Modélisation des échanges énergétiques entre la surface d’une toiture végétalisée extensive et un panneau photovoltaïque

La densification et l'artificialisation croissante du milieu urbain ont induit de nombreux impacts négatifs à l'échelle de la ville et rendent ce milieu ultra contraint d'un point de vue des besoins d'énergie et du confort thermique. De plus, la demande en énergie a considérablement augmenté et le secteur du bâtiment est responsable, à lui seul, de 44% de l'énergie consommée en France chaque année. Les impacts négatifs sont d'ores et déjà perceptibles pour les habitants et le phénomène d'Ilot de Chaleur Urbain (ICU) est observé dans la plupart des grandes métropoles. L'ensemble des toitures planes en ville représente environ 20 à 25% de la surface totale de la ville. Cependant, ces surfaces sont globalement inexploitées alors qu'elles sont le lieu privilégié pour les échanges thermiques et hydriques entre le bâtiment et son environnement. Une solution intéressante pour végétaliser le milieu urbain et favoriser la production d'énergie en ville consiste à introduire des toitures végétales extensives sur les toitures planes associées à des panneaux photovoltaïques. La toiture végétalisée permet de répondre à un certain nombre de fonctions écosystémiques et les panneaux photovoltaïques produisent de l'électricité sur le lieu de consommation. Ces dernières années cette solution n'a pas été perçue comme une opportunité et les deux systèmes ont plutôt été mis en concurrence. Dans ce contexte, cette thèse doit permettre d'évaluer les impacts individuels et réciproques, qu'ils soient positifs ou négatifs, des deux sous-systèmes lorsqu'ils sont associés. En effet, il est attendu que le flux d'évapotranspiration de la toiture végétalisée induise un abaissement de la température des cellules photovoltaïques, favorisant la production électrique. Les travaux menés ont permis d'évaluer expérimentalement la performance de parcelles végétalisées sur la production électrique des panneaux photovoltaïques. De plus, plusieurs modèles ont été développés pour simuler le comportement thermique des panneaux en fonction des conditions météorologiques dans lesquelles ils se trouvent à l'aide la méthode de Monte Carlo. Ces modèles ont été appliqués à l'évaluation de la performance énergétique à l'échelle du système photovoltaïque seul mais également à l'échelle du bâtiment afin de déterminer ses besoins en énergie (chauffage et climatisation). Un modèle Monte Carlo a aussi été mis en place à l'échelle de la cellule photovoltaïque avec des premiers résultats prometteurs pour de tels systèmes en condition réelles de fonctionnement.