Dissertations / Theses on the topic 'Bâtiment résidentiel'

Ces travaux consistent en l’étude expérimentale et numérique des performances énergétiques d’un prototype de micro-cogénération solaire. L’installation, située sur le campus de l’Université de la Rochelle, fonctionne grâce au couplage d’un champ de capteur solaire cylindro-parabolique de 46,5 m² avec un moteur à vapeur à piston non lubrifié fonctionnant selon le cycle thermodynamique de Hirn. Le système de suivi solaire s’effectue selon deux axes et l’eau est directement évaporée au sein de l’absorbeur des capteurs cylindro-paraboliques. La génération d’électricité est assurée par une génératrice et la récupération des chaleurs fatales doit permettre d’assurer les besoins en chauffage et eau chaude sanitaire d’un bâtiment. La première partie de ces travaux présente les essais réalisés. L’objectif est de réaliser des essais complémentaires pour caractériser le concentrateur solaire, d’étudier les conditions de surchauffe de la vapeur, ainsi que le fonctionnement de l’installation complète en hiver. Ce travail a permis le développement de modèles pour le capteur cylindro-paraboliques, les essais en régime surchauffé ont montré la nécessité d’un appoint pour le fonctionnement d’une telle installation tandis que les essais avec moteur présentent des productions compatibles avec les consommations en électricité et chaleur d’un bâtiment résidentiel. La seconde partie concerne la modélisation des éléments constituant le micro-cogénérateur ainsi que l’intégration de cette installation au bâtiment à l’aide d’un logiciel de simulation thermique dynamique (TRNSYS©). Cette étude propose deux options d’intégration selon le positionnement de l’appoint de chaleur. Pour les deux configurations, des bilans hebdomadaires et annuels sont présentés permettant de discuter les avantages/inconvénients de chaque disposition. Il apparaît que le positionnement de l’appoint sur le circuit primaire permet de piloter la production électrique. L’ajout de l’appoint sur la distribution semble plus facilement réalisable mais empêche le contrôle de la production électrique
This work consists of the experimental and numerical study of the energy performance of a prototype of solar micro-cogeneration. The facility, located on the campus of the University of La Rochelle, operates by coupling a 46.5 m² parabolic trough solar collector field with an oil-free piston steam engine operating according to the Hirn thermodynamic cycle. The solar tracking system is carried out in two axes and the water is evaporated directly into the absorber of the parabolic trough collectors. Electricity generation is provided by a generator and the recovery of fatal heat must make it possible to meet the heating and domestic hot water needs of a building. The first part of this work presents the tests performed. The objective is to carry out additional tests to characterize the solar concentrator, to study the conditions of steam overheating, as well as the operation of the complete installation in winter. This work has allowed the development of models for the parabolic trough sensor, the tests in overheated mode have shown the need for an extra charge for the operation of such an installation while the tests with motor present productions compatible with the electricity and heat consumption of a residential building. The second part concerns the modelling of the elements constituting the micro-cogenerator as well as the integration of this installation into the building using dynamic thermal simulation software (TRNSYS©). This study proposes two integration options depending on the positioning of the auxiliary heater. For both configurations, weekly and annual reviews are presented to discuss the advantages/disadvantages of each provision. It appears that the positioning of the auxiliary on the primary circuit makes it possible to control the electrical production. The addition of back-up boiler on the distribution seems more easily achievable but prevents the control of power generation

L’étalement des agglomérations urbaines est un processus très critiqué pour de nombreuses raisons. Les dynamiques du développement résidentiel, principal facteur de cet étalement, sont très complexes car elles résultent de l’interaction de plusieurs sous-systèmes. De nombreuses lois et règlements sont supposés contrôler la construction des bâtiments afin de limiter les impacts négatifs de l’urbanisation. Il est toutefois difficile d’anticiper l’effet d’un tel corpus réglementaire. Sa nature multi-échelle, liée aux différents niveaux de réglementation, aux différentes thématiques réglementées et aux différentes parties mettant en œuvre ces règlements compliquent la prévision de leurs effets et des configurations spatiales qu’ils contribuent à créer. Nous proposons ici un modèle de simulation du développement résidentiel d’une agglomération urbaine. Il produit des configurations réalistes à partir d’une modélisation fine du territoire en respectant les orientations, les objectifs et les contraintes provenant des documents de planification et d’urbanisme. Pour ce faire, nous élaborons un couplage de deux modèles de simulation spatiale pré-existants. Ce couplage, nommé ArtiScales, procède d’une manière descendante en simulant la forme du développement résidentiel de l’ensemble de la zone d’étude, en sélectionnant des parcelles constructibles et en simulant le potentiel de construction de chaque emplacement. ArtiScales intègre le modèle MUP-City, qui permet de sélectionner des emplacements intéressants à urbaniser en fonction de la configuration bâtie de la zone d'étude et de divers points d’intérêt (réseaux de transports, commerces, services, etc.). Nous avons ensuite développé un modèle de gestion parcellaire, afin de sélectionner les parcelles existantes intéressantes à urbaniser et de les recomposer au besoin des scénarios et des situations particulières (densification, opérations spéciales). Nous utilisons enfin le modèle SimPLU3D afin de simuler la constructibilité de chaque parcelle. Ce modèle génère des configurations bâties en trois dimensions respectant les contraintes réglementaires provenant du Plan Local de l’Urbanisme (PLU). Nous concentrons l’analyse des résultats du couplage ArtiScales sur l’estimation de la création de logements et sa concordance avec les objectifs définis dans le Programme Local de l’Habitat, ainsi que sur la densité de logements par hectare et sa concordance avec les objectifs définis dans le Schéma de Cohérence Territoriale. Les modèles de simulation spatiale sont sujets à une forte variabilité pouvant mettre en cause la fiabilité des résultats de simulation. Le modèle MUP-City étant particulièrement soumis à cette variabilité, nous menons une analyse complète de ses résultats de simulation afin de caractériser les paramètres à l'origine de cette variabilité et comment elle se traduit en termes de formes produites. Nous distinguons deux types de variations : celles provoquées par les paramètres scénaristiques, permettant de simuler différentes formes de développement résidentiel, et celles issues des paramètres techniques internes au modèle, permettant de proposer des variantes à ces scénarios. La variabilité entre les variantes de scénarios d’ArtiScales est comparée avec la variabilité dans l’étude des résultats de MUP-City afin de constater si le couplage de modèle la résorbe ou l’amplifie. Le modèle ArtiScales (https://github.com/ArtiScales/ArtiScales) est disponible sous une licence ouverte et peut être utilisé pour de nombreuses applications. Un ensemble de simulations représentant différents scénarios ont été expérimentées sur le territoire du Grand Besançon (est de la France). Les simulations réalisées permettent de représenter un potentiel de développement résidentiel se conformant à toutes les réglementations en vigueur. Nous proposons également des simulations modifiant le zonage autorisant ou non la construction
The process of urban sprawl of urban agglomerations is very often criticised for numerous reasons.The dynamics of residential developments, at the origin of urban sprawl, are very complex and result from the interaction of several phenomena. Many laws and regulations are supposed to control the construction of buildings in order to limit the negative impacts of urbanisation.It is nevertheless difficult to anticipate the effects of such a regulatory corpus. Its multi-scale nature, related to the different levels of regulation, the different regulated subjects and the different parties executing those regulations complicate the forecasting of their effects and the spatial configurations they contribute to create. Here, we propose a simulation model for the residential development of an urban agglomeration. It produces realistic configurations respecting the orientations, goals and constraints stemming from urban planning documents. To that end, we elaborate a coupling of two existing spatial simulation models. This coupling, named ArtiScales, follows a top-down approach in simulating the shape of the residential development of an entire study area by selecting the constructible parcels and by simulating the construction potential of each plot. ArtiScales integrates the MUP-City model, that allows us to select interesting locations with respect to the built configuration of the study area and to several points of interest (transportation networks, shopping facilities, services, etc.). We develop a parcel management model in order to select the existing parcels interesting for residential development and to recompose them when needed according to the chosen scenarios and to specific situations (densification, special operations). Finally, we use the SimPLU3D model to simulate the constructibility of each parcel. This model generates spatial configurations, in three dimensions, respecting the regulatory constraints originating from the local urban planning scheme (Plan Local de l’Urbanisme - PLU). We concentrate the analysis of the coupling results on the estimation of created housing units and its agreement with the goals defined by the local housing program (Programme Local de l’Habitat - PLH) and on the housing density by hectare and its agreement with the goals defined by the territorial coherence scheme (Schéma de Cohérence Territoriale - SCoT). Spatial simulation models are subject to an important variability that questions the reliability of simulation results. MUP-City being particularly subject to such variability, we conduct a complete analysis of its simulation results in order to caracterise the parameters responsible for this variability and how it translates to the produced spatial configurations. We distinguish two types of variations : the ones caused by scenaristic parameters, allowing to simulate different residential development forms, and those caused by technical parameters (internal to the model), allowing to propose variants of the scenarios. The variability between the variants is compared with the variability found in the study of MUP-City results in order to see if the model coupling absorbs or amplifies it. The ArtiScales model (https://github.com/ArtiScales/ArtiScales) is available as free and open source software and can be used in many applications. A set of simulations representing different scenarios has been explored on the Grand Besançon territory (East of France). Simulations carried out represent a potential for residential development conforming to all the regulations at work. We also propose simulations that modify the zoning authorising the construction or not

