maison. La part qui est
absorbée dépend du type de verre [14]
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
25
Figure II.11 : la façade de l’habitat individuelle(Batna)
Les façades présentent un traitement simple particulier qui se détache par rapport aux
autres îlots, il procure le sentiment d’identification aux occupants de l’unité d’habitation qui
n’ont plus à s’identifier à un numéro mais à un aspect, à un reflet ou simplement à un
traitement particulier.
Les façades tiennent compte des orientations des chambres et du niveau
d’ensoleillement et de la protection des vents dominants.
II.10. Technique et solution climatique:
Si l’on désire optimiser le confort tout en minimisant la consommation d’énergie, il est
nécessaire de comprendre technique de connaître leur importance application traversant
l’habitat actuelle et de quelque chose technique naturel et artificiel exemple la végétation, La
cheminée solaire……etc.
II.10.1 Les surfaces vitrées:
Il est la protection, composée d’une toile enroulable ou d’un store vénitien, est
intégrée dans l’espace entre les deux vitres d’un double vitrage [16].
La baie vitrée constitue la solution la plus simple et la mieux connue. Lorsque
l’énergie lumineuse arrive sur un vitrage, une part est réfléchie, une part absorbée et une part
est transmise à travers celui-ci. La part réfléchie dépend de l’angle d’incidence de la vitre. Au
delà d’une inclinaison de 50°, cette part augmente jusqu’à ce que la lumière soit totalement
réfléchie pour une inclinaison de 90°. Cette propriété est intéressante, car comme l’angle
d’incidence du soleil est plus grand en été, sa position étant plus haute dans le ciel, un rayon
solaire à midi sur une façade sud ne pénétrer que très peu dans la maison. La part qui est
absorbée dépend du type de verre [14]
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
26
Figure II.12: les types de surface vitre.
II.10.2 La véranda :
Sa réalisation doit être prise en compte dès la conception de la maison. Elle doit être
orientée au sud pour être efficace afin de ne pas engendrer de surchauffe en été. Elle forme un
espace tampon qui a pour fonctions de capter la chaleur, de la piéger et de la distribuer en
hiver. Elle participe activement au confort d’hiver et réduit les consommations d’énergie liées
au chauffage [14].
En hiver, le rayonnement solaire est capté par la surface vitrée, l’air de la véranda est alors
réchauffé et sa température devient supérieure à celle de la maison. Par ouverture des fenêtres
ou des portes reliant l’intérieur et la véranda, un courant d’air est créé et réchauffe au fur et à
mesure l’air de la maison par convection. Les murs entre la maison et la véranda jouent
également un rôle d’accumulateurs de chaleur et la restituent en différé. Ces murs doivent être
plein et épais afin d’avoir une capacité thermique suffisante [14]
En été, des protections solaires limitent l’exposition et évitent les surchauffes. Les ouvertures
entre la véranda et l’extérieur permettent également un tirage qui la rafraîchit pendant la nuit.
Il est préconisé que 25 % de la surface vitrée puisse s’ouvrir pour un rafraîchissement
efficace la nuit . [14]
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
26
Figure II.12: les types de surface vitre.
II.10.2 La véranda :
Sa réalisation doit être prise en compte dès la conception de la maison. Elle doit être
orientée au sud pour être efficace afin de ne pas engendrer de surchauffe en été. Elle forme un
espace tampon qui a pour fonctions de capter la chaleur, de la piéger et de la distribuer en
hiver. Elle participe activement au confort d’hiver et réduit les consommations d’énergie liées
au chauffage [14].
En hiver, le rayonnement solaire est capté par la surface vitrée, l’air de la véranda est alors
réchauffé et sa température devient supérieure à celle de la maison. Par ouverture des fenêtres
ou des portes reliant l’intérieur et la véranda, un courant d’air est créé et réchauffe au fur et à
mesure l’air de la maison par convection. Les murs entre la maison et la véranda jouent
également un rôle d’accumulateurs de chaleur et la restituent en différé. Ces murs doivent être
plein et épais afin d’avoir une capacité thermique suffisante [14]
En été, des protections solaires limitent l’exposition et évitent les surchauffes. Les ouvertures
entre la véranda et l’extérieur permettent également un tirage qui la rafraîchit pendant la nuit.
Il est préconisé que 25 % de la surface vitrée puisse s’ouvrir pour un rafraîchissement
efficace la nuit . [14]
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
26
Figure II.12: les types de surface vitre.
II.10.2 La véranda :
Sa réalisation doit être prise en compte dès la conception de la maison. Elle doit être
orientée au sud pour être efficace afin de ne pas engendrer de surchauffe en été. Elle forme un
espace tampon qui a pour fonctions de capter la chaleur, de la piéger et de la distribuer en
hiver. Elle participe activement au confort d’hiver et réduit les consommations d’énergie liées
au chauffage [14].
En hiver, le rayonnement solaire est capté par la surface vitrée, l’air de la véranda est alors
réchauffé et sa température devient supérieure à celle de la maison. Par ouverture des fenêtres
ou des portes reliant l’intérieur et la véranda, un courant d’air est créé et réchauffe au fur et à
mesure l’air de la maison par convection. Les murs entre la maison et la véranda jouent
également un rôle d’accumulateurs de chaleur et la restituent en différé. Ces murs doivent être
plein et épais afin d’avoir une capacité thermique suffisante [14]
En été, des protections solaires limitent l’exposition et évitent les surchauffes. Les ouvertures
entre la véranda et l’extérieur permettent également un tirage qui la rafraîchit pendant la nuit.
Il est préconisé que 25 % de la surface vitrée puisse s’ouvrir pour un rafraîchissement
efficace la nuit . [14]
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
27
Figure II.13 : la position de véranda
II.10.3 La végétation:
La végétation joue un rôle sur l’ensoleillement en tant qu’obstacle, qui peut être
bénéfique en été et être sans effet en hiver, grâce à la chute des feuilles. Quand la végétation
est dense, elle peut absorber une quantité de rayonnement solaire, rafraichir la surface du sol
et réduire la turbulence de l’air dans les couches inférieures; la nuit, les feuillages diminuent
le rayonnement du sol et donc la chute des températures. En été, l’air au niveau du sol est
aussi refroidi par la respiration de la végétation. Les feuilles des arbres agissent comme des
filtres contre la pollution de l’air par particules solides [15].
