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.

par Lisa Rivalin

Thèse de doctorat en Energétique et Procédés

Sous la direction de Dominique Marchio.

Soutenue le 25-05-2016

à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris (laboratoire) , École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement opérateur d'inscription) et de CES - Centre d'efficacité énergétique des systèmes (laboratoire) .

Le président du jury était Joseph Virgone.

Le jury était composé de Dominique Marchio, Joseph Virgone, Alberto Pasanisi, Bernard Lachal, Pascal Stabat, Marcello Caciolo.

Les rapporteurs étaient Alberto Pasanisi, Bernard Lachal.


  • Résumé

    La garantie de performance énergétique des bâtiments neufs demande d'estimer, avant construction, l'énergie requise pour assurer le confort de ses utilisateurs. Pour cela, il est nécessaire de définir une consommation contractuelle raisonnablement probable et d'identifier les paramètres clés responsables d'un éventuel dépassement afin de les maitriser. Dans les bâtiments neufs, ce calcul est effectué en phase de conception, alors que beaucoup de données sont encore incertaines. Ainsi, la simulation thermique dynamique doit être effectuée avec des données de conception hypothétiques, sans possibilité de calibration sur des mesures.La thèse a pour but de développer une méthode de quantification des incertitudes lors de la conception et la réalisation d'un bâtiment neuf. Ces incertitudes sont classées en trois catégories : celles liées au modèle physique du bâtiment, celles provenant du manque de connaissance des paramètres à renseigner et celles dues aux sollicitations du bâtiment (usage et météo).Dans une première partie, les incertitudes liées aux méthodes de calcul sont abordées, afin de définir des pratiques permettant d'arbitrer entre finesse de modèle et paramètres inconnus à entrer. Puis, on définit une méthodologie permettant de choisir les paramètres incertains critiques qui seront inclus dans l'étude probabiliste et de leur associer une densité de probabilité, selon la connaissance dont on dispose. La partie centrale de la thèse est consacrée à une comparaison exhaustive des méthodes visant la sélection d'une méthode rapide de propagation des incertitudes et d'analyse de sensibilité. Enfin, après avoir illustré la démarche globale d'engagement et discuté de la prise en compte des risques financiers, la méthode est mise en œuvre sur un cas réel, en ajoutant une formule d'ajustement pour prendre en compte les sollicitations.

  • Titre traduit

    Energy performance guarantee in new buildings : Uncertainty assessment methods associated to the thermal dynamic simulation in the process of design and construction


  • Résumé

    Before the construction of a building, an energy performance guarantee consists in predicting the energy required for user comfort. To do that, it is necessary to state a contractual consumption and identify the key parameters to pay special attention to. Thus, for new buildings, consumption is calculated under design phase, when several data are uncertain. Thus, the dynamic thermal simulation is carried out with hypothetical data, without having the possibility to calibrate with measures.This PhD thesis aims to develop a method of uncertainty quantification during the design step and construction process of a new building. These uncertainties are classified into three categories: those associated with the calculation methods used for building and system modeling, those related to the lack of knowledge of model parameters and those due to the real use conditions of the building (occupancy and weather).To achieve this goal, uncertainties associated with the calculation methods are addressed, to identify some practices limiting the number of errors and the associated uncertainties. Then, a methodology is defined to choose the critical parameters used for the probabilistic study and to associate them with a distribution according to the available knowledge. The central part of this PhD thesis is dedicated to an exhaustive comparison of methods to select a fast uncertainty propagation and sensitivity analysis method. Finally, after illustrating the overall contracting approach and discussing the inclusion of financial risks, the method is applied on a real case, on which an adjustment formula is added to take into account actual weather and usage.


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