Elaboration de stratégies optimales de rénovation de parcs de bâtiments : Intégration du phasage et des contraintes

Elaboration of optimal retrofit strategies for building stocks : integration of phasing and constraints

• Auteur / Autrice : Yannis Merlet
• Direction : Monika Woloszyn, Simon Rouchier, Arnaud Jay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil et Sciences de l'Habitat
• Date : Soutenance le 15/07/2020
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire procédés énergie bâtiment (Le-Bourget-du-Lac, Savoie, France ; 2002-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Jacques Roux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Rivallain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Roux, Christian Inard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bâtiments existants

Constructions -- Réfection

Mots clés libres

Rénovation

Parc de bâtiments

Optimisation multi-objectifs

Phasage

Contraintes

Retrofit

Building stock

Multiobjective optimisation

Phasing

Constraints

Résumé

Les bâtiments existants représentent une part non négligeable de la consommation d’énergie dans les pays développés. Afin de diminuer leur impact, des projets de rénovation énergétique à grande échelle devront être lancés. Leur planification est complexe, et l’identification de stratégies optimales est souvent rendue complexe par la multitude de possibilités. Ces travaux de thèse visent à contribuer à la génération de solutions optimales de réhabilitation à l’échelle du parc de bâtiment. Pour cela, une méthode d’optimisation multi-objectifs basée sur les algorithmes génétiques est employée. Cet algorithme d’optimisation a été intégré dans une plateforme d’optimisation spécifiquement développée dans ce travail pour intégrer d’autres composants : un outil de simulation thermique dynamique pouvant simuler un parc de bâtiments (EnergyPlus), et une liste de travaux possibles. Les travaux de rénovation étudiés touchent à l’enveloppe : les parois opaques extérieures et les menuiseries sont traitées. Les solutions sont évaluées sur le besoin de chauffage, de surchauffe estivale et le coût des travaux. En pratique, les projets de rénovation doivent respecter une multitude de contraintes (techniques, réglementaires). Plusieurs méthodes pour les prendre en compte ont été testées afin de sélectionner la plus efficace, du point de vue de la diversité des solutions obtenues et du temps de calcul nécessaire pour l’optimisation. Le second verrou était d’ajouter la gestion du phasage des travaux à la plateforme de simulation, afin de rapprocher les stratégies optimales de la réalité des modes de gestion de parcs de bâtiment. Le phasage des travaux est réalisé en tenant compte du budget annuel disponible pour le gestionnaire de parc. Chacun de ces développements a été testé sur une étude de cas basée sur une problématique réelle d’un bailleur social : un parc de 3 immeubles de logement collectifs a été modélisé afin d’y appliquer les méthodes développées pour l’intégration des contraintes et la prise en compte du phasage.

Existing building stock accounts for a significant share of energy consumption in developed countries. In order to reduce their impact, large-scale energy renovation projects will have to be launched. Their planning is complex, and the generation of optimal strategies is often complicated by the large amount of possibilities. The aim of this PhD thesis is to contribute to the generation of optimal rehabilitation solutions at the scale of the building stock. For this purpose, a multi-objective optimization method based on genetic algorithms is used. This optimization algorithm has been integrated into a frameworkspecifically developed during this thesis to integrate multiple components : a dynamic thermal simulation tool that can simulate a building stock (EnergyPlus),and a list of possible retrofit works. The retrofit works studied concern the envelope, focusing on ceilings, floors, vertical walls and windows. The solutions are evaluated on their heating needs, summer overheating and the cost of retrofit strategy. In practice, renovation projects must respect a multitude of constraints (technical, regulatory). Several methods for taking them into account have been tested in order to select the most efficient, in terms of the diversity of solutions obtained and the calculation time required for optimisation. The second challenge was to add the management of the phasing to the simulationframework, in order to bring the optimal strategies closer to the reality of building stock management methods. The phasing of the works is carried out taking intoaccount the annual budget available to the stock manager. Each of these developments has been tested on a case study based on a realproblem of a social housing building stock : 3 collective housing buildings has been modelled in order to apply the methods developed for the integration of constraints and the integration of the phasing of the work.