Figure II.14: Les différents effets de la végétation.
II.10.4 Puits provençal:
Le puits provençal est un système de rafraîchissement méconnu hérité des romains qui
peut réduire la température de 5 à 10 °C dans la maison, les jours de chaleur. Le principe du
puits canadien « provençal » est d’une grande simplicité; il repose sur le fait que dans le sol,
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
27
Figure II.13 : la position de véranda
II.10.3 La végétation:
La végétation joue un rôle sur l’ensoleillement en tant qu’obstacle, qui peut être
bénéfique en été et être sans effet en hiver, grâce à la chute des feuilles. Quand la végétation
est dense, elle peut absorber une quantité de rayonnement solaire, rafraichir la surface du sol
et réduire la turbulence de l’air dans les couches inférieures; la nuit, les feuillages diminuent
le rayonnement du sol et donc la chute des températures. En été, l’air au niveau du sol est
aussi refroidi par la respiration de la végétation. Les feuilles des arbres agissent comme des
filtres contre la pollution de l’air par particules solides [15].
Figure II.14: Les différents effets de la végétation.
II.10.4 Puits provençal:
Le puits provençal est un système de rafraîchissement méconnu hérité des romains qui
peut réduire la température de 5 à 10 °C dans la maison, les jours de chaleur. Le principe du
puits canadien « provençal » est d’une grande simplicité; il repose sur le fait que dans le sol,
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
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Figure II.13 : la position de véranda
II.10.3 La végétation:
La végétation joue un rôle sur l’ensoleillement en tant qu’obstacle, qui peut être
bénéfique en été et être sans effet en hiver, grâce à la chute des feuilles. Quand la végétation
est dense, elle peut absorber une quantité de rayonnement solaire, rafraichir la surface du sol
et réduire la turbulence de l’air dans les couches inférieures; la nuit, les feuillages diminuent
le rayonnement du sol et donc la chute des températures. En été, l’air au niveau du sol est
aussi refroidi par la respiration de la végétation. Les feuilles des arbres agissent comme des
filtres contre la pollution de l’air par particules solides [15].
Figure II.14: Les différents effets de la végétation.
II.10.4 Puits provençal:
Le puits provençal est un système de rafraîchissement méconnu hérité des romains qui
peut réduire la température de 5 à 10 °C dans la maison, les jours de chaleur. Le principe du
puits canadien « provençal » est d’une grande simplicité; il repose sur le fait que dans le sol,
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
28
vers deux mètres de profondeur, la température ne varie que de quelques degrés au cours de
l’année et généralement proche de 14°c. En été, elle est donc très inférieure à celle de l’air
extérieur; il suffit donc, défaire cheminer l’air extérieur (30 à 100 mètres) dans un tuyau d’au
moins 20 cm enterré à environ deux mètres de profondeur pour qu’il se refroidisse avant
d’être envoyé dans la maison. Il est inspiré dans ce tuyau par un ventilateur avant de pénétrer
dans les locaux à rafraîchir. Ce parcours souterrain suffit à lui faire perdre environ 5 à 10°C
[3].
Figure II.15 : Puits provençal ou canadien ,
II.10.5 La ventilation:
Ventilation est l’introduction intentionnelle d’air extérieur dans un espace
[1].Ventilation est principalement utilisée pour contrôler l’intérieure qualité de l’air par
dilution et le déplacement de polluants intérieurs. il peut également être utilisé à des fins de
confort thermique ou déshumidification lorsque l’introduction de l’air extérieur contribuera à
la réalisation des conditions psychrométriques intérieure désirée. L’introduction intentionnelle
d’air extérieur peut être classée comme une ventilation mécanique ou une ventilation
naturelle.
II.10.5.1 La ventilation mécanique:
La ventilation mécanique consiste à recourir à des systèmes mécaniques pour apporter
et extraire l’air des bâtiments. Elle permet de affranchir des conditions climatiques [2].
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
28
vers deux mètres de profondeur, la température ne varie que de quelques degrés au cours de
l’année et généralement proche de 14°c. En été, elle est donc très inférieure à celle de l’air
extérieur; il suffit donc, défaire cheminer l’air extérieur (30 à 100 mètres) dans un tuyau d’au
moins 20 cm enterré à environ deux mètres de profondeur pour qu’il se refroidisse avant
d’être envoyé dans la maison. Il est inspiré dans ce tuyau par un ventilateur avant de pénétrer
dans les locaux à rafraîchir. Ce parcours souterrain suffit à lui faire perdre environ 5 à 10°C
[3].
Figure II.15 : Puits provençal ou canadien ,
II.10.5 La ventilation:
Ventilation est l’introduction intentionnelle d’air extérieur dans un espace
[1].Ventilation est principalement utilisée pour contrôler l’intérieure qualité de l’air par
dilution et le déplacement de polluants intérieurs. il peut également être utilisé à des fins de
confort thermique ou déshumidification lorsque l’introduction de l’air extérieur contribuera à
la réalisation des conditions psychrométriques intérieure désirée. L’introduction intentionnelle
d’air extérieur peut être classée comme une ventilation mécanique ou une ventilation
naturelle.
II.10.5.1 La ventilation mécanique:
La ventilation mécanique consiste à recourir à des systèmes mécaniques pour apporter
et extraire l’air des bâtiments. Elle permet de affranchir des conditions climatiques [2].
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
28
vers deux mètres de profondeur, la température ne varie que de quelques degrés au cours de
l’année et généralement proche de 14°c. En été, elle est donc très inférieure à celle de l’air
extérieur; il suffit donc, défaire cheminer l’air extérieur (30 à 100 mètres) dans un tuyau d’au
moins 20 cm enterré à environ deux mètres de profondeur pour qu’il se refroidisse avant
d’être envoyé dans la maison. Il est inspiré dans ce tuyau par un ventilateur avant de pénétrer
dans les locaux à rafraîchir. Ce parcours souterrain suffit à lui faire perdre environ 5 à 10°C
[3].