L'utilisation de régulation prédictive permet de diminuer la consommation d'énergie des bâtiments résidentiels sans diminuer le confort de l'habitant. C'est dans ce but que la société BoostHeat développe une chaudière thermodynamique à grande efficacité énergétique. La production simultanée de l'eau chaude sanitaire (ECS) et du chauffage permet de nombreuses stratégies de régulation pour en optimiser les performances. L'utilisation de régulations prédictives permet d'anticiper les besoins énergétiques, de prendre en compte l'impact de l'inertie du bâtiment sur la température intérieure et ainsi de faire des choix de gestion de productions minimisant la consommation énergétique. Les modèles utilisés aujourd'hui dans les régulations prédictives sont contraignants. En effet, ces modèles nécessitent de grandes quantités de données, soit sur un échantillon représentatif de bâtiments, soit sur chaque bâtiment modélisé. Ils peuvent également avoir besoin d'études détaillées sur le bâtiment, les occupants et leurs habitudes de consommation. Afin de permettre à la société BoostHeat d'utiliser une régulation prédictive sur sa chaudière sans passer par une étape complexe de modélisation à chaque installation de chaudière, nous proposons des modèles adaptatifs utilisant les informations communément disponibles sur une installation classique. Nous choisissons de développer des réseaux de neurones artificiels pour la prédiction d'une part des consommations d'ECS et d'autre part de la température intérieure du bâtiment. Les réseaux de neurones artificiels sont déjà utilisés pour modéliser les consommations énergétiques d'un bâtiment spécifique, cependant nos modèles sont génériques et s'adaptent automatiquement au bâtiment dans lequel la chaudière est installée. Plusieurs modèles sont développés afin d'étudier l'impact du choix des entrées, des quantités de données d'apprentissage et de l'architecture du réseau de neurones artificiels sur la qualité de la prédiction. Les modèles de prédiction de consommation d'ECS ainsi réalisés sont testés sur trois cas expérimentaux alors que les modèles de prédiction de température intérieure sont testés sur deux cas expérimentaux et cent-vingt cas simulés. Cela permet de tester leur adaptation à l'ensemble du parc immobilier français. Nous montrons, pour la prédiction de consommation d'ECS comme pour la prédiction de température intérieure, que deux semaines de données collectées suffisent à une bonne adaptation des modèles à un cas spécifique. Le modèle le plus performant pour la prédiction de consommation d'eau chaude sanitaire a uniquement besoin des consommations des instants précédents. Le modèle de prédiction de température intérieure a de meilleures performances sur les bâtiments les moins isolés. Les résultats obtenus sont prometteurs pour l'application des régulations prédictives à grande échelle
The use of predictive control permits to reduce the energy consumption of residential buildings without reducing the comfort of the inhabitant. The company BoostHeat develops a thermodynamic furnace with high energy efficiency for this purpose. Simultaneous production of domestic hot water (DHW) and heating allows many control strategies to optimize performance. The use of predictive controls makes it possible to anticipate energy needs, to take into account the impact of building inertia on indoor temperature and thus to make production management choices that minimize energy consumption. The models used today in predictive controls are binding. Indeed, these models require large amounts of data, either on a representative sample of buildings or on each modeled building. They may also need detailed studies of the building, the occupants and their consumption practices. In order to allow BoostHeat to use predictive control without going through a complex modeling step at every furnace installation, we propose adaptive models using information commonly available on a typical installation. We choose to develop artificial neural networks for the prediction on the one hand of the consumptions of DHW and on the other hand of the ambiant temperature of the building. Artificial neural networks are already used to model the energy consumption of a specific building, however our models are generic and automatically adapt to the building in which the furnace is installed. Many models are developed to study the impact of the choice of inputs, amounts of learning data and artificial neural network architecture on the accuracy of prediction. The DHW consumption prediction models are tested on three experimental cases while the indoor temperature prediction models are tested on two experimental cases and one hundred and twenty simulated cases. This makes it possible to test their adaptation to the entire French housing stock. We show, for the prediction of DHW consumption as for the indoor temperature prediction, that two weeks of collected data are sufficient for a good adaptation of the models to a specific case. The most efficient model for the prediction of domestic hot water consumption only needs the consumptions of the previous instants. The indoor temperature prediction model performs better on less isolated buildings. The results obtained are promising for the application of predictive controls on a large scale

