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Métrologie numérique dimensionnelle appliquée à la caractérisation des propriétés hygrothermiques du bois dans la construction

Offre de thèse

Métrologie numérique dimensionnelle appliquée à la caractérisation des propriétés hygrothermiques du bois dans la construction

Date limite de candidature

02-06-2025

Date de début de contrat

01-10-2025

Directeur de thèse

FAKRA Damien

Encadrement

Directeur de thèse : Damien FAKRA - Maitre de conférences HDR - LERMAB - damien.fakra@univ-lorraine.fr Co-encadrant de thèse : Rabah DJEDJIG - Maitre de conférences - LERMAB - rabah.djedjig@univ-lorraine.fr Encadrement du directeur principale sur la métrologie, thermique de l'enveloppe, thermogrammétrie, technique de publication et simulation hygrothermique. Encadrement du coencadrant sur le transfert de chaleur, caractérisation hygrothermique et la simulation dynamique via WUFI.

Type de contrat

Concours pour un contrat doctoral

école doctorale

SIMPPÉ - SCIENCES ET INGENIERIES DES MOLECULES, DES PRODUITS, DES PROCEDES ET DE L'ÉNERGIE

équipe

Efficacité Energégique du Bâtiment et de l'Industrie

contexte

En 2021, l'État français a mis en avant le secteur de la rénovation et de la maintenance des bâtiments comme un pilier clé du développement du génie civil pour les 30 prochaines années, soutenu par le plan 'France Relance'. Ce secteur nécessite des innovations dans les matériaux de construction, notamment bois et dérivés, dont les propriétés thermiques et hydriques doivent être mieux caractérisées pour répondre aux défis liés à la performance énergétique, au confort, et à la santé des usagers. Ces matériaux, soumis à des environnements variés, posent des difficultés pour des mesures précises in situ, essentielles pour les bilans de flux et la modélisation des performances. Actuellement, le manque d'équipements adaptés freine les recherches sur ces matériaux, compliquant la rénovation énergétique et la réhabilitation des bâtiments anciens. Une recherche approfondie est indispensable pour développer des dispositifs de mesure précis, non destructifs, et adaptés à des conditions réelles, afin d'optimiser les choix de matériaux et les performances environnementales des bâtiments.

spécialité

Énergie et Mécanique

laboratoire

LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le Matériau Bois

Mots clés

Métrologie, Propriétés hygrothermique, Caractérisation expérimentale, Photogramétrie, Bois de construction, Simulation numérique

Détail de l'offre

En 2021, l'État français a mis en avant la rénovation et la maintenance des bâtiments comme un secteur clé pour les 30 prochaines années, soutenu par le plan 'France Relance'. Ce secteur nécessite des innovations dans les matériaux de construction, notamment le bois et ses dérivés, pour améliorer la performance énergétique, le confort et la santé des usagers. Les mesures précises in situ des propriétés thermiques et hydriques des matériaux sont essentielles, mais le manque d'équipements adaptés freine les recherches. Le projet de thèse vise à améliorer les protocoles de mesure in situ et à développer un prototype de mesure des propriétés thermiques et hydriques des parois en utilisant la métrologie numérique dimensionnelle. Les étapes comprennent la validation des protocoles et des systèmes de mesure, ainsi que l'application de ces dispositifs pour créer une base de données sur les propriétés des nouveaux matériaux à base de bois. Les contributions de la thèse incluent le développement de méthodologies de mesure in situ non destructives, la validation expérimentale, le développement d'une base de données sur les propriétés des matériaux en bois, et l'évaluation de l'impact de ces mesures sur la performance énergétique et environnementale des bâtiments. Les résultats seront utiles aux secteurs BTP locaux, nationaux et internationaux, et feront l'objet de publications scientifiques.

Keywords

Metrology, Hygrothermal Properties, Experimental characterization, Photogrammetry, Wood construction, Numerical Simulation

Subject details

Scientific Context and Challenges: In 2021, the French government identified the renovation and maintenance of buildings as a key sector for civil engineering development over the next 30 years, supported by the 'France Relance' plan. This sector demands innovations in construction materials, particularly wood and wood-derived products, whose thermal and moisture-related properties need better characterization to address challenges linked to energy performance, user comfort, and health. These materials, exposed to various environments, present challenges for precise in-situ measurements, which are crucial for energy flux analysis and performance modeling. Currently, the lack of suitable equipment hinders research in this area, complicating energy renovation and the rehabilitation of old buildings. In-depth research is necessary to develop precise, non-destructive measurement devices adapted to real-world conditions, optimizing material selection and environmental performance of buildings. Research Objectives: The thesis project aims to first improve existing in-situ measurement protocols. Following this step, it will involve designing or enhancing a prototype for measuring thermal and moisture properties on a real-scale building wall, leveraging dimensional digital metrology techniques. The subsequent steps will focus on validating the protocol, measurement system, and associated models. Finally, the experimental device will be applied to create a database of thermal and moisture properties of innovative or unregistered wood-based materials. Research Program and Methodology: The detailed scientific program is structured as follows: 1. State of the Art: Conduct a literature review on current in-situ measurement techniques. 2. Prototyping: Design or improve a device for real-scale measurement of thermal and moisture properties of materials. 3. Experimental Validation: Develop and validate the measurement protocol on representative samples and in real-world settings. 4. Database Development: Build a database of thermal and moisture properties of innovative or unregistered wood-based materials. 5. Practical Applications: Demonstrate the device's utility in practical cases of renovation/rehabilitation or sustainable construction. Expected Contributions: The thesis is expected to provide: 1. Development of an in-situ, non-destructive measurement methodology for thermal and moisture properties of building materials and envelopes. 2. Experimental validation of the developed methods and tools. 3. Creation of a database of thermal and moisture properties for wood-based materials used in construction in France. 4. Application of the measurement method in real-world cases, such as building renovation (reuse or recycling of components and materials) and innovative material projects. 5. Assessment of the impact of in-situ measurements on the accuracy of building energy performance evaluation and environmental impact. These contributions will benefit the local construction sector and have national and international relevance for energy renovation and performance improvement issues. The selected PhD candidate will deliver: • An innovative methodology for non-destructive in-situ measurements. • Validated prototypes and models for material characterization in real conditions. • A unique database of wood-based materials and their thermal and moisture properties. • Insights on environmental and energy impacts measured in renovated buildings. All research findings are expected to be published in scientific journals.