Figure II.15 : Puits provençal ou canadien ,
II.10.5 La ventilation:
Ventilation est l’introduction intentionnelle d’air extérieur dans un espace
[1].Ventilation est principalement utilisée pour contrôler l’intérieure qualité de l’air par
dilution et le déplacement de polluants intérieurs. il peut également être utilisé à des fins de
confort thermique ou déshumidification lorsque l’introduction de l’air extérieur contribuera à
la réalisation des conditions psychrométriques intérieure désirée. L’introduction intentionnelle
d’air extérieur peut être classée comme une ventilation mécanique ou une ventilation
naturelle.
II.10.5.1 La ventilation mécanique:
La ventilation mécanique consiste à recourir à des systèmes mécaniques pour apporter
et extraire l’air des bâtiments. Elle permet de affranchir des conditions climatiques [2].
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
29
II.10.5.2 La ventilation naturelle:
La ventilation naturelle est le flux passif intentionnelle de l’air extérieur dans un
bâtiment par des ouvertures prévues (telles que les persiennes, les portes et les fenêtres).
La ventilation naturelle ne nécessite pas de systèmes mécaniques pour déplacer l’air extérieur,
il repose entièrement sur des phénomènes physiques passifs, tels que la pression du vent, ou
l’effet de cheminée.
II.10.5.3 Les systèmes mixtes de ventilation:
Il utilise à la fois des procédés mécaniques et naturels. Les composants mécaniques et
naturels peuvent être utilisés en conjonction avec l’autre ou séparément à différents moments
de la journée ou de la saison de l’année.
II.10.6 L’isolation thermique :
L’isolation thermique est constituée des matériaux ou dispositifs destinés à empêcher
les déperditions ou les apports thermiques.
Les matériaux isolants sont généralement légers et comportent de minuscules cellules d’air
immobiles qui freinent la conduction et la convection.
Un pont thermique est un élément où partie de la paroi d’un bâtiment qui, par sa nature ou sa
mise en œuvre, s’avère être un point faible de l’isolation qui n’offre pas le même coefficient
de résistance thermique.
Un mur extérieur existant peut être isolé principalement selon trois procédés différents :
par remplissage de la lame d’air dans le cas d’un mur creux,
par l’extérieur,
par l’intérieur.
Figure II.16 : les différents procédés de l’isolation
II.10.7 La cheminée solaire:
Les cheminées thermiques ou solaires, sont une forme très efficace pour la Création
d’un courant d’air augmentation du débit de refroidissement d’air; l’intérieur du bâtiment ; en
effet, la portion supérieure de la cheminée est chauffée par le soleil, l’air chaud monte et sort
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
29
II.10.5.2 La ventilation naturelle:
La ventilation naturelle est le flux passif intentionnelle de l’air extérieur dans un
bâtiment par des ouvertures prévues (telles que les persiennes, les portes et les fenêtres).
La ventilation naturelle ne nécessite pas de systèmes mécaniques pour déplacer l’air extérieur,
il repose entièrement sur des phénomènes physiques passifs, tels que la pression du vent, ou
l’effet de cheminée.
II.10.5.3 Les systèmes mixtes de ventilation:
Il utilise à la fois des procédés mécaniques et naturels. Les composants mécaniques et
naturels peuvent être utilisés en conjonction avec l’autre ou séparément à différents moments
de la journée ou de la saison de l’année.
II.10.6 L’isolation thermique :
L’isolation thermique est constituée des matériaux ou dispositifs destinés à empêcher
les déperditions ou les apports thermiques.
Les matériaux isolants sont généralement légers et comportent de minuscules cellules d’air
immobiles qui freinent la conduction et la convection.
Un pont thermique est un élément où partie de la paroi d’un bâtiment qui, par sa nature ou sa
mise en œuvre, s’avère être un point faible de l’isolation qui n’offre pas le même coefficient
de résistance thermique.
Un mur extérieur existant peut être isolé principalement selon trois procédés différents :
par remplissage de la lame d’air dans le cas d’un mur creux,
par l’extérieur,
par l’intérieur.
Figure II.16 : les différents procédés de l’isolation
II.10.7 La cheminée solaire:
Les cheminées thermiques ou solaires, sont une forme très efficace pour la Création
d’un courant d’air augmentation du débit de refroidissement d’air; l’intérieur du bâtiment ; en
effet, la portion supérieure de la cheminée est chauffée par le soleil, l’air chaud monte et sort
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
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II.10.5.2 La ventilation naturelle:
La ventilation naturelle est le flux passif intentionnelle de l’air extérieur dans un
bâtiment par des ouvertures prévues (telles que les persiennes, les portes et les fenêtres).
La ventilation naturelle ne nécessite pas de systèmes mécaniques pour déplacer l’air extérieur,
il repose entièrement sur des phénomènes physiques passifs, tels que la pression du vent, ou
l’effet de cheminée.
II.10.5.3 Les systèmes mixtes de ventilation:
Il utilise à la fois des procédés mécaniques et naturels. Les composants mécaniques et
naturels peuvent être utilisés en conjonction avec l’autre ou séparément à différents moments
de la journée ou de la saison de l’année.
II.10.6 L’isolation thermique :
L’isolation thermique est constituée des matériaux ou dispositifs destinés à empêcher
les déperditions ou les apports thermiques.
Les matériaux isolants sont généralement légers et comportent de minuscules cellules d’air
immobiles qui freinent la conduction et la convection.
Un pont thermique est un élément où partie de la paroi d’un bâtiment qui, par sa nature ou sa
mise en œuvre, s’avère être un point faible de l’isolation qui n’offre pas le même coefficient
de résistance thermique.
Un mur extérieur existant peut être isolé principalement selon trois procédés différents :
par remplissage de la lame d’air dans le cas d’un mur creux,
par l’extérieur,
par l’intérieur.
Figure II.16 : les différents procédés de l’isolation
II.10.7 La cheminée solaire:
Les cheminées thermiques ou solaires, sont une forme très efficace pour la Création
d’un courant d’air augmentation du débit de refroidissement d’air; l’intérieur du bâtiment ; en
effet, la portion supérieure de la cheminée est chauffée par le soleil, l’air chaud monte et sort
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
30
par l’ouverture au sommet et l’air plus frais infiltre à l’intérieur du bâtiment par des
ouvertures ombragées en bas [3].
Une cheminée solaire peut être un des composants d'un bâtiment, dans lequel un ou
plus de murs d'une cheminée sont transparents, le mur vitré permet le rayonnement solaire
s’accumuler assez de chaleur pour induire l’effet de cheminée. L'énergie solaire réchauffe l'air
à l'intérieur de la cheminée. En raison de la différence de la température d’air, un gradient de
densité entre l'intérieur et l'extérieur de la cheminée provoque un mouvement ascendant d'air
[2].