La réduction de la consommation énergétique du secteur résidentiel constitue un enjeu majeur dans un contexte de transition énergétique et de lutte contre le changement climatique. Pourtant, malgré les politiques publiques en place, la consommation énergétique sectorielle française peine à baisser. À travers quatre essais empiriques, cette thèse s’intéresse aux obstacles à la baisse des consommations énergétiques dans le secteur résidentiel français en se focalisant sur le rôle des facteurs individuels. Dans le premier chapitre, qui s’inscrit dans la littérature sur le les barrières à l’investissement en efficacité énergétique et le « paradoxe énergétique » (Jaffe and Stavins, 1994), nous utilisons la méthode des choix discrets pour mettre en évidence le rôle de l’incertitude sur la qualité des travaux de rénovation et le prix de l’énergie comme barrière à l’investissement en efficacité énergétique. Le second chapitre fournit un éclairage empirique sur le rôle des facteurs socio-économiques, des préférences individuelles pour le confort et de la performance énergétique du logement pour expliquer la consommation énergétique résidentielle. Le troisième chapitre est l’occasion d’étudier l’écart de performance énergétique à l’échelle du logement (consommation énergétique réelle vs théorique) et ses déterminants individuels et socio-économiques, via la régression quantile. Enfin, le quatrième chapitre s’intéresse aux interactions dynamiques entre efficacité énergétique et consommation énergétique en traitant la question de l’effet rebond direct pour l’usage de chauffage résidentiel en France
Reducing the energy consumption of the residential sector is a major stake in the context of the energy transition and the fight against climate change. However, despite the implementation of several dedicated public policies, the energy consumption of the sector has barely decreased in France. Through four empirical articles, this thesis aims to identify some of the barriers to the decrease of the French residential energy consumption with a focus on the role of individual determinants. In the first chapter, we wish to contribute to the literature on the barriers to energy efficiency investment (Sutherland, 1991) and the “energy efficiency gap” (Jaffe and Stavins, 1994). We use the methodology of the discrete choice experiment to assess the role of perceived risk and uncertainty on retrofit quality and energy price as barrier to the energy renovation decision. In the second chapter, we provide an empirical contribution on the role of individual preferences for comfort, other individual determinants and energy performance of dwellings in explaining energy consumption. In the third chapter, we study the energy performance gap (gap between theoretical and real energy consumption at dwelling level) and its drivers by using the quantile regression. Finally, in the fourth chapter, we test the assumption of the existence of a rebound effect for the heating energy consumption in France

La consommation d'énergie des secteurs résidentiel et tertiaire constitue 43 % de la consommation finale nationale, correspondant à 25 % des émissions nationales de CO2. Différentes options techniques existent pour limiter les émissions CO2 dans ce secteur et pour améliorer la performance énergétique des bâtiments. Une de ces options est présentée et étudiée dans cette thèse : le développement d'un système de micro-cogénération fonctionnant avec des énergies renouvelables l'une intermittente (le solaire), l'autre non (une chaudière à bois). Les systèmes de micro-cogénération conventionnels ont été analysés. Le but de la thèse est de développer un système de micro-cogénération basé sur un cycle organique et fonctionnant sur ces énergies renouvelables aux caractéristiques différentes. Plusieurs fluides de travail permettant d'atteindre des performances thermodynamiques élevées ont été comparés. Une analyse technologique a permis d'identifier les technologies les plus adaptées ou adaptables pour chacun des composants du système dépendant du fluide de travail choisi. Un banc d'essais a été conçu et réalisé pour tester et caractériser une turbine spiro-orbitale fonctionnant avec la vapeur d'eau et adaptée au système de micro-cogénération. Les composants du banc d'essais ont été dimensionnés en utilisant des outils informatiques de modélisation des cycles organiques. Un outil de simulation dynamique a été développé pour simuler le fonctionnement annuel de la micro-cogénération fonctionnant sous différentes conditions climatiques et charges thermiques. Les résultats ont démontré qu'il est possible d'économiser plus de 40 % d'énergie primaire et 60 % en émissions de CO2 par rapport à des bâtiments conformes à la réglementation thermique la plus récente (RT2005). Le coût de production de 1 kWel a été calculé selon un modèle économique ; ce prix, 50 c€/kWhel, reste élevé comparé à d'autres technologies.

Nous abordons dans ces travaux l’identification non intrusive des charges des bâtiments résidentiels ainsi que la prédiction de leur état futur. L'originalité de ces travaux réside dans la méthode utilisée pour obtenir les résultats voulus, à savoir l'analyse statistique des données(algorithmes de classification). Celle-ci se base sur des hypothèses réalistes et restrictives sans pour autant avoir de limitation sur les modèles comportementaux des charges (variations de charges ou modèles) ni besoin de la connaissance des changements d'état des charges. Ainsi, nous sommes en mesure d’identifier et/ou de prédire l'état des charges consommatrices d'énergie (et potentiellement contrôlables) en se basant uniquement sur une phase d'entrainement réduite et des mesures de puissance active agrégée sur un pas de mesure de dix minutes, préservant donc la vie privée des habitants.Dans cette communication, après avoir décrit la méthodologie développée pour classifier les charges et leurs états, ainsi que les connaissances métier fournies aux algorithmes, nous comparons les résultats d’identification pour cinq algorithmes tirés de l'état de l'art et les utilisons comme support d'application à la prédiction. Les algorithmes utilisés se différencient par leur capacité à traiter des problèmes plus ou moins complexe (notamment la prise en compte de relations entre les charges) et se ne révèlent pas tous appropriés à tout type de charge dans le bâtiment résidentiel
Smart metering is one of the fundamental units of a smart grid, as many further applicationsdepend on the availability of fine-grained information of energy consumption and production.Demand response techniques can be substantially improved by processing smart meter data to extractrelevant knowledge of appliances within a residence. The thesis aims at finding generic solutions for thenon-intrusive load monitoring and future usage prediction of residential loads at a low sampling rate.Load monitoring refers to the dis-aggregation of individual loads from the total consumption at thesmart meter. Future usage prediction of appliances are important from the energy management point ofview. In this work, state of the art multi-label temporal classification techniques are implemented usingnovel set of features. Moreover, multi-label classifiers are able to take inter-appliance correlation intoaccount. The methods are validated using a dataset of residential loads in 100 houses monitored over aduration of 1-year

