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CES-01 - Modélisation adaptée à l'évaluation des performances énergétiques des quartiers

CES-01 - Modélisation adaptée à l'évaluation des performances énergétiques des quartiers

Proposition de thèse

SpécialitéEnergétique et Procédés
Ecole doctoraleSMI - Sciences des Métiers de l'Ingénieur
Directeur de thèseSTABAT Pascal
Unité de rechercheEnergétique et Procédés
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Mots-clésévaluation énergétique, Modélisation des quartiers, IPMVP, mesures, KPI, Maitrise de la demande
RésuméPour répondre aux enjeux de la transition énergétique (Grenelle de l'environnement, accord de Paris) il est nécessaire de faire évoluer nos modes de production et de consommation d'énergie. Le quartier apparait comme l'échelle la plus adaptée à l'élaboration de stratégies de Maitrise de la Demande en Energie (MDE) pour répondre aux contraintes locales.
La mutualisation des systèmes énergétiques à l'échelle d'un quartier et la mise en place d'une gouvernance énergétique à cette même échelle devraient permettre :
- de contribuer à l'efficacité énergétique en favorisant les récupérations d'énergies entre bâtiments,
- d'optimiser l'intégration des énergies renouvelables,
- de rationaliser les coûts d'installation, de gestion et de maintenance.
Le quartier semble être le nouvel ensemble cohérent pour atteindre les objectifs d'efficacité énergétique, de réduction de CO2, et de production renouvelable. Cette mutualisation pose la question de l'évaluation :
Comment évaluer la performance énergétique à l'échelle d'un éco-quartier ?
Comment évaluer les stratégies de Maîtrise de la Demande en Energie mises en place à cette même échelle ?
Il existe déjà des méthodes de mesure et vérification (IPMVP) à l'échelle du bâtiment qui permettent d'évaluer leurs performances énergétiques et des stratégies de MDE, mais elles n'existent pas encore à l'échelle du quartier. L'approche proposée repose sur la modélisation des quartiers : les systèmes énergétiques, le bâti et le comportement des occupants
ContextePour répondre aux enjeux de la transition énergétique (Grenelle de l'environnement, accord de Paris) il est nécessaire de faire évoluer nos modes de production et de consommation d'énergie. Le quartier apparait comme l'échelle la plus adaptée à l'élaboration de stratégies de Maitrise de la Demande en Energie (MDE) pour répondre aux contraintes locales.
La mutualisation des systèmes énergétiques à l'échelle d'un quartier et la mise en place d'une gouvernance énergétique à cette même échelle devraient permettre :
- de contribuer à l'efficacité énergétique en favorisant les récupérations d'énergies entre bâtiments,
- d'optimiser l'intégration des énergies renouvelables,
- de rationaliser les coûts d'installation, de gestion et de maintenance.
Le quartier semble être le nouvel ensemble cohérent pour atteindre les objectifs d'efficacité énergétique, de réduction de CO2, et de production renouvelable. Cette mutualisation pose la question de l'évaluation :
Comment évaluer la performance énergétique à l'échelle d'un éco-quartier ?
Comment évaluer les stratégies de Maîtrise de la Demande en Energie mises en place à cette même échelle ?
Il existe déjà des méthodes de mesure et vérification (IPMVP) à l'échelle du bâtiment qui permettent d'évaluer leurs performances énergétiques et des stratégies de MDE, mais elles n'existent pas encore à l'échelle du quartier. L'approche proposée repose sur la modélisation des quartiers : les systèmes énergétiques, le bâti et le comportement des occupants
EncadrementRéunion hebdomadaire
Domaine(s)Energétique thermique combustion' 'Génie électrique' 'Mécanique énergétique génie des procédés génie civil
Profil candidatIngénieur et/ou Master recherche - Bon niveau de culture générale et scientifique. Bon niveau de pratique du français et de l'anglais. Bonnes capacités d'analyse, de synthèse, d'innovation et de communication. Qualités d'adaptabilité et de créativité. Motivation pour l'activité de recherche. Projet professionnel cohérent

