Thèse en cours

outil d’aide à la décision pour la conception de maisons solaires à énergie positive
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 09/10/2017. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : JÉrÉmy Bois
Direction : Elena Palomo Del BarrioÉtienne WurtzLaurent 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

Résumé

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Les enjeux énergétiques et environnementaux liés au réchauffement climatique amènent à généraliser la sobriété énergétique des bâtiments neufs ainsi que la production locale d’énergie à l’horizon 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 d’environ 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 l’énergie solaire pour d’une part subvenir aux besoins en chaleur pour assurer le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire, et d’autre part produire l’électricité nécessaire à l’éclairage 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 d’eau chaude et de chauffage. Un modèle détaillé a été développé dans l’environnement Dymola et vérifié par inter-comparaison de modèles à l’échelle 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 s’appuyer sur un algorithme d’optimisation multi-objectifs adapté. Un chapitre est donc consacré à l’élaboration d’un algorithme d’optimisation multi-objectifs qui s’appuie sur la méthode des colonies d’abeilles virtuelles. Cette approche s’est 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 d’une part et pour la production d’eau chaude d’autre part, minimiser la consommation d’énergie conventionnelle) et sous contrainte car seules les solutions à bilan d’énergie positif sur l’année seront retenues. L’algorithme d’optimisation développé ici a été confronté à une série de problèmes classiques et a démontré sa capacité à construire l’ensemble des solutions avec un nombre relativement faible d’évaluations 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 l’algorithme d’optimisation 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 d’aide à la décision permet d’explorer les fronts optimaux pour dégager les solutions à retenir.