Laboratoire : Laboratoire Génie Civil et Géo

Titre : Analyse du comportement thermique et énergétique de bâtiments par modélisation statistique –
Application au suivi de parcs de bâtiments ou de logements
Financement prévu : Région
Cofinancement éventuel : Université d’Artois
(Co)-Directeur de thèse :Didier DEFER
E-mail : [email protected]
Co-directeur de thèse :
E-mail :
Laboratoire : Laboratoire Génie Civil et Géo-Environnement (EA 4515)
Equipe : Axe Réseaux Urbains - Habitat
Descriptif :
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Le sujet de recherche choisi et son contexte scientifique
Notre société fait actuellement face à des défis environnementaux, sociaux et économiques au centre
desquels se trouve la problématique de l’énergie. La limitation de la consommation énergétique et de
l’émission des gaz à effet de serre constitue actuellement un enjeu majeur qui impose de faire évoluer
notre façon de vivre dans la ville et dans ses bâtiments. L’efficacité énergétique, la production
d’énergie renouvelable, son stockage sont des domaines qui doivent mobiliser les efforts de recherche
et d’innovation. Le concept de Smartcity qui interconnecte des systèmes monitorés semble être un
modèle d’évolution de la ville qui fera le lien entre toutes les initiatives. La Région Nord - Pas de Calais
a voulu impulser une dynamique de projets dans cette direction en lançant la démarche de la Troisième
Révolution Industrielle.
Le projet Sunrise retenu dans le cadre de la définition du nouveau Contrat de Plan Etat Région vise à
développer ce concept de ville intelligente. Le bâtiment est un des éléments essentiels de ce réseau. Les
habitants des villes y passent plus de 90% de leur temps. C’est également l’endroit où plus de 40% de
l’énergie est consommée et qui est à l’origine de 25% de l’émission des gaz à effet de serre. La volonté
de réduction de la consommation énergétique et des émissions s’est traduite dans les bâtiments neufs et
rénovés par l’amélioration de la qualité de l’enveloppe, le contrôle du renouvellement d’air, l’utilisation
de systèmes plus performants. Ces investissements pour être efficaces doivent s’accompagner d’une
sensibilisation des usagers et d’une optimisation du pilotage des systèmes. Ces deux points qui
déterminent le fonctionnement réel du bâtiment sont les plus difficiles à prévoir et à contrôler.
Pour connaître ce fonctionnement ou se donner les moyens de l’influencer, certains usagers et plus
généralement les gestionnaires de parcs de logements ou de bâtiments collectent certaines informations
par relevés, enquêtes et par instrumentation. Actuellement, la mise en place de systèmes de mesure se
développe fortement à l’échelle d’un logement individuel, d’un bâtiment ou de tout un parc. Les
consommations d’eau, de gaz, d’électricité sont ou vont être de plus en plus souvent relevées à
distances ou enregistrées. L’essor de capteurs à bas coûts, communicants, sans fil,… permet de suivre
les grandeurs de l’ambiance intérieure des bâtiments comme la température, l’hygrométrie, le taux de
CO2, de CO et autres COV. Ces capteurs permettent de suivre le fonctionnement des équipements tels
que les systèmes de chauffages, de ventilation, d’assurer le comptage de l’énergie. Des contacteurs
permettent de connaître l’état d’une ouverture.
Il s’avère pourtant que le déploiement, quelque fois à grande échelle, de tous ces moyens de mesure ne
permette pas toujours de répondre aux attentes. Les détenteurs de ces relevés se trouvent confrontés à
une abondance de données issues de différentes grandeurs, de différents logements ou bâtiments et qu’il
est difficile d’analyser séparément. Elles rendent compte de phénomènes qui sont souvent déphasés,
plus ou moins corrélés, et elles sont difficilement exploitables en temps réel. Elles comportent des
composantes lentement variables auxquelles se superposent des composantes rapides d’apparence
aléatoire. Les approches par simulations physiques de type thermique dynamique ou même les modèles
simplifiés ne sont pas envisageables pour cet objectif.
Il est indispensable de pouvoir définir des procédures d’analyse suivant les informations disponibles et
les objectifs.
Le sujet de recherche proposé vise à développer une méthodologie d’analyse basée sur l’élaboration
d’indicateurs statistiques. L’analyse en composante principale et ses formes dérivées est une des pistes
qu’il sera intéressant d’explorer pour les définir. Au préalable, les signaux pourront être conditionnés
ou prétraités pour, par exemple, prendre en compte les déphasages entre les grandeurs. Ces indicateurs
pourront fournir des informations sur la performance énergétique réelle des bâtiments, sur l’impact du
comportement des occupants.
Un des apports de l’étude sera la définition des principaux capteurs à prévoir pour un suivi de bâtiment
et l’élimination de ceux dont les informations sont trop redondantes. L’optimisation du nombre de
capteurs facilitera l’élargissement de l’échantillon d’étude. Leurs études comparées pour des bâtiments
de même nature ou typologie pourront mettre en évidence des dysfonctionnements. Dans cette optique,
le suivi de certains indicateurs pourra permettre de détecter des évolutions de comportement ou de
performance des systèmes. La mise en évidence automatisée d’anomalies de fonctionnement,
d’évolutions pourra déclencher des alertes. Cette approche devrait permettre des actions de réduction de
la consommation énergétique efficaces sur des points ciblés par les indicateurs.
Ce travail sera réalisé en partenariat avec le Conseil Départemental 62, Pas de Calais Habitat, Lille
Métropole Habitat.