Recherche et innovation

EL KHATTABI - Optimisation holistique et multidisciplinaire de la conception des bâtiments à énergie positive avec modèles de substitution

statut du projet | En cours
Détails de la manifestation
Appel à projets de recherche : AAC Thèses - Appel à candidatures Thèses ADEME
Année de l’appel à projets : 2019
Organisme coordinateur : LOCIE
Partenaires :
Partenaires :
Zone d’implantation
des porteurs du projet :
Auvergne-Rhône-Alpes

L’objectif de ce projet de thèse est la mise en œuvre d’une méthodologie d’optimisation holistique et multidisciplinaire de la conception des bâtiments à énergie positive, incluant d’une part des données et critères de performance à la fois quantitatifs et qualitatifs, et d’autre part des modèles de substitution pour limiter les temps de calcul.

La future Réglementation Environnementale RE2020 a comme perspective la généralisation à moyen terme des bâtiments à énergie positive et bas carbone. Au-delà des critères énergétiques, économiques et environnementaux qui sont toujours traités de façon quantitative, le processus de conception réel intègre également des aspects sociaux et juridiques qui peuvent à la fois être quantitatifs et qualitatifs. Une méthodologie d’optimisation multidisciplinaire de la conception devrait donc être adoptée pour définir des solutions sociotechniques qui permettent de concevoir des bâtiments durables tout en préservant le bien-être des usagers. Ceci nécessite l’introduction de grandeurs qualitatives aussi bien pour les critères d’optimisation que les hypothèses de simulation. Par ailleurs, l’optimisation holistique de la conception des bâtiments est très peu développée car elle est très coûteuse en temps de calcul. L’utilisation des modèles de substitution est une approche récente qui permet de résoudre ce verrou.

Optimisation holistique et multidisciplinaire 

L’optimisation de la conception des bâtiments doit être réalisée par une approche holistique qui consiste à traiter le bâtiment dans sa globalité en tenant compte des interactions entre l’enveloppe du bâtiment, les systèmes, les usagers ainsi que l’environnement extérieur. Ce processus de conception fait intervenir plusieurs disciplines (architecture, énergie, physique du bâtiment, mécanique des structures, droit, sciences humaines et sociales, économie et gestion, etc.) qui ont été « traditionnellement » traitées de manière séquentielle. Ceci ne permet pas forcément d’obtenir l’optimum global recherché. C’est généralement l’expérience des concepteurs, la notion de compromis et les intérêts des décideurs qui justifient au final le choix de la solution adoptée, à l’issue d’un processus intégrant des événements pas forcément prévisibles. Malgré l’importance des critères socio-économiques et juridiques, ils sont très rarement pris en compte dans les processus d’optimisation car difficilement quantifiables avec des approches classiques de calcul. Le principal objectif de la thèse consiste donc à mettre en œuvre une méthodologie d’optimisation multidisciplinaire de la conception des bâtiments grâce à un modèle global et des critères de performances intégrant également des aspects qualitatifs.

Prise en compte du comportement des occupants dans le bâtiment

Les interactions des occupants avec le bâtiment jouent un rôle fondamental sur les performances réelles du bâtiment, d’autant plus important pour les bâtiments à très faibles besoins énergétiques. Ces comportements sont souvent pris en tant que scénarios fixes dans les simulations dynamiques par manque de connaissance sur les mécanismes conducteurs de ces comportements pouvant être quantifiables ou non quantifiables (physiologiques, sociaux, psychologiques, etc.). Il faut donc mieux représenter les occupants lors de l’optimisation de la conception des bâtiments avec des modèles plus réalistes (enquêtes, modèles à base d’agents, logique floue, etc.).

Conception multi acteurs

Plusieurs acteurs (parties prenantes) peuvent intervenir dans un projet de construction de bâtiment (architectes, ingénieurs, juristes, économistes, constructeurs, pouvoirs publics, etc.). Ces acteurs interviennent dans différentes phases de la conception et peuvent avoir des visions et objectifs différents quant à la solution finale. Par conséquent, on envisage dans cette thèse d’intégrer le rôle des acteurs et les interactions entre eux afin d’améliorer la coordination, la communication et même la négociation entre eux.

Réduction des temps de calculs 

Le processus d’optimisation de la conception des bâtiments est souvent coûteux en temps de calcul. Cela est dû principalement à :

  • la complexité du modèle provenant de la modélisation holistique du bâtiment
  • le nombre de paramètres de décision
  • l’algorithme d’optimisation (nombre d’alternatives testées)
  • la prise en compte du cycle de vie
L’utilisation des modèles de substitution de type Krigeage constitue une solution prometteuse qui permet de résoudre ce verrou.

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