Profil du candidat

- Formation initiale : Master ou diplôme d'ingénieur en Génie Civil, Sciences des Matériaux, Énergétique, métrologie ou domaines connexes.
- Compétences techniques : Thermodynamique, transfert de chaleur et d'humidité, instrumentation scientifique, simulation numérique (programmation au choix).
- Qualités personnelles : Rigueur, autonomie, esprit d'innovation, aptitude au travail en équipe et en environnement interdisciplinaire.
- Une expérience en expérimentation in-situ ou en conception de dispositifs expérimentaux serait un plus.
- Une très bonne maitrise de l'anglais (parlé et écrit) est indispensable.

Pour toute thèse proposée au sein de l'Ecole Doctorale, le futur doctorant devra bien être titulaire d'un master (diplôme de master/d'ingénieur français ou étranger …) justifiant d'un parcours remarquable.
Dans tous les cas (diplôme de master ou d'ingénieur français ou étranger …) le dossier doit comporter :
• le CV du candidat et lettre de motivation
• les notes obtenues au diplôme conférant le grade de master, mention 'Assez Bien' requise au minimum et copie du diplôme s'il est disponible
• 2 lettres de recommandations émanant du Responsable de la filière de formation et du tuteur de stage de fin d'études
• des éléments tangibles sur l'initiation à la recherche (mémoire de recherche, publication, ...).
Le dossier complet de candidature doit être envoyé à la direction de thèse par les adresses messageries des directeurs de thèses :
- Directeur de thèse Damien FAKRA : damien.fakra@univ-lorraine.fr
- Co-encadrant de thèse Rabah DJEDJIG : rabah.djedjig@univ-lorraine.fr

Candidate profile

• Education: Master's degree or engineering diploma in Civil Engineering, Materials Science, Energy, Metrology, or related fields.
• Technical Skills: Thermodynamics, heat and moisture transfer, scientific instrumentation, numerical simulation (programming optional).
• Personal Qualities: Rigor, autonomy, innovative mindset, teamwork, and interdisciplinary collaboration.
• Additional Experience: In-situ experimentation or experimental device design is a plus.
• Language Skills: Proficiency in English (written and spoken) is essential.

All applicants to the Doctoral School SIMPPÉ must have successfully completed a Master degree or its equivalent with a grade comparable to or better than the French grade AB (corresponding roughly to the upper half of a graduating class). In all cases (French or foreign Master degree, engineering degree, etc.) the counsel of the doctoral school will examine the candidate's dossier, which must include:
• CV and letter of motivation
• the grades obtained for the Master (or equivalent) degree and a copy of the diploma if it is available
• 2 letters of recommendation, preferably from the director of the Master program and the supervisor of the candidate's research project
• written material (publications, Master thesis or report, etc.) related to the candidate's research project.
The complete application file must be sent to the thesis supervisors by email :
- Thesis Supervisor Damien FAKRA : damien.fakra@univ-lorraine.fr
- Thesis Co-superviosor Rabah DJEDJIG : rabah.djedjig@univ-lorraine.fr

Référence biblio

- [1] : D. Samri, “Analyse physique et caractérisation hygrothermique des matériaux de construction : approche expérimentale et modélisation numérique,” Ecole Nationale des Travaux Publics de l'Etat, thèse de doctorat, 2008.
- [2] : S. Mohaine, Etude des propriétés thermiques et mécaniques des bétons isolants structurels incorporant des cénosphères. PhD thesis, ´Ecole centrale de Nantes, 2018.
- [3] : Y. Perrot, Influence des propriétés de la matrice sur le comportement mécanique de matériaux composites verre/polyester utilisés en construction navale de plaisance-Cas des résines polyester limitant les émissions de styrène. PhD thesis, Université de Bretagne Sud, 2006.
- [4]: Y. El Masri and T. Rakha, “A scoping review of non-destructive testing (NDT) techniques in building performance diagnostic inspections,” vol. 265, p. 120542.
- [5]: I. Dias, I. Flores-Colen, and A. Silva, “Critical analysis about emerging technologies for building's façade inspection,” vol. 11, no. 2, p. 53.
- [6]: E. Diz-Mellado, E. J. Mascort-Albea, R. Romero-Hern´andez, C. Gal´an-Mar´ın, C. Rivera-G´omez,
- [7]: J. Ruiz-Jaramillo, and A. Jaramillo-Morilla, “Non-destructive testing and finite element method integrated procedure for heritage diagnosis: The seville cathedral case study,” vol. 37, p. 102134.