Soutenance de thèse – Julie RATOVONKERY
vendredi 08 septembre 2023 à 13h30, amphithéâtre PM30 Pôle Montagne 5 Bd de la Mer Caspienne 73370 Le Bourget du Lac
DYNABIOSOL : Conception bio-inspirée d’une enveloppe solaire Photovoltaïque dynamique aux fonctionnalités évolutives
Résumé:
L’urgence climatique, l’augmentation de demandes énergétiques et l’épuisement de ressources fossiles ont mené à des ambitions énergétiques et environnementales de plus en plus élevées. Dans le secteur de bâtiment, ces ambitions visent à des bâtiments résilients, durables, à faible impact environnemental et à énergie positive. L’innovation de l’enveloppe du bâtiment, qui est un élément clé de son efficacité énergétique, est donc primordiale. En effet, l’enveloppe est souvent conçue sur des bases de fonctionnalités statiques. Pourtant, elle devrait être comme une interface adaptative et multifonctionnelle, qui échange et exploite les effets de son environnement, afin d’assurer la qualité des ambiances intérieures et la production d’énergie de fonctionnement du bâtiment. Dans ce contexte, cette thèse consiste à la conception d’une facade adaptative à composants photovoltaïques (PV) intégrés. Les fonctionnalités adaptives sont visées tant pour l’amélioration de sa performance thermique que pour la maximisation de la production électrique des modules photovoltaïques.
L’obtention d’un élément d’enveloppe, muni de fonctionnalités dynamiques et adaptatives, fait souvent recours à des systèmes mécaniques et de contrôles complexes. Pour cette raison, une approche de bioinspiration et l’utilisation des matériaux intelligents sont choisies pour obtenir des mécanismes d’adaptation flexibles et intelligemment low-tech. L’approche consiste à l’analyse thermique et électrique d’une facade photovoltaïque de base. Dans notre étude, elle est composée de modules PV bifaciaux, d’une lame d’air ventilée et d’un mur multicouche. Le principe est d’identifier des propriétés limitant cette facade à des fonctionnalités statiques. De cette manière, les êtres vivants en lien avec les propriétés identifiées et pouvant franchir ses limitations sont explorés. Par la suite, les matériaux intelligents pouvant assurer les stratégies bioinspirées sont sélectionnés afin de développer le nouveau concept. Enfin, la solution est validée grâce à des études expérimentales sur les échantillons de composants intelligents choisis et sur un prototype à échelle réduite de la facade. Des études numériques de faisabilité et d’analyse de performance énergétique à l’échelle du bâtiment sont également réalisées. Cette démarche a conduit à l’application de composants de bilames thermosensibles et réfléchissants sur le mur derrière les modules PV. Les bilames, en forme de lamelle rectangulaire sont disposés sur le mur en face des cellules PV. Lorsque la température augmente, ils fléchissent progressivement. Leur déformation cyclique permet d’ajuster les fonctionnalités de la facade suivant trois principes. Premièrement, en été, la facade photovoltaïque se rafraichit grâce à l’ombrage du mur et à la dissipation de chaleur par augmentation progressive de surface d’échange dans la lame d’air. Deuxièmement, en hiver, l’énergie solaire thermique est collectée soit en fermant la lame d’air ou par la valorisation de l’air préchauffée. Enfin, la production électrique des modules PV est optimisée grâce à la réflexion des rayons solaires vers la face arrière des modules bifaciaux par les bilames. Les études expérimentales et numériques réalisées ont permis de valider le potentiel du concept pour l’amélioration de l’efficacité énergétique, surtout pour l’augmentation de la production d’électricité et la performance thermique en été.
Composition du jury :
M. Marco FOSSA, University of Genova, Rapporteur
M. Daniel AELENEI NOVA, University Lisbon, Rapporteur
Mme Stéphanie GIROUX-JULIEN, UCBL 1, Examinatrice
M. Daniel ROUSSE, École de technologie supérieure, Université du Québec, Examinateur
M. Christian INARD, La Rochelle Université, Examinateur
M. Rodolphe MORLOT, ADEME ,Examinateur
M. Christophe MENEZO, Université Savoie Mont-Blanc, Directeur de thèse
Mme Ya Brigitte ASSOA, CEA (LITEN), Co-directrice de thèse
