Optical and energy performance analysis of multi-layer glazing systems incorporating solid-solid phase change materials

Résumé

Les systèmes de vitrage constituent l’un des composants les plus sensibles du point de vue énergétique de l’enveloppe du bâtiment en raison de leur faible inertie thermique et de leur forte transmittance solaire, en particulier dans les bâtiments fortement vitrés. L’intégration de matériaux à changement de phase dans les systèmes de fenestration est apparue comme une stratégie passive prometteuse pour améliorer la régulation thermique; toutefois, l’obtention de gains énergétiques sans compromettre les performances optiques et en assurant un comportement adapté aux conditions climatiques demeure un défi majeur. Cette thèse examine les performances optiques et énergétiques de systèmes de vitrage multicouches intégrant des matériaux à changement de phase solide–solide comme dispositifs de stockage latent d’énergie thermique. Une modélisation numérique avancée, fondée sur la dynamique des fluides numérique et la méthode des volumes finis, est mise en œuvre afin de simuler les transferts thermiques transitoires, les échanges radiatifs, le comportement de transition de phase ainsi que la convection naturelle au sein des cavités de vitrage sous des conditions climatiques réalistes. Les performances des systèmes de vitrage proposés sont évaluées pour différents climats, orientations et scénarios météorologiques extrêmes. Les résultats montrent que les matériaux à changement de phase solide–solide peuvent accroître l’inertie thermique et réduire les besoins en chauffage et en climatisation dans les climats à prédominance de chauffage et les climats mixtes, lorsque des températures de transition de phase et des propriétés matérielles appropriées sont sélectionnées. L’efficacité du système proposé se révèle fortement dépendante du climat. Dans les climats à prédominance de chauffage, tels que celui de Montréal, la convection naturelle joue un rôle négligeable en conditions estivales, tout en exerçant une influence significative sur la dynamique de transition de phase et les performances énergétiques globales en période hivernale. Les analyses optiques confirment en outre que des couches de matériaux à changement de phase soigneusement conçues permettent de maintenir une transparence visuelle complète durant les heures d’occupation, ce qui en favorise l’application dans les bâtiments commerciaux et de bureaux. Globalement, cette thèse propose une évaluation complète et fondée sur la physique des systèmes de vitrage intégrant des matériaux à changement de phase et fournit des éléments quantitatifs ainsi que des orientations de conception pour le développement de technologies de fenestration intelligentes, écoénergétiques et adaptées aux conditions climatiques.

Date	21 juil. 2026
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Wahid Maref (Directeur(-trice)) & Hamed H Saber (Codirecteur(-trice))