E2 - BVD > Opération 1 : Qualité des Environnements Intérieurs/Extérieurs
La philosophie
Jusqu’à présent, dans le secteur du bâtiment, la majorité des efforts en recherche en France et dans le monde a eu lieu sur l’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments. Depuis quelques années, d’autres enjeux sont apparus, notamment des enjeux environnementaux et de santé public, qui sont liés à la qualité des ambiances, qu’elles soient intérieures ou extérieures. On peut citer l’augmentation de la pollution, le développement des allergies, de cancers liés au radon, de maladies liées aux nanoparticules mais aussi de maladies liées à la chaleur (canicule, îlot de chaleur urbain). A travers cette opération, nous souhaitons répondre à cette problématique, ce qui nous a conduits à décliner la dynamique de cette opération selon trois thèmes de recherche : Qualité de l’air et évaluation multicritère des environnements intérieurs, Ventilation et écoulements, et Thermoaéraulique des îlots urbains.
Thème 1 - Qualité de l’air et évaluation multicritère des environnements intérieurs
Compte tenu de l’évolution des constructions, les problématiques liées à la QEI deviennent de plus en plus prégnantes. Outre les problèmes d’inconfort d’été liés aux constructions légères et augmentés par les îlots de chaleur urbains ou les
évolutions climatiques, la qualité de l’air intérieur devient un problème de santé publique majeur, certainement insuffisamment adressé. Notre ambition en ce domaine se décline en deux actions prioritaires : la qualification des environnements intérieurs et la prévention du transfert des polluants de l’extérieur vers l’intérieur des bâtiments. La qualification des environnements intérieurs vis-à-vis de critères sanitaires et de confort prédictibles et/ou mesurables (concept de bâtiment sain) sera abordée dans le cadre de la convention ULR/CNRS/CSTB. Cette action visera à développer les connaissances sur les mécanismes physico-chimiques qui déterminent la variabilité des expositions à la pollution des environnements intérieurs de tous types, à mettre au point des méthodes et outils qui permettent d’évaluer et d’orienter la conception ou la réhabilitation des bâtiments sur la base d’un optimum entre énergie, santé et confort, et à caractériser ou à développer des solutions innovantes qui concilient chacun de ces aspects (systèmes ou stratégies de ventilation, matériaux fonctionnalisés, systèmes d’épuration…). La prévention du transfert des polluants de l’extérieur vers l’intérieur des bâtiments constitue un enjeu de santé public majeur à la lumière de récentes études sur le coût économique et social de la pollution de l’air intérieur. Outre la modélisation des transferts de polluants particulaires, initiée dans le cadre du laboratoire commun EDF/LaSIE, ou gazeux venant de l’environnement extérieur (y compris du sol) en vue de prévoir les expositions et proposer des solutions de remédiation (épuration, filtration), nous envisageons d’initier des recherches visant à évaluer l’impact du bâti et des rejets dans l’atmosphère des bâtiments sur le niveau de pollution de l’air extérieur, et des études sur l’impact potentiel du changement climatique sur la qualité de l’air intérieur des bâtiments.
Thème 2 - Ventilation et écoulements
Cette sous-opération est dédiée à la caractérisation, la prédiction et au contrôle des écoulements d’air, responsables des transferts de masse et de chaleur au sein des bâtiments et dont le rôle a été amplifié par les exigences d’étanchéité à l’air et d’isolation thermique imposées par l’évolution récente des constructions. Ces évolutions rendent caduque ou inopérant la plupart des codes de simulation existant. Notre effort portera essentiellement ici sur la modélisation des transferts d’air à travers l’enveloppe du bâtiment, au sein et entre ses ambiances intérieures ainsi qu’à travers les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation. Différents niveaux de modèles adaptables aux problèmes traités de ventilation naturelle et mécanique (simulation mono-et multizone, approches nodale, zonale, CFD) seront mis en oeuvre et associés à des moyens expérimentaux lourds (chambre climatique dédiée à la diffusion d’air, maison laboratoire d’échelle 1).
Thème 3 – Thermo-aéraulique des îlots urbains
Les îlots de chaleur urbains sont observables localement à l’échelle de la rue ou des espaces urbains semi-ouverts (parcs, squares...). Le confort extérieur, la qualité des ambiances urbaines (effet local de canicule, smog...) et la performance énergétique des bâtiments sont très liés aux conditions thermo-aérauliques de la canopée urbaine et aux propriétés thermo-radiatives des surfaces urbaines. Parmi les paramètres étudiés, on retrouve ici l’aménagement urbain dont la morphologie des bâtiments, le choix des revêtements et matériaux, l’albédo des surfaces, les surfaces végétales. Dans ce cadre, la modélisation des différents phénomènes physiques dont le milieu urbain est le siège peut s’avérer être un outil très précieux pour les urbanistes afin de coupler aménagement urbain, impacts environnementaux et augmentation du confort thermique extérieur. De nombreux outils numériques ont été développés afin de modéliser les phénomènes physiques au sein du tissu urbain, dont EnviBatE au LaSIE. La perspective du couplage de nouveaux modèles et l’étude expérimentale des microclimats urbains in situ (suivi expérimentaux dans la CDA de la Rochelle) permettent d’envisager une évaluation plus fine des paramètres de confort et des transferts thermo-aérauliques. De plus, le développement d’indicateurs de rafraîchissement urbain devrait permettre l’émergence de nouvelles méthodologies pour la conception ou la réhabilitation des quartiers.