Deux modes d'opérations de la cheminée solaire, qui sont appropriés à chaque saison. Cas de
chauffage: la cheminée solaire fonctionne en mode de chauffage passif. L'air extérieur est
entré dans la cheminée, et réchauffé par l'énergie solaire absorbée. L'entrée d'air chaud dans
la salle contribue à la réduction d'une charge thermique. Cas de refroidissement avec la
température d'extérieure est inférieure à la température d'air dans la pièce la cheminée solaire
peut fonctionner dans le mode de ventilation et le refroidissement passif. La fonction est
identique à celle pour le refroidissement dans des régions froides ou de climats modérés, où
les conditions extérieures en été ne sont pas dures [2].
Actuellement, on peut distinguer deux types de cheminée solaire:
II.10.7.1Cheminée solaire verticale :
Ce type est le plus rencontré, où l’entrée d’air se fait par l’ouverture au fond et la
sortie par l’ouverture au-dessus. Par convention, trois types de cheminée sont dénotés selon
l'admission Le positionnement de l'ouverture d'admission représente trois manières possibles,
d'intégrer La cheminée solaire dans un bâtiment pour la ventilation naturelle [2].
Figure .II.17 : une cheminée solaire verticale.
Chapitre II L’architecture et le confort thermique
31
II.10.7.2.Cheminée solaire inclinée:
Conceptuellement, les cheminées solaires inclinées sont semblables aux cheminées
solaires verticales. La seule différence est qu’elles sont intégrées d’une façon inclinée à un
certain angle approprié, pour capturer le maximum de rayonnement solaire possible.
Le plus grand avantage des configurations inclinées qu'il fournit la ventilation
suffisante à l'inclinaison de 30°à 45° pendant les mois d'été dans endroit géographique [2].
Figure. II.18 :Une cheminée solaire inclinée
II.11Conclusion
Le confort thermique est nécessaire et justifiée dans la construction publique et cela
est dû à l'impact de son travail et les efforts de l'individu , ils sont considérés comme une
partie importante dans l’architecture .an l'architecte pris à plusieurs critères de l' impact des
facteurs environnementaux et naturels de matériaux de construction et de la forme de
construction afin d' assurer le confort thermique , ce qui est recherché par puisque le vieil
homme a été observé à travers les habitations traditionnelles fournissent la bonne ambiance et
le confort thermique . Comme dans l'architecture actuelle et a atteint à plusieurs solutions
technologiques récentes l’isolation thermique, la végétation, le vitrage et d'autres pour fournir
une atmosphère pratique et confortable.
Chapitre
III
MODELISATION
NUMERIQUE
Chapitre III Résultats et Discussions
32
III.1. Introduction :
Dans ce chapitre, nous présentons les équations qui régissent le phénomène de
transfert de chaleur par convection à l’intérieur d’une cavité munie d’une cheminée solaire,
les hypothèses simplificatrices ainsi que les conditions aux limites et initiales de toutes les
frontières du domaine.
Le travail se focalise sur la variation des champs thermiques et dynamiques à
l'intérieur de la cavité et de la cheminée solaire, pour comprendre le comportement d’une
cheminée solaire pour le système de ventilation, ainsi l’influence des paramètres clés tel que
le rayonnement solaire et quelques paramètres géométriques sur le débit de renouvellement.
Le calcul numérique est mené à l’aide du code de calcul Fluent version. Les équations
régissantes sont résolues par la méthode des volumes finis pour un écoulement turbulent basé
sur le model k-ε.
D’abord, une validation du modèle est réalisée à partir de la confrontation de nos
résultats de simulation avec des données publiées disponibles expérimentales et théoriques.
Ensuite, une analyse d’influence des différents paramètres sur la performance de notre
modèle.
III.2. Modèle physique:
L'écoulement a été simulé dans la géométrie présentée par J. Mathur et al [22] . La
configuration physique de domaine pris en compte dans la présente étude est illustrée dans
la Figure III.1 s’agit d’une chambre cubique ayant une taille de1m de large x1m de hauteur,
avec une profondeur d'un mètre. La taille de la fenêtre Hw a été maintenue constante de
dimension 0,3m ×0,3 m La hauteur de vitrage Lc est égale 0.85 m et La largeur 0,1 m.
Figure III.1: Schéma générale de domaine physique.
Chapitre III Résultats et Discussions
33
Le fluide à l’intérieur de la cavité est considéré newtonien et incompressible,
puisqu’on étudie le transfert de chaleur qui se produit uniquement par convection naturelle,
l’approximation de Boussinesq est considérée. Le fluide à l’intérieur de la cavité est de l’air.
III.3.Les hypothèses :
La description physique devient rapidement très compliquée. Il convient donc
de faire un certain nombre d'hypothèses, permettant d'arriver à un temps de calcul correct. Le
choix est porté sur un domaine bidimensionnel, et les hypothèses utilisées dans ce travail
sont:
L’écoulement est bidimensionnel.
L’écoulement permanent ( = 0). L’écoulement de l’air est turbulent.
Le fluide est newtonien et incompressible.
L’absorbeur et le verre sont toujours parallèles
III.4. Les équations régissantes:
III.4.1. Equation de continuité:
Considérons un écoulement du fluide traversant un volume de contrôle montré dans la
figure La conservation de la masse dans le volume de contrôle exige que la somme des
masses entrantes et sortantes à travers ce volume soit nulle. Et puisque l’écoulement est
considéré bidimensionnel, l’unité des sections de passage AB, CD, AD et BC est réduite à
l’unité de longueur, donc :
La masse - La masse + La masse - La masse = 0sortant de BC entrant à AD sortant de CD entrant à AB
La masse traversant AB par unité de temps = ( ) . (Aire de AB) = . d La masse traversant AD par unité de temps = ( v) ∙ (Aire de AD) = . d+ v = 0 (III.1)
III.4.2. Equation de conservation de quantité de mouvement :
L’équation de la conservation du mouvement à travers le volume de contrôle montré
suivant :
Chapitre III Résultats et Discussions
34
Débit net de Force Force Forcequantité de = de + de + demouvement pression frottement pesanteur
* Suivant la direction (x) + v = − + + (III.2)
* Suivant la direction (z)v + v v = − + v + v − (III.3)
III.4.3. Equation de l’énergie:
L’équation de conservation de l’énergie à travers le volume de contrôle est donnée
par : + v = + (III.4)
III.4.4. Les modèles de turbulence :Il existe différents niveaux de modèles, se distinguant par leur degré de complexité,
c'est-à-dire par le nombre d’équations de transport supplémentaires introduites pour les
quantités turbulentes pour fermer le problème : on cite ainsi le modèle de turbulence à zéro,
une ou deux équations. Les modèles de turbulence les plus utilisés à l’heure actuelle dans les
codes CFD sont les modèles à deux équations et plus particulièrement le modèle de
turbulence k -ε standard qui est le plus répandu .
