Évaluation du potentiel de rénovation énergétique dun territoire dans le cadre de démarches de massification
Auteur / Autrice : | Martin Rit |
Direction : | Robin Girard |
Type : | Projet de thèse |
Discipline(s) : | Energétique et génie des procédés |
Date : | Inscription en doctorat le 01/03/2021 |
Etablissement(s) : | Université Paris sciences et lettres |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Energétique et Procédés |
Equipe de recherche : PERSEE - Centre Procédés, Energies Renouvelables, Systèmes Energétiques | |
établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019) |
Mots clés
Résumé
Préambule : Ce projet de thèse sinscrit dans le cadre des activités du centre PERSEE (Centre Procédés, Energies Renouvelables et Systèmes Energétiques) de lécole Mines ParisTech, du département Génie de lEnvironnement et des Organisations de Mines Saint-Etienne (UMR 5600 EVS) et du programme de Recherche du CSTB : thématique transversale Rénovation. Contexte et Descriptif : Depuis plusieurs années, la France est engagée dans une Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC) visant à la neutralité carbone à lhorizon 2050. Le secteur du Bâtiment, du fait de sa contribution aux émissions carbonées (environ 27% en scope 2 ; 33% en scope 3) porte des objectifs ambitieux jalonnés sur les trois prochaines décennies : -15% dénergie finale en 2023 (PPE), -28% en 2030 (SNBC), tous les bâtiments au niveau BBC dici 2050 (LTECV). Face à ces attentes, une stratégie de massification de la rénovation énergétique se dessine. Si lambition est forte et régulièrement affirmée, la mise en uvre pose de nombreuses questions portant à la fois sur les performances réelles atteignables par bâti en létat des connaissances et pratiques mais aussi sur le potentiel effectif de rénovation de nos territoires. Objectif et méthodologie proposée : Le centre PERSEE et le CSTB ont développé un outil daide à la décision pour la transition énergétique dans le cadre du projet SHAPE (Simulations pHysiques pour lAide à la Planification Énergétique). Cet outil permet aux acteurs territoriaux de générer des scénarios de rénovation à léchelle territoriale par lintermédiaire de modèles et dune technique doptimisation développés dans le cadre de la thèse de Antoine ROGEAU [1]. La thèse de doctorat faisant lobjet du présent appel fait suite à ces travaux. Elle a pour objectif de proposer des modèles de consommation des logements et doptimisation de la rénovation énergétique, en y associant des méthodes de validation sur des données observées. Ces méthodes de validation doivent permettre à la fois daméliorer la finesse des modélisations à léchelle du bâtiment et de garantir une capacité de déploiement et doptimisation des méthodes à de larges échelle (ex ; France métropolitaine). Un des résultats attendus de cette thèse pourrait donc être à la fois un cas dapplication réaliste et validée à léchelle dun quartier couplé à des préconisations à léchelle de la France dans le contexte de la stratégie nationale bas carbone. La descente déchelle nécessitera des modèles plus fins, en ce qui concerne la modélisation des consommations de chauffage mais surtout lintégration des autres usages (eg. Froid, cuisson, production renouvelable ). Ces modèles pourront inclure dautres indicateurs clés que ceux initialement proposés (consommation dénergie, coût). A titre dexemple les nouveaux modèles pourront ainsi intégrer des indicateurs environnementaux issues des approches par analyse de cycle de vie. Bien que lexistence de nombreux modèles permettant de tenir compte de ces usages soit avéré il sagira ici daccroitre leur finesse tout en gardant la capacité de modélisation et doptimisation à grande échelle. Pour permettre daugmenter les échelles de travail, il sagira de proposer une amélioration des techniques doptimisation (reposant par exemple sur des méthodes de clustering, ou des techniques de décomposition). A toute les échelles, il sagira de proposer une méthodologie de validation pertinente à la fois vis-à-vis de lamélioration de la précision des modèles, et de lambition à grande échelle. Ces techniques de validations devront entre autres reposer sur la grande quantité de données disponibles aujourdhui en open data sur les consommations énergétiques des bâtiments (DPE, OPEN DATA ENEDIS, OPEN DATA GRDF, ). Afin datteindre cet objectif et répondre à cette question de recherche, une approche en quatre étapes est proposée. Etapes du projet : Etape 1 : Mise en place dune méthode de validation à grande échelle et application sur le modèle de référence. Dans un premier temps, une méthode de validation à grande échelle des modèles de consommation de chauffage proposés dans la thèse de Antoine ROGEAU sera mise en place. Cette méthode reposera notamment sur lutilisation des données de consommation déjà évoquées. Une partie de cette étape pourra concerner les modèles de rénovation si des données suffisantes existent. Cette méthode de validation sera utilisée par la suite dans les autres étapes (Etape 2) pour valider lintérêt des nouveaux modèles sur les usages ajoutés (froid, ECS, ). Ce dernier point nous permettra de partir ainsi dune quantification claire des performances du modèle de référence obtenu. Etape 2 : Amélioration des modèles de consommation à une échelle de plus en plus fine, tout en gardant en tête lobjectif de déploiement à grande échelle. Dans un second temps, nous proposerons denrichir les modèles de la consommation, à la fois pour intégrer de nouveaux usages (climatisation, cuisson, éclairage, électricité spécifique, éventuellement production photovoltaïque en autoconsommation partielle, véhicule électrique, pilotage de la demande), et pour intégrer de nouvelles bases de données en plus de la BD TOPOV3 et du recensement. Nous pourrons par exemple intégrer des informations provenant des bases MAJIC, Registre des Copropriétés, DVF, Données des distributeurs, Registre des copropriétés, Ces améliorations devront être testées vis-à-vis de la méthode de validation proposée dans létape 1. Ces nouveaux modèles pourront aussi tenir compte de manière plus précise des impacts environnementaux en intégrant par exemple les émissions de GES liées à la confection des matériaux de rénovation. Concernant la production renouvelable, on pourra éventuellement réfléchir en marge ici à la question du biogaz dans des territoires ruraux ou aux couplages entre deux territoires. Etape 3 : Optimisation et clustering pour le déploiement à grande échelle Dans lobjectif de développer une approche globale qui permette de gérer des cas dapplication de grands territoires avec plusieurs dizaines de milliers de bâtiments, et des applications à léchelles de régions ou du pays, on pourra travailler selon deux directions. Dun côté en améliorant les techniques doptimisation et de lautre en développant des techniques de clustering pour créer une réduction interprétable et représentative dun parc de bâtiment donné, vers un parc ne contenant que quelques milliers de bâtiment. Les méthodes doptimisation devront également tenir compte des nouveaux usages et dobjectifs nouveaux comme lintégration de la production renouvelable locale. Etape 4 : Cas dapplication Afin danalyser le potentiel réel de rénovation, et les performances des actions aux échelles micro (bâti) et macro (territoire), une application sera réalisée à léchelle de la France pour discuter les orientations de la SNBC et sur une métropole française ou un territoire participant aux initiatives de « territoires à énergie positive ». Plusieurs scénarii de rénovation seront proposés. Ces scénarii seront basés sur la mise en connexion entre les caractéristiques des bâtis (étape 1) et les objectifs exprimés par les acteurs territoriaux. Afin de définir les compromis et impacts des scénarii, une analyse multi-indicateurs sera réalisée : Consommation énergétique, émission de GES, coût financier, ... Une analyse des scénarii permettra ainsi dévaluer la capacité réelle à rénover du territoire et les gains potentiellement atteignables du fait des contraintes identifiées.