Deux fois plus de bien-être en consommant deux fois moins de ressources : visant à l'origine des objectifs d'efficience des modes de production, le concept de " facteur 4 " s'est peu à peu modifié au début du XXIème siècle pour se focaliser sur la division par 4 des émissions de gaz à effet de serre. De nos jours, le facteur 4 est un objectif fractal, faisant référence selon l'échelle étudiée à deux ensembles différents mais reliés : le facteur 4 climatique (à l'échelle nationale) et le facteur 4 énergétique (à l'échelle micro-économique). Le facteur 4 énergétique, transposition des questions climatiques (GES) aux aspects de maîtrise de l'énergie a largement été développé au sein d'un secteur économique : le bâtiment. Ce dernier, de par son gisement d'économies d'énergie, a fait l'objet d'un engouement important s'étant concrétisé par la mise en place de réglementations, labels et scénarios prospectifs dans le but d'orienter et de proposer des directions vers l'atteinte du facteur 4. Malgré tout, la transposition pratique d'objectifs théoriques se heurte à la complexité du système composant ce secteur. Cette complexité est due à la diversité du bâti mais aussi, et surtout, aux nombreux acteurs qu'il est nécessaire de mobiliser. L'enjeu de cette recherche est d'étudier le système complexe que représente le secteur du bâtiment et ses acteurs, face à l'atteinte du Facteur 4. Cette thèse propose notamment d'identifier les points de blocage, ainsi que les facteurs de succès lors d'opérations de rénovation et de construction ; objectif revenant à poser la question suivante : quels sont les freins et leviers d'action rencontrés par les acteurs pour l'atteinte du facteur 4 dans le bâtiment ? Pour ce faire, nous avons choisi d'étudier en détail le cas du département de la Loire et envisagé par la suite la transposition des enseignements tirés sur ce département à l'ensemble de la France. Une vingtaine d'entretiens couplés à un questionnaire semi-directif auprès de plus de 200 acteurs professionnels du bâtiment ont été réalisés. Ces enquêtes qualitatives et quantitatives ont permis d'identifier et classer 24 types de freins, relevant de problématiques financières, techniques, réglementaires et comportementales ainsi que les principaux leviers pouvant permettre de les contourner. Au travers des discours et résultats obtenus, les contraintes financières et comportementales apparaissent prépondérantes pour les acteurs interrogés. Malgré tout, l'enchevêtrement des freins et l'interrelation de ces derniers entre catégories imposent une conclusion : le système actuel, face aux contraintes du facteur 4, nécessite non pas une adaptation voire une évolution mais une refonte des modes de penser et de faire. Cette refonte, prônant les concepts de sobriété et d'efficacité, nécessite d'ordonnancer ces derniers : la sobriété de conception constitue alors une étape préalable à l'efficacité énergétique, elle-même précurseur de la sobriété d'utilisation. Une recherche-action menée sur 3 projets de rénovation sur le territoire de Saint-Etienne Métropole et couplant plus d'une centaine d'entretiens auprès de locataires de logement sociaux confirme cet agencement. Les utilisateurs, acteurs incontournables d'un projet, au travers d'une augmentation de leur niveau de confort conditionnent la sobriété à l'amélioration des niveaux de performances du logement. Cette sobriété, testée au travers de simulations thermiques dynamiques sur trois variables d'utilisation (température, taux d'occupation, fermeture des volets) pouvant permettre une division par deux des consommations du bâti.

L’homme interagit sur son environnement depuis toujours. Ce n’est, toutefois, que très récemment dans l’histoire post industrielle mondialisée, que des considérations environnementales sont mises en avant dans les activités humaines. Parmi les différents facteurs responsables du réchauffement climatique, les bâtiments contribuent grandement à l’émission de gaz à effet de serre. Jusqu'à maintenant, l’analyse des bâtiments a été effectuée par rapport aux matériaux de construction, à l’enveloppe du bâtiment ou à la relation entre les différentes sources d’énergie et la construction. L’approche préconisée afin de diminuer l’impact des bâtiments résidentiels sur l’environnement est d’améliorer leur consommation énergétique et leurs émissions de dioxyde de carbone (CO2), l’intégration des différents intervenants du milieu, l’équipe intégrée, et de positionner le gérant de projet dans le cycle de vie d’une construction. L’objectif principal est de démontrer comment la forme bâtie d’une construction peut être analysée en utilisant des outils informatiques et d’amener la personne qui conçoit ce bâtiment et le gestionnaire de projet à prendre de bonnes décisions, au point de vue opérationnel, environnemental, de la durée de réalisation, du cycle de vie et de coût associés au développement de la construction. Il est à considérer que la forme bâtie en plan d’une construction crée un volume d’édifice qui perd ou qui gagne plus d’énergie et assure une émission différente de CO2 durant sa durée de vie. En bref, la thématique des bâtiments résidentiels durables dégage plusieurs problématiques de recherches intéressantes sur les certifications, la conception, les technologies et la gestion.

Cette thèse de doctorat cherche à mieux comprendre certaines caractéristiques du marché de la performance énergétique des bâtiments dans le secteur résidentiel et à évaluer l'efficacité de trois interventions publiques visant à encourager la rénovation énergétique : Diagnostic de performance énergétique (DPE), crédit d'impôt pour le développement durable (CIDD) et taxation de l'énergie. Le premier chapitre de la thèse passe en revue la littérature sur la certification de la performance énergétique des bâtiments et conclut que les ménages la valorisent lorsqu'ils achètent ou louent un logement. Le deuxième chapitre présente une analyse théorique de l'impact du DPE et démontre que le DPE peut réduire ou augmenter la consommation d'énergie en fonction de l'horizon temporel et de l'hétérogénéité de la demande d'énergie dans la population. Le troisième chapitre développe une simulation basée sur le modèle susmentionné et suggère que le DPE doit être combiné avec d'autres interventions publiques pour être efficace. S'appuyant sur des données de panel françaises, le quatrième chapitre analyse économétriquement l'impact d'une augmentation du CIDD et montre qu’elle stimule significativement les dépenses pour les investissements éligibles. Le dernier chapitre analyse économétriquement comment les prix de l'énergie influent sur les décisions des ménages en rénovation énergétique et ne trouve pas de preuve statistique de l'effet d'une hausse des prix de l’énergie
This PhD dissertation aims at better understanding some features of the market for building energy performance in the residential sector and at evaluating the effectiveness of three policy interventions to encourage energy retrofit: Energy Performance Certificates (EPCs), tax credit for energy retrofit, and energy taxation. The first chapter of the thesis surveys the literature on building energy performance certification: there is strong evidence that households value building energy performance when buying or renting a dwelling. The second chapter provides a theoretical analysis of the impact of EPCs and shows that EPCs can decrease or increase energy consumption depending on the time horizon and the heterogeneity of energy demand in the population. The third chapter develops a simulation based on the aforementioned model and suggests that EPCs need to be supplemented by other policy instruments to reduce energy consumption. Relying on French micro-panel data, the fourth chapter econometrically analyzes the impact of a tax credit rate increase for energy retrofit and finds that it can substantially boost expenditures for investments targeted by the tax credit. The last chapter econometrically analyzes how energy prices affect households’ decisions to invest in building energy performance and does not find any statistical evidence of an effect of an increase in energy fuel price

Dans les pays importateurs d’énergie de la région Est-Méditerranée, comme la Syrie et le Liban, le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d’énergie. Une extension urbaine dynamique et une croissance démographique importante sont les caractéristiques des villes côtières de cette région, avec une absence totale d’application de règlements thermiques ou énergétiques pour les constructions. L’objectif de ce travail est de mettre en place une certification énergétique pour les bâtiments résidentiels neufs dans la région côtière de l’Est-Méditerranée. Pour atteindre cet objectif, nous avons réalisé une série d’enquêtes sur le terrain pour mettre en évidence les problématiques énergétiques des bâtiments résidentiels dans la ville de Tartous, et établir une base de données servant de référentiel sur les modes de construction, les systèmes énergétiques accessibles et les usages des occupants. Le choix de la RT2012 est le résultat d’une analyse critique et comparative des six labels les plus répandus dans le monde, en vue d’une extension à la région Est-Méditerranée. L’originalité de notre travail est d’aborder la réalité du terrain en adoptant un outil de STD et en nous appuyant sur les spécificités de fonctionnement et d’usage du bâtiment et ses équipements de chauffage, de climatisation, d’eau chaude sanitaire et d’électroménager. Les limites d’amélioration de la performance énergétique, due à l’utilisation des solutions techniques accessibles sur le site, avec un valorisation globale des points de vue énergétique, économique et de confort, nous permettront de déterminer les nouvelles valeurs des indices réglementaires caractérisant notre nouveau label énergétique RT2012-EM. Ce label énergétique, destiné aux différents acteurs du bâtiment pour la conception de bâtiments résidentiels neufs, vise à promouvoir une politique d’utilisation rationnelle de l’énergie, grâce à des bâtiments à basse consommation énergétique
In the countries which importing energy in the region of the East-Mediterranean, such as Syria and Lebanon, the building sector is the largest consumer of energy . A dynamic urban expansion and population growth are important characteristics of the coastal towns of this region, with a total lack of application of heat or energy regulations for buildings. The objective of this work is to develop an energy certification for new residential buildings in the coastal region of East Mediterranean. To achieve this goal, we conducted a series of field surveys to highlight energy issues of residential buildings in the city of Tartous, and establish a database for the repository construction methods, energy systems access and usage of the occupants. The choice of the RT2012 is the result of a critical and comparative analysis of the six most popular labels in the world, for an extension to the East Mediterranean region. The originality of our work is to address the reality of the field by adopting a tool of a dynamic thermal simulation and relying on the specific operation and use of the building and equipment of heating, cooling, hot water and appliances. The limits of improving energy performance, due to the use of available technical solutions on site, with a total valuation of viewpoints energy, economic and comfort, will let us determine the new values ​​of the regulatory indices of our new RT2012-EM energy label. The energy label for the different actors of the building to the design of new residential buildings, designed to promote a policy of rational use of energy, through buildings with low energy consumption