III.4.5. Modèle k-ε :
Il existe des modèles de turbulence à haut nombre de Reynolds, qui prennent
en compte le transport des quantités turbulentes, en leur associant des équations de transport
différentielles. Le modèle k-ε fait partie de cette catégorie de modèles. Ce modèle propose
deux équations pour déterminer la viscosité turbulente, et fait donc partie des modèles à
deux équations. Ce modèle est le plus connu et le plus utilisé dans l’industrie jusqu’à présent.
Le modèle k-ε standard est un modèle semi empirique basé sur les équations de transport de
l’énergie cinétique turbulente k et de sa dissipation ε .
= + + + (III.5)
Chapitre III Résultats et Discussions
35
= + ( 1 + 3 + 2 ) (III.6)
Le Tableau suivent représente la variation de température de vitre et d’absorbeur en
fonction de l’intensité solaire, la température de vitre varie en fonction l’intensité solaire 9.15
I 0.199 et la température de l’absorbeur est 3.51 I 0.461.
Tableau III.1: Variation de température de vitre et d’absorbeur en fonction de l’intensité solaire:
Intensité solaire (W/m2) température absorbeur (K)température vitre (K)
300 321.66 301.46
500 334.59 304.51
700 344.92 306.69
III.5. Génération de maillage:
Pour notre étude, le logiciel Gambit est choisi pour créer le maillage. Il permet de
générer un maillage structuré ou non structuré en coordonnées cartésiennes, polaires,
cylindriques ou axisymétriques. Il peut réaliser des maillages complexes en deux ou trois
dimensions rectangulaires ou triangulaires.
Figure III.2: processus de génération d'un maillage dans le GAMBIT.
Une étude de sensibilité au maillage a été effectuée. Pour ce faire Nous avons réalisé
plusieurs simulations avec des tailles de maille différentes mais sans changement des
Créer les coordonnées du profil
Lancé le GAMBIT
Importé les coordonnées
Créer les frontières du maillage
Maillée structure
Défini les conditions auxlimites
Exportation de maillage
Chapitre III Résultats et Discussions
36
paramètres physique de l’air (β=0.003209 K-1, ρ=1.1205 Kg/m3, λ=0.027W/m .K ,
Cp=1007.46 J/Kg . K, T abs= 321.66°K et T vitre=301.46 °K) , dans la condition suivent:
Les limites d’entrée et de sortie : pression d’entrée, pression de sortie, vitesse
d’entrée, masse volumique d’entrée, pression d’environnement, écoulement de sortie.
Les limites des parois, répétitions et poteaux : paroi , symétrie, périodique et axe.
Les zones internes : fluide et solide (milieu poreux est considéré comme un type
de Fluide).
Les limites des faces internes : ventilateur, radiateur, paroi, milieu poreux
Figure III.3 : Le maillage utilisé.
Nous avons utilisé un maillage avec 115720 cellules et 116588 nœuds dans la
direction transversale. Une solution numérique est supposée converger lorsque les résidus
pour les différentes grandeurs physiques deviennent plus faibles que 10-3 et 10-6 pour énergie.
III.6. Validation des résultats :
De nombreuses recherches ont été réalisées pour évaluer les débits de ventilation à
travers une cheminée solaire. Pour notre étude nous référons à trois de ces travaux. Pour se
faire une confrontation entre les résultats obtenus et les résultats théoriques ainsi
Chapitre III Résultats et Discussions
37
expérimentaux de Mathur et Bassiouny concernant le taux de renouvellement ACH a été
effectuée. Le taux de renouvellement d'air par heure est défini comme suit :
ACH = (q . 3600)/volume total de la pièce (III.7)
Avec q: débit volumique en m3/s .
Tableau III.2: Variation d'ACH en fonction de l’intensité solaire:
Longueur
Absorbeur
(m)
Longueur
D’entrée
D’air (m)
Largeur
Cheminée
(m)
Longueur
Cheminée
(m)
Intensité
Solaire
W/m2
Exp Mathur
et al
Bassiouny Etude
actuelle
Erreur
(%)
0.7 0.3 0.1 0.85
300 3.2 2. 406 2. 515 3.64 13.75
500 4 3.09 3.060 4.11 2.75
700 4.4 3.524 3.475 4.49 2.04
Pour présenter les résultats sous la forme qui est proche à la situation de la vie réelle,
le débit volumique a été converti pour indiquer les changements d'air équivalent à l'heure pour
une pièce de 27 m3.
Un résumé du comparaison de paramètre de renouvellement d’air ACH calculé par
simulation numérique et de ceux issus de la littérature pour différentes recherchées pour
une gamme rayonnement allant de 300, 500 et 700 W/m2 est visualisé ci dessous.
Figure III.4: Comparaison de la variation de paramètre ACH en fonction de la variation de
l’intensité solaire
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750
ACH
1/h
Intensité solaire (W/m2)
notre Etud
Bassioun
Mathur
EXP
Chapitre III Résultats et Discussions
38
III.7. Résultats obtenus dans le cas de la géométrie simple :
III.7.1. Effet de l'intensité de rayonnement solaire :
Pour l’étude de l’impact de l’intensité solaire sur l’allure d’écoulement, les figures
représentées ci -dessous montrent l’évolution des champs de vitesse et de température relative
à une pièce munie de cheminée solaire, de longueur 0.85 m et 0.1 m de largeur.
Champs dynamiqueChamps thermique
Figure III.5: Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2 pour une
longueur 0.85m et largeur 0.1 m.
