Auteur / Autrice : | JÉrÉmy Bois | |
Direction : | Elena Palomo Del Barrio, Étienne Wurtz, Laurent Mora | |
Type : | Projet de thèse | |
Discipline(s) : | Mécanique | |
Date : | Inscription en doctorat le 01/03/2014 | Soutenance le 09/10/2017 |
Etablissement(s) : | Bordeaux | |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) | |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux | |
Equipe de recherche : TrEFlE : Fluides et Transferts |
Mots clés
Résumé
Les enjeux énergétiques et environnementaux liés au réchauffement climatique amènent à généraliser la sobriété énergétique des bâtiments neufs ainsi que la production locale dénergie à lhorizon 2020. Ce travail de thèse se concentre sur le secteur de la maison individuelle qui représente près de la moitié des logements neufs construits en France pour un volume denviron 200 000 unités par an. Le contexte de la maison individuelle à énergie positive 100% solaire consiste à rechercher les compromis entre le niveau de performance du bâti qui détermine les besoins en énergie et la capacité des équipements à valoriser lénergie solaire pour dune part subvenir aux besoins en chaleur pour assurer le chauffage et la production deau chaude sanitaire, et dautre part produire lélectricité nécessaire à léclairage et aux autres usages spécifiques (matériels électroménager, vidéo, etc.). Après un examen des différents concepts de bâtiments à énergie positive, une analyse a été menée pour identifier les solutions techniques de systèmes solaires combinés capables de fournir le double service de production deau chaude et de chauffage. Un modèle détaillé a été développé dans lenvironnement Dymola et vérifié par inter-comparaison de modèles à léchelle des composants. Un algorithme de contrôle original a été mis au point pour maximiser la performance globale du système. Une première étude paramétrique a montré que ce système est capable dans certaines conditions de couvrir près de 80% des besoins en chaleur de la maison étudiée. Néanmoins, son dimensionnement demeure complexe et la recherche de compromis entre la sobriété de la maison et le dimensionnement des systèmes solaires thermiques et photovoltaïques doit sappuyer sur un algorithme doptimisation multi-objectifs adapté. Un chapitre est donc consacré à lélaboration dun algorithme doptimisation multi-objectifs qui sappuie sur la méthode des colonies dabeilles virtuelles. Cette approche sest avérée particulièrement pertinente vis à vis du problème (paramètres discrets, continus et qualitatifs) à caractère multi-objectifs (maximiser la valorisation du solaire thermique pour le chauffage dune part et pour la production deau chaude dautre part, minimiser la consommation dénergie conventionnelle) et sous contrainte car seules les solutions à bilan dénergie positif sur lannée seront retenues. Lalgorithme doptimisation développé ici a été confronté à une série de problèmes classiques et a démontré sa capacité à construire lensemble des solutions avec un nombre relativement faible dévaluations du modèle. Le dernier chapitre présente deux applications de conception de maisons à énergie positive. La première se situe en région bordelaise alors que la seconde est située à proximité de Strasbourg. Ces deux conditions climatiques permettent de mettre en évidence la capacité de lalgorithme doptimisation à proposer un éventail de solutions optimales présentant des compromis différents en termes de performance du bâti et de dimensionnement des équipements solaires. Enfin, un outil daide à la décision permet dexplorer les fronts optimaux pour dégager les solutions à retenir.