Les architectes, les urbanistes et les ingénieurs sont fortement sollicités pour élaborer des méthodes de conception permettant de limiter l’impact environnemental de l’urbanisation. De nombreux travaux montrent que des phénomènes climatiques comme l’îlot de chaleur urbain sont à la fois les causes et les conséquences de l’augmentation de la consommation énergétique à l’échelle de la ville. Par ailleurs, l’expertise énergétique des bâtiments est possible avec des outils opérationnels qui ne prennent pas correctement en compte les conditions climatiques à petite échelle spatiale alors qu’il est démontré que leurs effets sont avérés. Souvent négligé, l’impact direct et indirect de l’aménagement constitue pourtant une piste intéressante pour la régulation énergétique passive. Pour étudier ces phénomènes, nous proposons dans cette thèse d’utiliser un outil de simulation microclimatique, reposant sur le couplage d’un modèle thermoradiatif et d’un code de mécanique des fluides numérique. Dans une première partie, nous développons un modèle de sol et un modèle thermique de bâtiment, ce dernier permettant le calcul des consommations énergétiques d’un bâtiment interagissant avec son environnement urbain. Nous les intégrons à l’outil de simulation thermoradiative (Solene), puis adaptons la procédure de couplage physique avec l’outil de simulation thermoaéraulique (Fluent). Dans une deuxième partie, nous caractérisons le comportement d’un bâtiment de référence en site isolé et décrit par des paramètres variables, en établissant des classes de consommations énergétiques à partir d’une méthode statistique d’étude de sensibilité multicritères. Enfin, nous réutilisons ces classes de bâtiments dans un contexte urbain réel, le projet Lyon Confluence, pour analyser l’impact de deux modes d’aménagement des îlots étudiés : un aménagement minéral et un aménagement végétal. Cette dernière partie fait ressortir deux résultats principaux à savoir l’écart important entre des consommations énergétiques simulées en contexte théorique isolé et simulées en site urbain, puis, l’économie potentielle d’énergie entre deux choix d’aménagement urbain pour un même projet..

Modeling and simulation of urban microclimates - Study of the urban planning impact on the buildings energy consumption

Architects, urban designers and building engineers are more and more sollicited to develop design methods that reduce the environnemental impact of urbanization. Many studies show that climatic phenomena such as urban heat island are both the causes and the consequences of the energy demand increase at the whole urban scale. Furthermore, energetic expertise of the buidings is allowed by operational tools that presently do not properly take into account the climatic conditions at a small spatial scale, although their effects have been demonstrated. Usually neglected, the direct or indirect impact of the urban planning is however an interesting way for passive thermal control. To study these phenomena, we propose in this work to use a microclimatic simulation tool, relying on the coupling of a thermoradiative model and a CFD computation tool. In a first part, we develop a soil model and a inner building thermal model, this last one allowing to compute the energy consumption of a building interacting with its urban environment. They are both integrated into the thermoradiative (Solene), then the coupling procedure with the CFD tool (Fluent) is adapted accordingly. In the second part, we analyse the behaviour of a reference building, located in an isolated site and described by a set of variable parameters, and we establish classes of energy consumption using a statistical method for multicriteria sensitivity analysis.