Le déploiement des pompes à chaleur géothermiques sur le territoire national représente un important potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Afin de le favoriser il est nécessaire de comparer précisément les performances annuelles des pompes à chaleur géothermiques aux autres systèmes de chauffage et ce en fonction des caractéristiques du bâtiment, du climat et du sol rencontrés. Dans ce contexte, cette thèse vise à élaborer un modèle précis et fonctionnel de calcul des performances énergétiques annuelles de pompes à chaleur à échangeurs géothermiques horizontaux ou verticaux.
Après un état de l'art des différents modèles d'échangeurs géothermiques horizontaux et verticaux existants, des modèles de sondes verticales utilisables pour des simulations dynamiques sont identifiés et leurs domaines de validité sont précisés. Un modèle d'échangeur horizontal semi-analytique décliné en deux versions adaptées respectivement à des courtes et longues durées de sollicitations thermiques est ensuite développé. Un dispositif expérimental est alors mis au point bénéficiant d'une technique novatrice de mesure répartie de température du sol par fibre optique. Un essai de validation du modèle d'échangeur horizontal est ainsi réalisé et permet de confirmer la pertinence de ce dernier. Enfin une méthode de calcul du coefficient de performance annuel est développée pour une pompe à chaleur à échangeur horizontal ou vertical. L'application de cette méthode à un bâtiment type dans un climat orléanais permet d'éprouver la méthode avec de premiers résultats prometteurs.

Le déploiement des pompes à chaleur géothermiques sur le territoire national représente un important potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Afin de le favoriser il est nécessaire de comparer précisément les performances annuelles des pompes à chaleur géothermiques aux autres systèmes de chauffage et ce en fonction des caractéristiques du bâtiment, du climat et du sol rencontrés. Dans ce contexte, cette thèse vise à élaborer un modèle précis et fonctionnel de calcul des performances énergétiques annuelles de pompes à chaleur à échangeurs géothermiques horizontaux ou verticaux. Après un état de l'art des différents modèles d'échangeurs géothermiques horizontaux et verticaux existants, des modèles de sondes verticales utilisables pour des simulations dynamiques sont identifiés et leurs domaines de validité sont précisés. Un modèle d'échangeur horizontal semi-analytique décliné en deux versions adaptées respectivement à des courtes et longues durées de sollicitations thermiques est ensuite développé. Un dispositif expérimental est alors mis au point bénéficiant d'une technique novatrice de mesure répartie de température du sol par fibre optique. Un essai de validation du modèle d'échangeur horizontal est ainsi réalisé et permet de confirmer la pertinence de ce dernier. Enfin une méthode de calcul du coefficient de performance annuel est développée pour une pompe à chaleur à échangeur horizontal ou vertical. L'application de cette méthode à un bâtiment type dans un climat orléanais permet d'éprouver la méthode avec de premiers résultats prometteurs
The inreasing use of geothermal heat pumps on the French territory represents an important reduction potential of greenhouse gases emissions. To encourage this trend, it is necessary to accurately assess the annual performances of geothermal heat pumps in comparison with the other existing heating systems. In such a context, this thesis aims to establish a precise and functional model for calculating the annual energy performances of geothermal heat pumps with horizontal or vertical ground heat exchangers. After a literature review of horizontal and vertical ground heat exchangers models, the geothermal borehole models more adapted to dynamic simulations are identified and their validity ranges are reported. Concerning the horizontal ground heat exchangers, we could not find any suitable model for our purposes. A semi-analytical model, is then developed in two versions for two different time ranges of heat exchanges. To evaluate the model, an experimental set-up, equipped with an innovative device permitting a distributed temperature measurement by optical fibers is installed. A validation test elaborated and applied on the horizontal ground heat exchanger model allows to confirm its relevance. Finally, a calculation method of the seasonal performance factor is developed for heat pumps equipped with horizontal or vertical ground heat exchangers. The application of this method to a typical residential building in the climate of Orléans gives promising results

Les principaux objectifs de ce travail consistent à mettre en œuvre et à analyser des stratégies de contrôle de la ventilation hybride combinant les modes naturel et mécanique dans le secteur du bâtiment résidentiel. Dans la première partie, nous dressons l'état de l'art des systèmes de ventilation existants, de leurs stratégies de contrôle ainsi que des outils de simulation numérique utilisés en thermo-aéraulique du bâtiment. La seconde partie concerne la méthodologie utilisée pour implémenter dans l'environnement informatique Matlab/SIMULINK les modèles nécessaires à l'étude de l'aéraulique des bâtiments. Des modèles simplifiés de calcul de la concentration des polluants et de l'humidité intérieure des locaux ont été développés dans le même environnement. Enfin, le couplage thermo-aéraulique est réalisé en utilisant les modèles thermiques déjà implémentés dans la bibliothèque SIMBAD. Ces modèles sont intégrés dans la nouvelle version de SIMBAD. La troisième partie nous permet de définir les composants des systèmes de ventilation modélisés ainsi que leur stratégie de contrôle. Il s'agit d'un système de ventilation mécanique basé sur la réglementation en vigueur et un système de ventilation hybride étudié également dans le cadre du projet européen RESHYVENT. Les deux stratégies de contrôle du système de ventilation hybride sont du type à la demande dans le sens où l'une est basée sur la détection des occupants et l'autre sur le taux de dioxyde de carbone dans les pièces principales. Le potentiel du tirage thermique est également pris en compte. Dans la dernière partie, nous présentons les résultats obtenus numériquement. Le cas d'étude considéré est une maison individuelle située successivement à Athènes, Nice, Stockholm et Trappes. Les simulations annuelles réalisées permettent une évaluation des différents systèmes et pour différents climats en terme de fonctionnement global, de qualité de l'air intérieur, de confort thermique, et de consommations énergétiques. Une analyse de l'influence de l'exposition au vent du bâtiment est également présentée. Les principaux résultats de ce travail ont montré la capacité des systèmes de ventilation hybride à améliorer la qualité de l'air intérieur et à réduire les consommations électriques des ventilateurs par rapport au système de référence tout en conservant le même ordre de grandeur pour les consommations énergétiques de chauffage du bâtiment
The aim of this work is to develop and evaluate hybrid ventilation control strategies, using both natural and mechanical mode, in residential building. The first chapter presents the state of the art of existing hybrid ventilation systems and control strategies. Moreover, thermal and airflow simulation tools used in the field of building science are reviewed. In the second chapter, a methodology to implement building airflow models in Matlab/SIMULINK is described. A simplified pollutants model and a humidity model are developed in the same environment. The new airflow model have been coupled with the existing thermal model in SIMBAD building and HVAC toolbox. The airflow models are now implemented in the new version of SIMBAD toolbox. The third chapter concerns the description of the ventilation systems and their control strategies. It includes a mechanical ventilation system based on the national regulation and the hybrid ventilation system used in the framework of the European project RESHYVENT. Two demand control strategies have been developed for the hybrid ventilation system, the first one is based on the occupant detection and the second one is based on the CO2 levels in the dry rooms. Both strategies take into account the potential of stack effect. The last chapter deals with the evaluation of hybrid ventilation control strategies. The case study is a single family dwelling in four European climates (Athens, Nice, Stockholm and Trappes). The yearly simulations have been performed to evaluate the different systems for the different climates with respect to indoor air quality, thermal comfort, energy consumption and the stability of control strategies criteria. In addition, the influence of building shielding is presented. The main conclusion of this work is the ability of hybrid ventilation systems to improve indoor air quality and to reduce fan energy consumption with respect to reference system while maintaining the building energy consumption for heating close to each other

