Thèse Modelisation Thermo-Hygro-Aeraulique d'Un Bati Modulaire Urbain Vegetalise pour la Lutte Contre la Surchauffe Urbaine H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Claude Bernard Lyon 1 École doctorale : MEGA - Mécanique, Énergétique, Génie Civil, Acoustique Laboratoire de recherche : CETHIL - Centre d'Énergétique et de Thermique de Lyon Direction de la thèse : Abdelkrim TRABELSI ORCID 0000000308344206 Début de la thèse : 2026-11-16 Date limite de candidature : 2026-11-01T23:59:59 Face à la surchauffe urbaine et à la multiplication des canicules, le projet ANR BATIFRAI (2026-2030) développe un Bâti Modulaire Urbain (BMU) autonome en eau, associant parois végétalisées, parois actives ventilées utilisant l'eau comme vecteur thermique et toiture, afin d'offrir une zone de repli rafraîchissante et de réduire l'îlot de chaleur. La thèse vise à développer une approche de modélisation numérique pour comprendre, prédire et optimiser les performances de rafraîchissement de ce système multiphysique.

Les travaux de recherche viseront à :

développer un modèle thermo-hygro-aéraulique multiéchelle du BMU, du substrat végétalisé au dispositif, adapté à des épisodes caniculaires de plusieurs jours ;
identifier par méthode inverse les propriétés hydriques des substrats et quantifier la sensibilité et l'incertitude des performances ;
proposer des indicateurs de rafraîchissement couvrant le confort des usagers et l'impact sur l'environnement urbain proche.

La démarche couple TRNSYS, Dymola, COMSOL, ANSYS Fluent et Python dans une même chaîne de modélisation, validée sur le prototype instrumenté puis exploitée pour optimiser le dispositif. Le Bâti Modulaire Urbain (BMU) développé dans le projet ANR BATIFRAI associe dans un même dispositif semi-ouvert des parois passives végétalisées, des parois actives ventilées utilisant l'eau comme vecteur thermique et une toiture. Sa modélisation soulève plusieurs verrous scientifiques :

Le couplage multiphysique dans le complexe végétalisé. Les modèles de transferts couplés de chaleur, d'air et d'humidité (HAM) des enveloppes de bâtiment intègrent encore rarement de façon fine le substrat poreux et la végétation : évapotranspiration, régulation stomatique, échanges radiatifs du feuillage.
Le passage d'échelle. Les phénomènes vont du substrat poreux à l'environnement urbain proche. Les approches détaillées de type CFD sont trop coûteuses pour simuler des épisodes caniculaires de plusieurs jours. À l'inverse, les approches nodales et zonales exigent une réduction physique maîtrisée.
La connaissance des propriétés des matériaux. Le comportement hydrique des substrats végétalisés (courbes de rétention d'eau, conductivité hydraulique) est mal connu et très variable. Ces paramètres pèsent pourtant fortement sur les performances prédites, ce qui impose une identification par méthode inverse et une analyse rigoureuse des incertitudes.
L'évaluation des performances. Les indices de confort intérieur ne sont pas adaptés à un espace semi-ouvert, et les indices de confort extérieur ne rendent pas compte de l'effet du dispositif sur son voisinage. Il faut donc définir des indicateurs de rafraîchissement spécifiques.

Pour lever ces verrous, la thèse s'appuiera sur les compétences du CETHIL en transferts hygrothermiques dans les milieux poreux et en modélisation énergétique des bâtiments. Elle bénéficiera aussi des données expérimentales du prototype instrumenté du projet BATIFRAI