La simulation thermique dynamique (STD) est de plus en plus demandée quand on souhaite lancer un projet de construction.

Mais en quoi consiste exactement cet outil ?

Le principe est de modéliser virtuellement un bâtiment en 3D et son environnement afin de simuler son comportement thermique sur une certaine période, par pas horaire. Ce procédé prend en compte les différents paramètres de la construction, tels que l’influence des systèmes techniques, les apports de chaleurs internes et externes, l’inertie des matériaux, les transferts de chaleurs entre parois,…

Pour ce faire, il faut utiliser un logiciel conçu à cette fin (TRNSYS, SIMBAD, Pleiades + Comfie, TAS,...). Ensuite, on modélise le bâtiment en 3D et on définit les caractéristiques thermiques de chaque paroi. Ensuite, la modélisation est plongée dans le climat prédéfini par des algorithmes et des données météorologiques. Puis, après une description détaillée des usages, la maquette peut être calculée et interprétée.

Cette simulation permet d’analyser le comportement d’un bâtiment avant sa construction en termes de consommation d’énergie, de température ou de confort. On pourra donc s’en servir pour optimiser ses dépenses énergétiques ou lutter contre les surchauffes par exemple. Il s’agit aussi bien d’un outil d’optimisation de la conception, tant en neuf qu’en rénovation.

Cependant, pour obtenir des modélisations correctes, Il faut être très vigilant par rapport aux données utilisées ou aux hypothèses prises. Par exemple, utiliser les conditions les plus défavorables en fonction de ce qu’on veut simuler permet de ne pas avoir de mauvaises surprises par la suite. De plus, il faut toujours garder à l’esprit que la modélisation ne peut prendre en compte les habitudes de vie de l’utilisateur final car 2 personnes n’agiront pas de la même façon dans une même situation. On ne peut faire que des suppositions sur le meilleur usage à faire du bâtiment, indépendamment du comportement humain.

Cette technologie permet beaucoup de types d’analyses concrètes. En voici quelques-unes :

• L’étanchéité à l’air : une modélisation telle que la STD qui reprend les températures des pièces et de l’extérieur permet de simuler les déplacements d’air  qui en découlent. Si les paramètres des parois ont étés correctement remplis, on pourra observer l’efficacité de l’étanchéité à l’air qui a été conçue.
• La surchauffe estivale : grâce à des paramètres tels que l’orientation des façades et les surfaces de baies vitrées, la STD peut estimer les surchauffes possibles dans le bâtiment. En effet, ce type de simulation reprend également des données météorologiques, des durées d’ensoleillement moyen,…
• Les nœuds constructifs ou ponts thermiques : de même que pour l’étanchéité à l’air, les différents paramètres du bâtiment, ainsi que la composition des parois vont permettre de visualiser les endroits présentant des faiblesses, où la chaleur est susceptible de s’enfuir et la condensation d’apparaitre.
• Les déperditions énergétiques : toutes les sources de déperditions énergétiques sont très facilement localisables. On peut donc envisager des solutions de travaux pour y remédier, ainsi que calculer les économies d’énergies, les économies financières et un retour sur investissement de façon très précise.
• Outil de comparaison : cette simulation permet de réaliser des études de faisabilité technique. On peut comparer entre elles différentes solutions techniques afin de choisir la plus efficace ou la plus appropriée à la situation. Elle permet aussi une bonne maitrise des couts.

Le logiciel PEB, déjà largement utilisé, permet de faire varier des paramètres dans le bâtiment (épaisseur d’isolant, présence d’étanchéité à l’air, type de chauffage,…) et d’en voir les effets. Cependant, celui-ci n’a pour but que de comparer des édifices entre eux en les soumettant à un même contexte normalisé et en utilisant une méthode de calcul uniforme. On ne peut donc pas prédire avec précision les consommations, mais seulement obtenir une valeur de comparaison. La STD, qui est définie pour chaque construction en fonction de son environnement propre, est donc beaucoup plus proche du comportement réel de l’habitation.

Une fois la construction réalisée, il peut être intéressant de comparer le modèle conçu avec le comportement réel. C’est possible grâce à un monitoring du bâtiment. Celui-ci consiste à récolter des données pendant la durée de vie de l’édifice grâce à des capteurs placés en différents endroits. Ces informations collectées peuvent être comparées à la simulation. Ce procédé est mis en place pour le chantier vert. On en parlera plus précisément dans un article ultérieur. Plus tard, nous espérons réaliser une STD du chantier vert afin de comparer les données réelles du monitoring, la simulation et l’encodage sur logiciel PEB.

En conclusion, Cet outil de conception virtuelle permet d’avoir une idée plus précise de la thermique du bâtiment et d’observer les interactions possibles au sein de l’édifice, ou avec l’extérieur. Couplé avec le BIM, tous les acteurs de la construction pourraient connaitre la cartographie thermique du contexte constructif du bâtiment réalisé bien avant sa construction. Le monitoring et la simulation thermique dynamique permettront également de tirer des conclusions intéressantes sur le logiciel PEB. 

Source : “Retour d'expérience de l'usage du BIM dans le secteur de la construction : ‘le Grand Egyptian Museum de Guizeh’“, Thomas Vandenbergh, BIM Manager (BESIX), troisième journée d'échanges sur la simulation numérique dans le domaine de l'Energie et des Batiments organisée par Cenaero, le CSTC et Greenwal, 12/02/2015, Charleroi, www.simulation-batiments.be

photo tirée du site Optimix-énergies.

URL: http://www.optimix-energies.fr/simulation_thermique_dynamique.html

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