Plus du tiers de l’énergie consommée et des émissions de gaz à effet de serre dans l’atmosphère sont causées par le secteur du bâtiment. Ce dernier joue ainsi un grand rôle dans la lutte au réchauffement climatique et il est impératif d’améliorer son efficacité énergétique, ce qui demande une excellente compréhension du comportement thermique des bâtiments. Les outils de simulation énergétique de bâtiments sont fort utiles à cet effet, mais il y a malheureusement souvent des écarts observés entre la consommation réelle d’un bâtiment et ce qui était attendu. Étant un aspect fort probabiliste de l’opération d’un bâtiment, le comportement des occupants est difficile à représenter fidèlement lors des simulations de bâtiments. Or, vu le grand impact que les occupants ont sur la performance d’un bâtiment, il est essentiel d’avoir une représentation viable de cet aspect de la simulation. L’objectif de cette thèse est d’analyser les dessous de la consommation énergétique des bâtiments résidentiels en bois à haute performance énergétique en se concentrant principalement sur le rôle joué par les occupants. Cette thèse se base sur le suivi détaillé d’un bâtiment de logements sociaux présentement en opération. Des pistes de solutions sont proposées dans le but d’améliorer davantage la performance des bâtiments à faible consommation énergétique. Dans un premier temps, la consommation énergétique du bâtiment étudié est analysée de fonds en comble afin de comprendre pourquoi le bâtiment a besoin d’énergie. Cette évaluation expose de grandes variations de consommation énergétique et de confort thermique entre les logements. Cette grande variabilité n’est pas explicable ni par les différentes orientations et position des logements, ni par le nombre d’occupants dans les logements; les données montrent le grand effet que les gens peuvent avoir sur la performance de leur logement par les gestes qu’ils posent. Des modèles de régression linéaire sont formés à partir des données mesurées et quantifient l’impact de différentes variables sur la demande en chauffage en hiver et sur la température intérieure des logements en été. La température intérieure du bâtiment est un enjeu important puisque de la surchauffe est présente durant la saison estivale. La forte isolation et la grande étanchéité de l’enveloppe du bâtiment contribue à cette surchauffe en empêchant les transferts thermiques entre les environnements intérieur et extérieur. L’écart de performance énergétique du bâtiment étudié est également abordé. Il est montré que pour cette étude de cas, l’écart est principalement par une mauvaise représentation du comportement des occupants dans le modèle numérique du bâtiment. Un modèle stochastique simulant le comportement des occupants dans les bâtiments résidentiels est développé à partir de modèles déjà existant. Cet outil simule à la fois la présence des occupants dans leur logement, leur consommation d’eau chaude et d’électricité, ainsi que leur comportement vis-à-vis le contrôle des fenêtres. Les profils générés sont cohérents entre eux (il ne peut pas y avoir de consommation d’eau chaude si personne n’est présent) et considèrent la diversité inter-ménage du comportement des occupants. La portion traitant du contrôle des fenêtres est construite à partir des données mesurées au bâtiment étudié alors que ces données ont plutôt servies à guise de validation pour les autres parties du modèle. Cette validation montre les bienfaits des modifications apportés aux modèles déjà existants. Des simulations sont par la suite effectuées pour quantifier l’impact des occupants sur la performance énergétique des bâtiments résidentiels. Ces simulations se basent sur l’outil stochastique du comportement des occupants développé durant cette thèse. Les résultats montrent que la demande en chauffage d’un logement, sa consommation totale d’énergie et son confort thermique sont très sensible aux gestes posés par les occupants. Un modèle de régression linéaire est également construit à partir des résultats de simulation pour mesurer l’influence des divers paramètres. Un bâtiment à plusieurs unités logements est moins robuste au comportement des occupants qu’une maison unifamiliale, mais les résultats suggèrent qu’il demeure difficile de prévoir avec exactitude la performance d’un bâtiment multirésidentiel si l’aspect stochastique du comportement des occupants est négligée. L’utilisation de profils plus précis du comportement des occupants peut aussi améliorer le dimensionnement des systèmes mécaniques, notamment les systèmes d’eau chaude.
Over a third of energy use and greenhouse gas emissions are related to the building sector. As part of global efforts to combat climate change, it is essential to ensure high energy efficiency of buildings. Doing so requires a deep understanding of the thermal behavior of buildings. Building performance simulation is very useful in this regard, but it is frequent to observe discrepancies between the predicted and real energy consumption levels. Occupant behavior is very influential on the energy performance of a building, so it is essential for it to be accurately represented during building simulations. The objective of this thesis is to analyze and explain the consumption of energy in high-performance wood residential buildings by focusing on the importance of occupant behavior. This thesis relies on the monitoring of a social housing building. Potential solutions are proposed to further improve the performance of low energy consumption buildings. First, the energy consumption of the monitored building is studied in order to understand why the building requires energy. This analysis exhibits the great dwelling-to-dwelling variability of energy consumption and thermal comfort. This variability is not explainable by the various orientations and positions of the dwellings or by the different household sizes. This shows the great impact that actions taken by people at home can have on the performance of their dwelling. Linear regression models are created from the collected data to quantify the influence of multiple variables on the heating demand in winter and on the indoor temperature in summer. Indoor temperature represents an important issue since overheating is present in the building during the summer. The high insulation and air tightness of the building envelope contributes to overheating by preventing heat transfer between the indoor and outdoor environments. The energy performance gap of the building is also covered. It is demonstrated that for the case study building, the gap is mainly due to an inaccurate representation of occupant behavior during building simulations. A stochastic model that simulates occupant behavior in residential buildings is developed from already existing models. This tool simultaneously simulates occupancy, hot water and electricity consumption and window control behavior. Generated profiles are coherent with each other (there cannot be hot water consumption when no one is present at home) and consider the dwelling-to-dwelling variability of occupant behavior. The window control part of the model is built from the data coming from the monitored building whereas the data is instead use to validate the other parts of the model. The validation shows the benefits of the modifications brought to the original occupant behavior models. Building simulations are then performed to assess the impact of occupants on the energy consumption and thermal comfort of residential buildings. These simulations are based on the stochastic occupant behavior tool develop in this thesis. Results display that the heating demand of a dwelling, its total energy use and its thermal comfort are all highly sensitive to occupant behavior. A linear regression model is also built from simulated data to evaluate the influence of various parameters. The energy performance of large housing stocks is more robust with respect to occupant behavior, but the results suggest that it remains difficult to forecast with great accuracy the performance of a multiresidential building if stochastic aspects of occupant behavior are neglected. Use of more accurate occupant behavior profiles can also improve the sizing of HVAC systems, particularly of hot water systems.