Champs dynamique Champs thermiqueFigure III. 6 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 500 W/m2 pour une
longueur 0.85m et largeur 0.1 m.
Chapitre III Résultats et Discussions
39
Champs dynamique Champs thermiqueFigure III. 7 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 700 W/m2 pour une
longueur0.85m et largeur 0.1 m
Les figures (III. 5), (III. 6), (III. 7), montrent les champs dynamique et les champs
thermique pour une cheminée solaire verticale à différentes intensités solaires : 300, 500et
700 W/m2. Les figures montrent l'amélioration de la vitesse d'air à mesure que l'intensité
solaire augmente. En effet, l’augmentation d'énergie absorbée par l'absorbeur provoque
l’accroissement de l’écart de température entre l'absorbeur et le vitre de la cheminée, et donc,
accélération de l’air conduisant et un meilleur renouvellement variant proportionnellement
avec cet écart. L’évolution de champs de température à une intensité de 300 W/m2, qui
engendre un écart de température de 20.19°C entre l’absorbeur et le vitre correspond à un
débit volumique 0.027 m3/s. A mesure que cette intensité augmente, il s’ensuit une
augmentation de l’écart de température entre l’absorbeur et le vitre de la cheminée solaire. Il
est à noter que pour une intensité de 500 W/m2 correspond un écart de 30.07°C et le débit
volumique égale à 0.030 m3/s. Alors que pour 700 W/m2 correspond un écart de 38.22°C et
le débit volumique égale à 0.033 m3/s .Le vitesse d'air augmente avec un taux presque de
11.45% entre 300 et 500 W/m2.Par contre, l’influence de l’intensité solaire devient moins à
partir de 500W/m2 où le taux d’augmentation de la vitesse et de 8.38% lorsque l’intensité
solaire augmente à 700W/m2.
Chapitre III Résultats et Discussions
40
Figure III . 8 : Comparaison de profil de température à l’intérieur de la pièce pour
différent rayonnement.
Dans la figure (III.8) On observe que les différents profils de température ont un
aspect semblable, où les valeurs maximales sont toujours atteintes prés de la cheminée, tels
que la paroi absorbeur où les transferts de chaleur sont les plus intenses.la température est
diminuée entre la zone médiane de la pièce et l'ouverture. On montre que les valeurs
maximales sont proportionnelles au rayonnement solaire.
Tableau III.3: Variation de ACH et le début volumique en fonction de l’intensité solaire:
On peut constater que l'augmentation du flux de flottabilité dans la cheminée a
entraîné une augmentation générale des taux de débit dans le système. Comme le
rayonnement solaire est transmis par le verre puis absorbé principalement par le mur de
stockage de chaleur pour chauffer l’air à l’intérieur. L’air chaud monte par effet de flottabilité
qui favorise à l’intérieur la ventilation naturelle et la diminution de la température à
l’intérieur de la pièce. Il est à noter que le gain de chaleur de l’absorbeur est proportionnel à
l’intensité de rayonnement et par conséquent la différence de densité d’air augmente et l’effet
de cheminée est plus en plus évident comme la montre dans la figure suivante :
Intensité
solaire (W/m2)
Ecart de température entre
absorbeur et le vitre (ΔT)
Début volumique ACH
300 20.19 0.0273 3.64
500 30.07 0.0308 4.11
700 38.22 0.0337 4.49
Chapitre III Résultats et Discussions
41
Figure III. 9 : variation d'ACH en fonction de l’intensité solaire
III.8 Etude paramétrique :
La cheminée solaire comporte plusieurs paramètres géométriques qui influencent son
efficacité. Une étude paramétrique et optimisation sera effectuée afin de choisir le meilleur
taux d’écoulement d’air. Dans ce cas, on traite une cavité de langueur 1m et de largeur X
varie avec la largeur de la cheminée (Y). L’air dans l’enceinte est initialement à 298,2 K. La
cheminée solaire est exposée à un rayonnement solaire d’intensité de 300W/m2.
III.8.1. Le taux de rapport entre la largeur de la cheminée et de la cavité :
Les dimensions de la cheminée solaire et de la cavité (Figure III. 10) ont un impact sur
la quantité d'énergie solaire stockée, sur le rayonnement pénétrant dans la cavité et sur le débit
d'air généré.
Le taux de rapport (F) entre la largeur de la cheminée et de la cavité est défini par l'équation
suivante : = × 100 (III.8)
Figure III. 10 : La géométrie de rapport entre la largeur de la cheminée et de la cavité.
y
x
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
ACH
(1/H
r)
Intensité solaire (W/m2)
Chapitre III Résultats et Discussions
42
III.8.2. champ thermique et dynamique :
Champs dynamique Champs thermique
Figure III. 11: Champs dynamique et thermique pour intensité solaire de 300 W/m2 pourun pourcentage de 5 %.
Figure III. 12: Champs dynamique et thermique pour intensité solaire de 300 W/m2 pourun pourcentage de 10 %
Champs dynamique Champs thermique
Chapitre III Résultats et Discussions
43
Champs thermique
Figure III. 13 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2 pour unpourcentage de 15 %
Champs dynamique
Figure III. 14: Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2 pour unepourcentage de 20 %
Champs dynamique
Champs thermique
Chapitre III Résultats et Discussions
44
Figure III. 15 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2 pour unepourcentage de 25 %
Figure III. 16 : Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2 pour unpourcentage de 50 %.
Les figures (III. 11), (III. 12), (III. 13), (III. 14), (III. 15), (III. 16), montrent que la
vitesse de l'air augmente avec l’augmentation du taux de rapport entre la largeur de la
cheminée et de la cavité, car la vitesse moyenne diminuée avec l’augmentation de la largeur
de la cavité et la diminution de la largeur de la cheminée. Par exemple, la vitesse moyenne de
Champs dynamique Champs thermique
Champs dynamique Champs thermique
Chapitre III Résultats et Discussions
45
l'air passe de 0.22 m/s pour un taux de rapport 15% à 0.249 m/s pour un taux de rapport 20%
La température d'air à la sortie diminue avec une largeur croissante de la cavité.
On remarque aussi, que le renouvellement d’air est meilleur par rapport à un taux de
5%. Le couloir d’air est nettement plus large ayant tendance à écraser le grand vortex du bas
de la pièce à l’entrée. Donc, d’air renouvelé est mieux répartie dans la chambre.
