Conception d’un dispositif de mesure de BSDF pour l’éco-conception de bâtiments
Auteur / Autrice : | Anna Andreani |
Direction : | Raphaël Labayrade |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Énergétique |
Date : | Soutenance le 07/02/2020 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire génie civil et bâtiment (Vaulx-en-Velin, Rhône) |
établissement opérateur d'inscription : Ecole nationale des travaux publics de l'Etat (Vaulx-en-Velin, Rhône ; 1975-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Roland Brémond |
Examinateurs / Examinatrices : Christine Andraud | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Holzschuch, Lionel Simonot |
Mots clés
Résumé
Dans un contexte de raréfaction des énergies primaires, il est nécessaire d’œuvrer pour la réduction des consommations énergétiques liées à l’éclairage dans les bâtiments tout en garantissant que les occupants bénéficient d'un bon confort visuel. La simulation physico-réaliste à l’aide de logiciels de simulation de la lumière constitue un outil d’évaluation de diverses variantes d’un bâtiment. Elle peut être mobilisée au sein d’approches d’optimisation multi-critères dans l’optique du déploiement de systèmes d’aide à la décision ayant vocation à identifier les meilleurs compromis possibles entre consommation énergétique et confort des usagers. Dans la mesure où les propriétés optiques des matériaux constitutifs des bâtiments (opaques, transparents, colorés, isotropes, anisotropes et présentant des textures ou des micro-reliefs) constituent une donnée d’entrée des logiciels de simulation de la lumière, leur caractérisation est un préalable essentiel à la mise en œuvre de cette démarche d'éco-conception des bâtiments. Les propriétés optiques des matériaux sont décrites par le formalisme mathématique de la BSDF (Bidirectional Scattering Distribution Function) et peuvent être intégrées dans la plupart des logiciels de simulation de la lumière sous la forme de modèles analytiques ou sous la forme de mesures tabulées. Les modèles analytiques largement utilisés permettent de caractériser des matériaux optiquement simples mais s’étendent difficilement aux matériaux plus complexes. De plus, aucun dispositif ne permet, à ce jour, de caractériser finement, via des mesures tabulées, toute la diversité des matériaux constitutifs du bâtiment en un temps opérationnel. Aussi, ce travail de thèse a pour objectif de concevoir un dispositif de mesure rapide et précis des caractéristiques optiques de matériaux pour la simulation physico-réaliste de bâtiments. Un premier dispositif de mesure a été conçu et a montré la faisabilité de l’exploitation d’un instrument muni de multicapteurs comme détecteur. Il a permis d’identifier les écueils à éviter ainsi que les obstacles à contourner pour la conception d'un second dispositif de mesure plus opérationnel, aux capacités accrues. S’appuyant sur un instrument muni de multicapteurs et sur un système de positionnement pilotable informatiquement, il permet la mesure des propriétés optiques des matériaux constitutifs du bâtiment dans un contexte opérationnel. Les phases d'acquisition et de traitement des données brutes sont supervisées informatiquement. La durée des mesures se situe entre 5 minutes 40 secondes et 3 heures 2 minutes et 30 secondes. Leur répétabilité moyenne est de 97.88%.