Formation en énergétique/systèmes énergétiques. modélisation, analyse numérique, programmation, analyse de données
Résultat attendu• Proposer une approche générique de modélisation adaptée à l'échelle du quartier et à la simulation de stratégies de MDE
• Valider la modélisation à partir de données réelles du quartier de Clichy Batignolles et évaluer les limites du modèle
• Proposer une méthode d'évaluation énergétique et des stratégies de MDE du quartier de Clichy Batignolles
• Généraliser la méthode d'évaluation à d'autres quartiers
ObjectifL'objectif de la thèse est de proposer une méthode d'évaluation des performances des éco-quartiers et des actions de MDE prenant en compte la diversité des usages et les facteurs exogènes (climat, environnement urbain). il s'agit dans un premier temps de définir des indicateurs pertinents qui permettront d'évaluer les performances intrinsèques du quartier et l'impact d'actions de MDE (campagne de sensibilisation, pilotage d'un système énergétique…).
La méthode sera basée sur le développement d'un simulateur de quartier adapté à l'évaluation de ses performances (consommation d'énergie, émissions de CO2, appels de puissance électrique, confort). Les usages résidentiels, bureaux, enseignements et commerces devront être modélisés (bâti, systèmes et occupants). Le bon niveau de complexité de modélisation devra être recherché, assez précis pour simuler les appels de puissance des bâtiments basse consommation (BBC) et pour modéliser les actions de MDE au sein du quartier, tout en cherchant à réduire le nombre de données en entrée du modèle et le coût de calcul.
Dans le cadre du projet CoRDEES, un éco-quartier en construction va être instrumenté et plusieurs stratégies de MDE seront réalisées. Un grand nombre de mesures (puissance, température, occupation) permettront de calibrer et de valider le modèle numérique de quartier
RéférencesBerthou, Thomas. «Développement de modèles de bâtiment pour la prévision de charge de climatisation et l'élaboration de stratégies d'optimisation énergétique et d'effacement.» Thèse de doctorat, Mines ParisTech, 2013.

Berthou, Thomas, Bruno Duplessis, Philippe Rivière, Pascal Stabat, Damien Casetta, et Dominique Marchio. «Smart-E: a tool for energy demand simulation and optimization at the city scale.» Building Simulation 2015, 2015.

Berthou, Thomas, Pascal Stabat, Raphael Salvazet, et Dominique Marchio. «Development and validation of a gray box model to predict thermal behavior of occupied office buildings.» Energy and Buildings 74 (2014).

Blervaque, Hubert. «Règles de modélisation des systèmes énergétiques dans les bâtiments basse consommation.» Thèse de doctorat, Mines ParisTech, 2015.

Carloganu, Sinziana. «Evaluation de produits d'effacement sur un ensemble de consommateurs par modélisation bottom-up d'un parc de logements.» thèse de doctorat, Mines ParisTech, 2016.

Da Silva, David. «Analyse de la flexibilité des usages électriques résidentiels, application aux usages thermiques.» Mines ParisTech, thèse, 2011.

Hubert, Blervaque, Stabat Pascal, Filfli Sila, Schumann Mathieu, et Marchio Dominique. «Variable-speed air-to-air heat pump modelling approaches for building energy simulation and comparison with experimental data.» Journal of Building Performance Simulation, 2016.

Rivalin, Lisa. «Vers une démarche de garantie des consommations énergétiques dans les bâtiments neufs : Méthodes d'évaluation des incertitudes associées à la simulation thermique dynamique dans le processus de conception et de réalisation.» Thèse de doctorat, Mines ParisTech, 2016.

Vuillecard, Cyril. «Méthode de construction d'une offre d'effacement électrique par technologies gaz naturel.» Thèse de doctorat, Mines ParisTech, 2013.
Type financementFinancement d'une association ou fondation

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