Dans notre travail, nous allons chercher à examiner le changement d'ACH par un
changement de facteur prenant en compte le cas précédent d'une référence relative.
Tableau III.4:Variation d'ACH et le début massique sorite cheminée et la chambre.
Figure III. 17 : Variation d'ACH en fonction de différent pourcentage.
La figure III.17 montre que le rapport entre la largeur de cheminée et la largeur de la
cavité a un effet très significatif sur paramètre de renouvellement d’air d'ACH, par conséquent
l'augmentation de la largeur de par un rapport de 50% a amélioré l'ACH de presque 81.24%,
en comparaison avec un rapport de 5%.
III.9.Cas de géométrie complexe (trois cavités superposés):
0
2
4
6
8
10
12
0 10 20 30 40 50 60
ACH1/h
%
Le taux de rapport ( %) Début massique sorite (kg/s) ACH
5 0.0175 1.9910 0.0306 3.6415 0.0393 4.8920 0.0463 6.02
25 0.0619 8.3750 0.0662 10.64
Chapitre III Résultats et Discussions
46
Grâce aux résultats obtenus dans les travaux antérieurs, nous avons décidé de doubler le
bâtiment de deux étages tout en conservant les mêmes dimensions de cas le plus confortable
nous comparons ACH chaque étage.
La configuration étudiée est représentée sur la figure (III.18). Il s’agit d’un local
divisé en trois cavités superposées équipée par une cheminée solaire verticale de 2.85 m de
hauteur et de 0.1de largeur.
Figure III.18: Le domaine du cas de géométrie complexe (trois cavités superposés)
Nous avons utilisé un maillage de trois cavités superposés avec 381976 cellules et
384504 nœuds dans la direction transversale. Une solution numérique est supposée
converger lorsque les résidus pour les différentes grandeurs physiques deviennent plus
faibles que 10-3 et 106 pour énergie.
0.1434 m
3 m
0.9545 m
2.85
m
Chapitre III Résultats et Discussions
47
Figure III. 19 : Le maillage utilisé
III.9.1. champ thermique et dynamique :La figure (III .20) représente le champ dynamique et thermique pour une largeur de 0.1m
de la cheminée à une intensité solaire de 300 W/m2.
Figure III. 20: Champs dynamique et thermique pour intensité de 300 W/m2 pour une casde multi étage.
Dans ce cas, on a proposée une cheminée solaire commune entre trios cavité qui ont
les mêmes dimensions. La figure montre qu’il y a présence des vortex dans chaque pièce On
Champs thermiqueChamps dynamique
Chapitre III Résultats et Discussions
48
remarque aussi une faible vitesse dans la deuxième cavité par contre une importante vitesse à
la première cavité. On remarque que l’influence de la cheminée est différente sur les deux
pièces et que l’aspiration d’air neuf est meilleure dans la première cavité.
Les résultats obtenus montrent une différence de la distribution de température dans
les trois cavités. On trouve que la cavité qui se situe au premier étage a un bon confort par
apport à l’autre. Qui nous explique l’influence de la chaleur émis par l’absorbeur sur la pièce.
Tableau III.5: Variation de ACH et le début massique et volumique sortie dans la cavité.
Le taux derapport (%)
La chambre Début massique (kg/s) Début volumique (m3/s) ACH
15%
1 0.058 0.0518 7.226
2 0.0014 0.0012 0.177
3 0.012 0.011 1.598
1+2+3 Total= 0.043 Total=0.039 1.816Grâce à l'analyse de la table, nous avons constaté que la valeur de ACH changement
du sol au prépresse Dans le premier étage était 7.226, tandis que sur le deuxième étage et
0,177 et le troisième qui était égal à 1.598 et à travers les résultats nous montrent que le
meilleur plancher de la main de ventilation est au premier étage car il était la valeur de ACH
approche à la valeur ACH confortable (3-6) .
Conclusion:
Dans ce chapitre nous remarquons que l’écoulement d'air augmente d'une façon
linéaire avec l'augmentation du rayonnement solaire, en raison du stockage de l’énergie
thermique par l’absorbeur qui provoque l’accélération d’air.
Après avoir étudié le facteur relatif entre la chambre et la cheminée nous avons constaté
que le pourcentage de 15% est le meilleure pour obtenir le pourcentage ACH confortable .
dans le cas multi étages on remarque que la chambre dans le 3éme étage est le plus
confortable par ce que l'ACH de ce étage est le meilleur par apporte les autre .
Chapitre III Résultats et Discussions
49
Conclusion générale
Conclusion généraleLe confort thermique visé à l’intérieur des constructions est en fait une principale
exigence de l’épanouissement morale et physique de l’individu. Dans l’architecture solaire
et bioclimatique, le confort de l’usager est assuré par une adaptation aux conditions
d'ambiances locales (climatiques et visuelles) du milieu géographique .
Le renouvellement de l’air est la principale source de déperditions thermiques dans
une construction. Il faut donc réduire les besoins en assurant une bonne aération en
privilégiant la ventilation naturelle. Dans le but de créer une ventilation naturelle, on a
proposé un système de ventilation passif utilisant une cheminée solaire, qui a fait l’objet de
notre travail.
L’application d’une cheminée solaire de dimensions (0.85m x 0.1m) sur une
pièce cubique de dimensions (1m x 1m x 1m) montre que la cheminée solaire a un effet
important dans l’amélioration de la ventilation et l’augmentation du taux de renouvellement
de l’air. Cela est traduit par l’ACH qui est reliée directement au rayonnement solaire.
Les résultats de nos simulations numériques montrent que l’écoulement d'air
augmente d'une façon linéaire avec l'augmentation du rayonnement solaire, en raison du
stockage de l’énergie thermique par l’absorbeur qui provoque l’accélération d’air.
Après avoir étudié le facteur relatif entre la chambre et le changement fumé et nous avons
constaté que le pourcentage de 15 entre la chambre et la cheminée dans la meilleure position pour
obtenir le pourcentage le plus élevé ACH .
