Improving the analysis of radiant thermal effects on children

Résumé

Le confort thermique des enfants est un facteur important à prendre en compte dans les écoles et les garderies, car il a une incidence sur leur concentration, leur assiduité et leur bien-être général. De récentes études ont montré que les enfants ne sont pas confortables dans les écoles et que les adultes ne sont pas en mesure de prédire et d'ajuster correctement l'environnement pour répondre à leurs préférences thermiques. Or, ces espaces sont généralement conçus en fonction des charges thermiques d’occupants adultes, et le confort qui en découle est présentement évalué à l'aide de méthodes développées pour les adultes, même dans le cas où ces espaces sont occupés de façon prédominante par de jeunes occupants. Or, la plupart des paramètres de conception et des méthodes d'évaluation appliqués dans ce contexte n'ont pas été validés pour des enfants. L'un de ces paramètres est le facteur de forme, qui est utilisé pour calculer la température moyenne de rayonnement, un indice qui quantifie l'échange thermique radiatif entre l'occupant et son environnement. Cette thèse vise à combler cette lacune en analysant les méthodes utilisées pour prédire et évaluer le confort thermique des enfants, en mettant l'accent sur l'aspect radiatif de leurs échanges thermiques. À la lumière de l’objectif énoncé, des mannequins numériques détaillés représentant des adultes, similaires aux sujets des expériences pionnières de Fanger, sont générés et utilisés pour évaluer diverses hypothèses méthodologiques. La précision des méthodes de calcul numérique par lancer de rayons (raytracing) et hémicube est comparée. L'effet de la pose du mannequin est étudié en position debout et s'avère avoir une influence significative sur la correspondance des données avec la littérature. La posture du mannequin adulte est donc calibrée afin de garantir que les résultats correspondent étroitement à ceux de l'homme moyen issu des expériences de Fanger. Une comparaison approfondie entre trois configurations de sièges démontre que le blocage du rayonnement provenant du sol par un siège est significatif dans tous les cas. La présence d'un siège réduit la température radiante moyenne de 2 °C dans les deux scénarios simulés avec des chaises de bureau et d'école. L'hypothèse de symétrie antérieure/postérieure, actuellement acceptée dans la littérature et utilisée dans toutes les normes de confort thermique, est réfutée en présence de sièges, ce qui nécessitera un changement méthodologique important dans toutes les futures études sur les données de rayonnement humain en position assise. La méthode rigoureuse mise au point comble plusieurs lacunes constatées dans la littérature sur les facteurs de forme, et permet le calcul numérique des facteurs de surface projetée et des facteurs de forme des mannequins numériques pour toute population étudiée. Cette nouvelle méthode est ensuite appliquée à un mannequin numérique représentant un garçon de 5 ans afin de déterminer si les données relatives au rayonnement chez les enfants diffèrent significativement de celles chez les adultes. Un mannequin représentant un garçon de 5 ans est utilisé pour représenter la tranche d'âge la plus jeune de la population scolaire. Les mannequins représentant des enfants et des adultes sont générés en position debout et assise, avec trois différents types de sièges. En position assise, la différence entre les adultes et les enfants s'avère insignifiante. La taille plus petite et l'ombrage réduit des chaises d'école par rapport aux chaises de bureau expliquent la plupart des différences observées entre les données de rayonnement des enfants et des adultes. Les résultats indiquent toutefois que les enfants présentent des données de rayonnement distinctes de celles des adultes en position debout. Dans les deux scénarios étudiés, l'un avec un plancher chauffant et l'autre avec un plafond rafraîchissant, les différents facteurs de surface projetée des enfants les conduisent à subir une température radiante moyenne supérieure de 1 °C à celle des adultes, ce qui affecte leur confort thermique. La thèse conclut que les caractéristiques propres des enfants justifient qu’une attention particulière leur soit accordée dans les normes de confort thermique. En position debout, des facteurs de rayonnement spécifiques aux enfants devraient être utilisés pour la conception et l'évaluation des espaces où ils représentent l’occupant dominant. En position assise, les facteurs de rayonnement utilisé pour les adultes et les enfants devraient être révisés afin de tenir compte de l'effet d'ombrage des sièges, qui seront inévitablement présents. Pour cette position, l'hypothèse de symétrie antérieure/postérieure devrait être abandonnée au profit d'une prise en compte complète des échanges radiatifs entre le corps humain et son environnement. Des recherches supplémentaires doivent être menées sur le confort thermique des enfants, en particulier sur l'applicabilité des équations de vote moyen prévisible (PMV) actuellement utilisées pour évaluer le confort thermique des enfants, et évaluer l’effet des caractéristiques propres des enfants sur d'autres modes d'échange thermique.

Date	18 déc. 2025
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Katherine D'Avignon (Directeur(-trice))