Topic description
Le sujet de cette thèse portera sur l'approfondissement des méthodes de caractérisation appliquées aux blocs de béton souvent réaliser par matériaux hétérogènes, en tenant compte des phénomènes complexes de transfert de chaleur par convection dans les alvéoles des blocs. Ces travaux s'inscrivent dans la continuité des recherches précédentes, qui ont exploré des matériaux plus simples, tels que les matériaux biosourcés (thèse M. ASLI). L'objectif principal est de développer et de renforcer les méthodes de caractérisation, tout en élargissant leur application aux matériaux de génie civil. Les recherches récentes menées dans le cadre de la thèse d'Emilio Sassine et J. Al Fakhoury ont permis des avancées significatives sur l'étude des parois de bâtiments à différentes échelles : blocs, briques, mortiers de joint, matériaux recyclés, murs simples, murs doubles et murs doubles remplis de billes de polystyrène. Ces travaux ont contribué au développement de plusieurs approches expérimentales et de modèles numériques, incluant des régimes permanents et des analyses via des techniques avancées, telles que les transformées de Laplace et de Fourier. Par ailleurs, des méthodes inverses ont été élaborées pour estimer des paramètres physiques difficiles à mesurer par les méthodes conventionnelles. Les recherches sur le comportement hygrothermique des matériaux biosourcés (thèse M. ASLI), ainsi que celles menées dans le cadre du Master de Majd SAOUD sur les transferts hygrothermiques dans les blocs de béton, soulignent l'importance d'approfondir les études sur les transferts couplés de masse et de chaleur dans les parois de bâtiments. Jusqu'à présent, la majorité des travaux se concentre uniquement sur les transferts de chaleur et l'évaluation de la résistance thermique des murs, négligeant ainsi les interactions complexes entre chaleur et humidité. Ce projet de thèse vise à explorer le comportement hygrothermique des blocs dans des conditions variées : à l'état sec, à saturation, et avec une humidité relative fluctuante dans le temps. Le développement d'un modèle numérique avancé permettra d'analyser ces transferts couplés, même dans des systèmes complexes où la convection naturelle joue un rôle déterminant.
Le laboratoire LGCgE dispose de tous les équipements nécessaires pour mener à bien ces travaux : outils et logiciels de calcul, banc de caractérisation thermophysique basé sur les méthodes fluxmétriques, cellules climatiques, caissons de caractérisation à l'échelle de la paroi, et un système PIV laser.
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This thesis focuses on advancing characterization methods for concrete blocks, which are often composed of heterogeneous materials, by accounting for the complex heat transfer mechanisms, particularly convection phenomena occurring within the cavities of the blocks. This research builds upon prior work, notably the thesis of Mr. ASLI, which investigated simpler biosourced materials. The primary objective is to develop and refine characterization techniques, while extending their application to a broader range of civil engineering materials.
Significant progress has already been made in this area through recent doctoral studies, including those of Emilio Sassine and J. Al Fakhoury, which contributed to the multiscale analysis of building envelope components—ranging from blocks and bricks to joint mortars, recycled materials, and various wall configurations such as single and double walls, as well as double walls filled with polystyrene beads. These investigations have led to the development of both experimental protocols and numerical models, encompassing steady-state analyses and advanced techniques such as Laplace and Fourier transforms. Furthermore, inverse modeling methods were implemented to estimate physical parameters that are otherwise challenging to measure directly.
Parallel research on the hygrothermal behavior of biosourced materials (thesis of Mr. ASLI), along with Majd SAOUD's Master's research on hygrothermal transfers in concrete blocks, underscores the need to further investigate coupled heat and moisture transport within building envelopes. To date, much of the work in this domain has focused primarily on thermal conductivity and thermal resistance, often overlooking the interdependent dynamics between temperature and moisture gradients.
This thesis aims to bridge that gap by exploring the hygrothermal behavior of masonry blocks under various environmental conditions: in dry, saturated, and transient humidity states. A central goal is the development of a high-fidelity numerical model capable of simulating coupled heat and mass transfer in these systems, particularly in cases where natural convection significantly influences the behavior.
The research will be conducted at the LGCgE laboratory, which is fully equipped to support this work. Available resources include advanced computational tools and software, a thermophysical characterization bench based on fluxmetric methods, climatic chambers, full-scale wall testing setups, and a laser PIV (Particle Image Velocimetry) system for fluid flow visualization.
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Début de la thèse : 26/08/
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