En général, l'énergie solaire avec une intensité élevée est disponible au sud
algérien et particulièrement à la région de Ouargla qui possède un climat richement
ensoleillé. Ces conditions encouragent l'adoption d'un tel concept fournissant un
environnement thermiquement approprié pour le confort humain et de réduire le coût exorbitant
de l’énergie consommée par la climatisation artificielle fortement utilisée
pour une adaptation au climat hostil
Bibliographie
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Annexe A :
µ f = [1.846 + 0.00472 (Tm- 300)].10-5 µ f : Viscosité dynamique de l’air
ρ f = [1.1614 - 0.00353(Tm- 300)] ρ f : densité d’air
k f = [0.0263 + 0.000074(Tm -300)] Avec k f : conductivité thermique d’air
C f = [1.007 + 0.00004 (T m-300)] × 10 C f :capacité calorifique d’air
β = 1/Tm β: coefficient de expansion volumétrique
T m = (T vitre + T absorbeur) /2 T m: température moyenne de mélange
Nombre de Rayleigh :
Le nombre de Rayleigh Ra est le paramètre de contrôle de la convection thermique.
Plus le nombre de Rayleigh est grand, plus la convection est intense.
Le nombre de Rayleigh peut s’interpréter comme une mesure de l’importance
du mécanisme responsable de l ’instabilité du fluide (la poussée d’Archimède)
par rapport aux mécanismes de freinage (la diffusivité thermique et la
viscosité). Il est également possible de voir le nombre de Rayleigh comme la
différence de température. Le nombre de Rayleigh est donné par la relation:
= ∙
Pour Ra < 109: écoulement est laminaire, Ra > 109: écoulement est turbulent.
Nombre de Grashof :
Le nombre de Grashof compare les forces d’Archimède (ou forces de
flottabilité) aux forces visqueuses qui s’exercent sur un élément de fluide dont la
température diffère de celle du milieu environnant.= ∆l’évolution de champs de température à une intensité de 300 W/m2, qui engendre un
écart de température de 20.19°C entre l’absorbeur et le vitre correspond à un
nombre de Rayleigh 1.3568×109.A mesure que cette intensité
augmente, il s’ensuit une augmentation de l’écart de température entre l’absorbeur
et le vitre de la cheminée solaire comme les montrent est à noter que pour une
intensité de 500 W/m2correspond un écart de 30.07°C et Ra égale à 1.80019×109.
Alors que pour 700 W/m2correspond un écart de 38.22°C et un nombre de
Rayleigh 2.09×109.
Tableau III: Variation de nombre de Rayleigh en fonction de l’intensité solaire.
Intensité solaire (W/m2)Ecart de température entre
absorbeur et le vitre (ΔT)
Nombre
de Rayleigh
300 20.19 1.35682x109
500 30.07 1.80019x109
700 38.22 2.0909x109
Multi étage:
l’évolution de champs de température à une intensité de 300 W/m2, qui engendre un
écart de température de 20.19°C entre l’absorbeur et le vitre correspond et longueur
2.85m à un nombre de Rayleigh 3.83×1010 mais cas2 longueur1.85m et nombre de
Rayleigh 1.397x1010 et cas3 longueur0.85m et nombre de Rayleigh 1.3554x1010 .
Tableau III: Variation de nombre de Rayleigh en fonction de chambre et longueur
cheminée solier
Chambre Longueur cheminée Ra
Cas1 2.85m 3.83x1010
Cas2 1.85m 1.397x1010
Cas3 0.85m 1.3554x1010
Annexe B :
Models
Model Settings
Space 2D
Time Steady
Viscous Standard k-epsilon turbulence model
Wall Treatment Standard Wall Functions
Heat Transfer Enabled
Solidification and Melting Disabled
Radiation None
Species Transport Disabled
Coupled Dispersed Phase Disabled
Pollutants Disabled
Pollutants Disabled
Soot Disabled
Boundary Condition
Zones
name id type
fluid.9 2 fluid
wall.3:001-shadow 12 wall
pressure_outlet.8 3 pressure-outlet
pressure_inlet.7 4 pressure-inlet
pressure_inlet.6 5 pressure-inlet
pressure_inlet.5 6 pressure-inlet
wall.3 7 wall
abs 8 wall
vtr 9 wall
default-interior 11 interior
wall.3:001 1 wall
Solver Controls
Equations
Equation Solved
Flow yes
Turbulence yes
Energy yes
Numerics
Numeric Enabled
Absolute Velocity Formulation yes
Relaxation
Variable Relaxation Factor
Pressure 0.30000001
Density 1
Body Forces 1
Momentum 0.199
Turbulent Kinetic Energy 0.80000001
Turbulent Dissipation Rate 0.80000001
Turbulent Viscosity 0.5
Energy 0.80000001
Linear Solver
Solver Termination Residual Reduction
Variable Type Criterion Tolerance
Pressure V-Cycle 0.1
X-Momentum Flexible 0.1 0.7
Y-Momentum Flexible 0.1 0.7
Turbulent Kinetic Energy Flexible 0.1 0.7
Turbulent Dissipation Rate Flexible 0.1 0.7
Energy Flexible 0.1 0.7
Pressure-Velocity Coupling
Parameter Value
Type SIMPLE
Discretization Scheme
Variable Scheme
Pressure PRESTO!
Momentum Second Order Upwind
Turbulent Kinetic Energy Second Order Upwind
Turbulent Dissipation Rate Second Order Upwind
Energy Second Order Upwind
Solution Limits
Quantity Limit
Minimum Absolute Pressure 1
Maximum Absolute Pressure 5e+10
Minimum Temperature 1
Maximum Temperature 5000
Minimum Turb. Kinetic Energy 1e-14
Minimum Turb. Dissipation Rate 1e-20
Maximum Turb. Viscosity Ratio 100000
Material Properties
Material: air (fluid)
Property Units Method Value(s)
Density kg/m3 boussinesq 1.1205
Cp (Specific Heat) j/kg-k constant 1007.46
Thermal Conductivity w/m-k constant 0.027000001
Viscosity kg/m-s constant 1.9005e-05
Molecular Weight kg/kgmol constant 28.966
L-J Characteristic Length angstrom constant 3.711
L-J Energy Parameter k constant 78.6
Thermal Expansion Coefficient 1/k constant 0.003209
Degrees of Freedom constant 0
Speed of Sound m/s none #f
Material: aluminum (solid)
Property Units Method Value(s)
Density kg/m3 constant 2719
Cp (Specific Heat) j/kg-k constant 871
Thermal Conductivity w/m-k constant 202.4