Thèse soutenue

Méthode pour la détection de défauts des systèmes énergétiques : couplage expertise et méthode de réduction de dimensions
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Auteur / Autrice : Hugo Geoffroy
Direction : Evelyne GonzeGérard Sauce
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie Civil et Sciences de l'Habitat
Date : Soutenance le 15/12/2020
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 d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)
Jury : Président / Présidente : Valérie Roy
Examinateurs / Examinatrices : Julien Berger, Gaël Huerre
Rapporteurs / Rapporteuses : Erwin Franquet, John Richard Littlewood

Résumé

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Le secteur du bâtiment est responsable d’approximativement 41% des consommations en énergie primaire. Les directives internationales cherchant à réduire les consommations énergiques et émissions de gaz à effet de serre, s’intéressent logiquement à ce secteur. C’est pourquoi ces dernières tendent vers la création et la rénovation de bâtiments et de systèmes toujours plus performants énergétiquement. Parmi les consommations énergétiques du bâtiment, 50% proviennent de l’utilisation des systèmes assurant de bonnes conditions intérieures comme le chauffage, la ventilation et la climatisation (CVC). Néanmoins, l’analyse des données de consommation réelle des bâtiments met en évidence un écart entre les estimations issues des calculs de la phase de conception et les mesures. Ces différences peuvent notamment s’expliquer par le mauvais fonctionnement des systèmes installés. Les dysfonctionnements des systèmes énergétiques induisent des gaspillages de consommation énergétiques allant de 25% à 50%, pouvant être réduits considérablement avec un suivi continu. Ces mauvais fonctionnements sont dus à ce que l’on appelle des défauts du système. Ils peuvent prendre des formes différentes comme la dérive de capteur, des pannes ou des problèmes de réglage ou d’entretien. Les méthodes comme le commissionnement des bâtiments et la détection de défauts sont très efficaces pour la réduction des consommations parasites des systèmes. Ainsi elles sont des leviers majeurs pour la réduction des consommations énergétiques dans le secteur du bâtiment. Ces méthodes permettent de déceler l’apparition d’un défaut dans un système et d’en informer les services de maintenance et d’exploitation. L’objectif de ce travail de thèse est le développement d’une méthode de détection de défauts permettant de lever plusieurs des verrous scientifiques et technologiques s’opposant à la diffusion de ce type d’outil. La méthode de détection de défauts développée est hybride, basée sur l’expertise (knowledge-based) et sur les données relevées (data-based). Ce couplage en fait un outil efficace et adaptable, qui permet le suivi et l’estimation de l’état du système en temps réel grâce à un traitement en continu des données par des règles expertes. Les résultats sont alors présentés sous forme de cartes de l’état de fonctionnement du système, obtenues via des méthodes de réduction de dimension. Cet outil est testé sur des systèmes de ventilation dans le cas d’un bâtiment neuf et d’un bâtiment existant. Pour le premier, des données de fonctionnement du système sont générées numériquement afin d’établir les cartes. La détection de défauts est ensuite validée grâce à des données expérimentales de fonctionnement d’un système réel recueillies en environnement semi-contrôlé. Les données expérimentales, correspondant aux fonctionnements du système en condition nominale et défectueux, sont projetées sur les cartes afin de vérifier leur capacité de détection de défauts. Dans le cas de bâtiments existants la méthode est testée sur des données réelles relevées sur plusieurs années. Ces études démontrent l’efficacité de la méthode pour détecter rapidement les défauts du système