La mauvaise qualité de l'air intérieur a été classée parmi les cinq principaux risques environnementaux sur la santé publique (EPA, 2013). La ventilation est une solution bien connue pour réduire la variété de contaminants qui pourraient être trouvés à l'intérieur de bâtiments résidentiels. Cependant, comme l'air propre est un facteur essentiel pour une vie saine et un bâtiment sain, une faible consommation d'énergie est essentielle pour une planète saine. Pour ces raisons, différentes recherches scientifiques sont menées pour l'amélioration des performances des systèmes de ventilation afin de créer un équilibre entre la distribution de l'air et la qualité de l'air intérieur d’un côté et le confort thermique et l'efficacité énergétique d’un autre côté. Un des systèmes de ventilation existants est la ventilation mécanique par insufflation (VMI). Son principe consiste à introduire mécaniquement de l’air neuf depuis l’extérieur, après l’avoir filtré et préchauffé. Les systèmes existant à ce jour en France introduisent l’air via un ou deux points d’insufflation (situés généralement au centre de l’habitation). Quant à l'évacuation de l’air vicié, celui-ci est véhiculé par les sorties naturelles installées dans chaque pièce de la maison. L’objectif de ce travail est tout d’abord d’étudier les performances de la ventilation par insufflation dans un environnement réel puis de trouver des pistes d’amélioration qui permettront d’atteindre une meilleure qualité de l’air intérieur. En se basant sur deux études préliminaires présentées par le chapitre II, on a installé un système à insufflation répartie (un point d’insufflation/pièce de vie) dans une maison réelle où l’on a mené des expérimentations. Des scénarios d’émission de polluant ont été effectués à l’aide de la technique de gaz traceur. L’étude a montré que, malgré un débit de ventilation global du système VMI inférieur à celui du système de référence (ventilation mécanique par extraction hygroréglable B), la VMI fournit des résultats satisfaisants. En outre, elle aide à lutter contre le confinement des chambres et à réduire à l'intérieur, les concentrations des particules provenant des sources extérieures. Une étude numérique est réalisée en utilisant un modèle aéraulique et de transfert de masse multizone. Les résultats ont montré un bon accord avec l'expérience et sont prometteurs pour l’avenir ; une étude paramétrique permettant d'améliorer la performance de la VMI vient parachever ce travail
Poor indoor air quality has been ranked among the top five environmental risks on public health (EPA, 2013). The ventilation is a well-recognized solution for reducing the variety of contaminants that could be found inside residential buildings. However, as well as clean air is an essential factor for a healthy life and a healthy building, low energy consumption is significant for a healthy planet. For these reasons, scientific research are conducted to improve the performance of ventilation systems in order to obtain a balance in the controversial relationship between the air distribution and indoor air quality on the one hand and the thermal comfort and energy efficiency on the other hand. One of the existing ventilation systems is the Supply-Only Ventilation (SOV), known also as positive input ventilation (PIV). It functions by mechanically introducing fresh, filtered and preheated air into the center of the building. So far, the existing systems in France introduce air through one or two supply points (usually located in the center of the house). As for the evacuation, steal air goes out through natural vents installed in each room of the house. The aim of this study is to evaluate the performance of this system in terms of indoor air quality in a real environment and to find improvement field that will help in increasing the indoor air quality. Based on preliminary studies and on the airflow path principle required by French regulation, we decided to investigate a Multi Supply-Only Ventilation system (M-SOV). The idea is to have an insufflation point in the bedrooms and living room, while the free air outlets are located in the utility rooms (kitchen, bathroom and toilets). Different emission scenarios are experimentally simulated using tracer gas methods. The study shows that even though the flow rate of this system is lower than the extract only ventilation system (EOV), it provides satisfactory results. In addition, it helps fight against the confinement room and reduce the indoor particles concentrations originated from outdoor sources. A numerical study using a multizone airflow and contaminant transport model is performed. The numerical results show a good agreement with that of the experimental ones. Moreover, they are promising for the future parametric study in order to improve the SOV performance

Ce travail est une réflexion prospective sur la densification verticale de la ville par la tour d'habitation. Trois échelles sont considérées : le bâtiment seul (objet), la composition de sa façade et son insertion urbaine (bâtiment situé). Le parti pris est de n'examiner que le seul critère énergétique. Sont réalisées trois séries d'études " morpho-énergétiques " : 1 - une étude sur l'influence énergétique de la morphologie d'un bâtiment " objet " : l'objectif est de développer un outil d'évaluation simplifiée de la performance énergétique totale des bâtiments résidentiels. 2 - une extension du précédent modèle en insérant le bâtiment dans un morceau de ville : l'objectif est d'identifier l'influence des configurations urbaines sur leur performances énergétiques, à l'aide d'un outil d'optimisation par algorithmes génétiques. 3 - l'étude d'une nouvelle démarche de conception et de rénovation des bâtiments à travers le concept Core-Skin-Shell : l'objectif est d'évaluer l'intérêt énergétique d'une décomposition fonctionnelle du bâtiment.

Le comportement humain est modélisé de manière sommaire dans les logiciels de simulation énergétique des bâtiments. Or son impact est considérable et il est à l'origine d'écarts importants entre résultats de simulation et mesures in situ. Les occupants influencent les consommations d'énergie des bâtiments par leur présence et leurs activités, les ouvertures/fermetures de fenêtres, la gestion des dispositifs d'occultation, l'utilisation de l'éclairage artificiel et des appareils électriques, la gestion des consignes de chauffage et les puisages d'eau chaude sanitaire. La thèse propose une modélisation de l'occupation incluant l'ensemble de ces aspects suivant une approche stochastique statistique, pour les bâtiments résidentiels et de bureaux. La construction des modèles fait appel à un grand nombre de données issues de campagnes de mesures, d'enquêtes sociologiques et de la littérature scientifique. Le modèle d'occupation proposé est couplé à l'outil de simulation thermique dynamique Pléiades+COMFIE. En propageant les incertitudes des facteurs du modèle d'occupation et du modèle thermique (enveloppe, climat, systèmes), un intervalle de confiance des résultats de simulation peut être estimé, ouvrant ainsi la voie à un processus de garantie de performance énergétique
Human behaviour is modelled in a simplistic manner in building energy simulation programs. However, it has a considerable impact and is identified as a major explanatory factor of the discrepancy between simulation results and in situ measurements. Occupants influence buildings energy consumption through their presence and activities, the opening/closing of windows, the actions on blinds, the use of artificial lighting and electrical appliances, the choices of temperature setpoints, and the water consumptions. The thesis proposes a model of occupants' behaviour including all these aspects, according to a stochastic approach, for residential and office buildings. Models' development is based on numerous data from measurements campaigns, sociological surveys and from the scientific literature. The proposed model for occupants' behaviour is coupled to the simulation tool Pléiades+COMFIE. By propagating the uncertainties of factors from the occupants' behaviour model and the thermal model (envelope, climate, systems), the simulation results confidence interval can be estimated, opening the way to an energy performance guarantee process

