5 ème Journée des doctorants – ED SPI Lille – 26 Juin 2012 – Ecole des Mines de Douai ETUDE DES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES D’ISOLANTS AGRO-SOURCES.

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1 5 ème Journée des doctorants – ED SPI Lille – 26 Juin 2012 – Ecole des Mines de Douai ETUDE DES CARACTERISTIQUES THERMOPHYSIQUES D’ISOLANTS AGRO-SOURCES Radhouan DERBAL Laboratoire Génie Civil et géoEnvironnment FSA, Technoparc Futura, 62400 Béthune RADHOUAN.DERBAL@UNIV-ARTOIS.FR CONTEXTE RÉSULTATS CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES MOYENS D’INVESTIGATION N° Poster : Les nouvelles exigences, en matière de préservation de l’environnement, ont des répercussions directes sur le bâtiment, que ce soit sur les travaux de rénovation ou sur les nouvelles constructions ; En particulier, le matériau choisi est considéré, de ce fait, non seulement par rapport à son efficacité (mécanique, thermique…), mais aussi par rapport à son origine, pour offrir le meilleur cycle de vie possible. De nouvelles générations de matériaux naturels agro-sourcés, c'est-à-dire élaborés à partir de sous-produits issus de l’agriculture (lin, chanvre, paille,…) sont proposées comme une alternative aux isolants thermiques conventionnels. L’objectif du travail consiste à étudier l’impact de différentes techniques d’ignifugation (phosphore) sur les propriétés thermophysiques d’isolants naturels (faible inertie thermique). Il s’agit d’une part de suivre le comportement thermique de ces matériaux à température ambiante mais surtout d’étudier l’évolution des paramètres avec un accroissement de la température. L’enjeu est d’intégrer des agents ignifuges plus efficaces et qui ne modifient pas le profil environnemental des matériaux. L’approche envisagée s’appuie sur la mise en œuvre d’une méthode inverse pour déterminer les propriétés thermophysiques à partir des mesures. Des échantillons de matériau à étudier seront instrumentés par des capteurs de flux et de température. L’inversion nécessitera l’élaboration d’un modèle numérique. MOTS CLES : Caractéristiques Thermophysiques, Isolant Agro-sourcé, Sécurité Incendie, Ignifugation. Etude est la transmission de la chaleur par conduction pure à travers une paroi, Résolution numérique de l’équation de la chaleur : par la méthode des différences finies, basée sur la discrétisation du domaine étudié. But : connaître l’évolution température en différents points du matériau ESSAIS Le protocole expérimental est basé sur la mesure de la température à chaque pas de temps (Δt) et à différents endroits le long de l’épaisseur du matériau (Δx) Discrétisation spatiale du matériau ΔxΔx T1nT1n T2nT2n T3nT3n TinTin T M-1 n TMnTMn face1 face2 e22e22 eiieii e11e11 2 1 T2T2 T1T1 xx’ Paroi multicouches O eMMeMM e 21 T2T2 T1T1 xx’ Paroi monocouche O 1 2 3 5 1 1 4 5 6 1.Isolant 2.Plaque en bois 3.Résistance 4.Echantillon 5.Fluxmètre 6.Thermocouple Schéma du dispositif d’essai NUMERIQUE Validation du modèle numérique par comparaison à la solution exacte Modèle numérique Calcul de l’écart* Critère d’arrêt Paramètres optimisés Réactualisation des paramètres Paramètres optimisés (λ opt, ρC opt ) Paramètres initiaux (λ ini, ρC ini ) NON OUI Schéma de principe de la méthode inverse Détermination des caractéristiques thermophysiques (λ; ρC) par méthode inverse : son but est de remonter aux caractéristiques du matériau à partir d’observation d’essais, son schéma de principe est présenté ci-dessous Exemple de résultat numérique Numériquement la méthode est validée par comparaison avec des caractéristiques de matériaux connus (PVC…) et les erreurs numériques étudiées (elles dépendent du nombre de données enregistrées et du nombre de paramètres à déterminer). 1 2 3 Les résultats obtenus sont très prometteurs. La mise au point du protocole d’essai évolue et le modèle numérique doit s’adapter aux améliorations apportées. Il reste à appliquer la méthode sur des matériaux agro-sourcés à température ambiante, puis sous l’effet d’une montée en température, qui va faire évoluer les caractéristiques thermiques au sein même du matériau (en fonction du temps et de la température). Après étude des matériaux agro-sourcés vierges, nous nous intéresserons par la suite aux effets d’ajout de matériaux ignifugeants sur l’évolution des caractéristiques thermophysiques des matériaux en question. La méthode des différences finies a été programmée sous Matlab. La méthode a été validée comme indiqué sur la figure (évolution de la température en fonction du temps le long de l’épaisseur du matériau). Épaisseur (m) Temps (s) Température (° C) Le résultat de la simulation numérique de la résolution de l’équation de la chaleur par différences finies (matrice température) est représenté par un graphe 3D *L’écart calculé entre les valeurs en sortie de la simulation numérique et les valeurs de température réelles mesurées lors des essais