Nous passons la majeure partie de notre vie dans des bâtiments. Ces derniers ont été construits, pour la plupart, avant les chocs pétroliers de 1974 et 1979, et offrent une performance énergétique médiocre ainsi que des conditions de confort (thermique, acoustique, éclairement naturel) largement améliorables. En France, avec 32 millions de logements et un taux de renouvellement annuel du parc existant inférieur à 1 %, la rénovation énergétique des logements devient une nécessité. Cela, autant pour des raisons politiques (indépendances énergétiques), économiques (relance des emplois de la construction, valorisation du patrimoine), sociales (bien-être des occupants, lutte contre la précarité), qu'environnementales (diminutions des émissions des gaz à effet de serre). Ce travail de thèse vise à proposer des connaissances ainsi qu'une méthodologie afin de contribuer à l'aide à la décision pour la prescription de scénarios d'amélioration énergétique efficaces des maisons individuelles construites durant la période 1945-1974. Trois problématiques sont mises en avant dans cette recherche. 1) l'intégration de l'approche globale (systémique et multicritère) de la rénovation afin d'éviter des contre-performances collatérales dues à des mauvais choix ; 2) l'aide à la formalisation des préférences des propriétaires-occupants (notre maîtrise d'ouvrage) dans un format interprétable par des outils d'analyses multicritères ; 3) l'intégration des incertitudes liées à la caractérisation des bâtiments existants dans le processus d'élaboration des scénarios et d'aide à la décision. À travers une description systémique des bâtiments et une évaluation multicritères des performances des actions d'amélioration retenues, nous proposons une méthodologie innovante, constituée de 6 sous-modèles techniques modulables et interchangeables, qui vise à automatiser le processus de construction, d'évaluation et de hiérarchisation performantielle de scénarios de rénovation. Le cœur de notre méthodologie est basé sur la formalisation de l'expertise métier des spécialistes du bâtiment dans deux de nos 6 sous-modèles. Le premier est une matrice d'influence permettant de passer des enjeux de rénovation les plus courants (équivalent aux préférences exprimées par la maîtrise d'ouvrage) en profil de poids relatifs et profil de niveaux-cibles de performance sur les indicateurs modélisés. Le second, est un outil d'inférence probabiliste (utilisant la technologie des réseaux bayésiens) permettant à la fois d'optimiser les assemblages d'actions d'amélioration (programmation par contraintes successives) et de réaliser une évaluation multicritère de ces assemblages (par l'usage de fonctions d'agrégation de performances locales). Un sixième et dernier sous-modèle utilise les méthodes de surclassement ELECTRE pour trier et classer les alternatives de rénovation préalablement générées par ordre de préférence. Notre méthodologie offre enfin la possibilité de laisser l'utilisateur tester ses propres scénarios d'amélioration énergétique afin d'analyser leurs performances multicritères et leur compatibilité avec les caractéristiques de l'existant capitalisées lors du diagnostic technique d'une opération. La méthodologie développée se veut pédagogique et transposable dans un prototype d'outil informatique fonctionnel. Une première version a été développée et utilisée pour appliquer notre processus d'aide à la décision à un cas réel de maison individuelle à rénover. Les premiers résultats obtenus sont cohérents et permettent de valider la démarche. Néanmoins, il faut garder à l'esprit que comme tout modèle utilisant des connaissances expertes, sa robustesse et la limite de validité de son périmètre d'application dépendent de la qualité du savoir métier capitalisé
We spend most of our lives in buildings. These were built mostly before the oil shocks of 1974 and 1979 and offer both poor energy performances and improvable comfort conditions (thermal, acoustic, natural lighting). In France, with 32 million units and an annual turnover of less than 1% of the existing building stock, the energy renovation of housing becomes a necessity. This, as much for political ends (energy dependence), economic reasons (revival of construction jobs, real-estate valorisation), social reasons (wellbeing of occupants), as environmental reasons (reduction of greenhouse gas emissions). This thesis aims to provide knowledge and a methodology to contribute to the decision support for prescribing efficient energy renovation scenarios of houses built during the 1945-1974 period. Three issues are highlighted in this research work: 1) the integration of an holistic approach of renovation process (systemic and multi-criteria) to avoid not foreseen collateral effects due to bad choices; 2) help formalize the preferences of decision-takers (homeowners) in a format interpretable by multi-criteria analysis tools; 3) integration of uncertainties related to the characterization of existing buildings in the process of scenarios generation and decision support. Through a systemic description of buildings and a multi-criteria performance assessment of formerly identified renovation actions, we propose an innovative methodology, consisted of 6 modular and interchangeable technical sub-models, which aims to automate the generation, assessment, optimization and performance-based ranking of renovation scenarios. The heart of the methodology is based on the formalization of renovation knowledge from construction specialists in two of our six sub-models. The first one is an influence matrix that we use to translate most common renovation goals (equivalent to the wishes expressed by homeowners) into a profile of relative weights and a profile of targeted-levels of performance on indicators modelled. The second one is a probabilistic inference tool (using the technology of bayesian networks) to both optimize assemblies of renovation actions (programming by successive constraints) and achieve multi-criteria evaluation of these assemblies (by the use of aggregation functions of local performances). A sixth and final sub-model uses the ELECTRE outranking methods to sort and classify, by preference order, renovation scenarios previously generated. At last, our methodology provides the ability to let users test their own energy renovation scenarios in order to analyze their multi-criteria performances and compatibility with the characteristics of the existing capitalized during the technical diagnosis of their building. The methodology proposed is intended to be educational and transposable into a functional computer system prototype. A first version was developed and used to apply our decision process to a real case of individual house to renovate. First results obtained are consistent and allow validating the approach. However, keep in mind that like any model using expert knowledge, robustness and validity limit of its scope of application depend on the quality of knowledge work capitalized

A l'heure où le secteur de la construction connaît une profonde transformation portée par des préoccupations énergétiques et environnementales, les solutions de conception proposées pour répondre à ces objectifs ne doivent pas compromettre la qualité de l’air intérieur (QAI). Malgré les risques majeurs de santé publique liés à celle-ci, des outils manquent aux acteurs de la conception pour juger de la performance des solutions de conception proposées en terme de QAI. Cette thèse vise à répondre à cet enjeu en proposant une méthodologie d’évaluation cohérente et intégrée des performances sanitaires, énergétiques et environnementales des solutions de conception. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) a été identifiée comme pertinente pour intégrer dans un cadre méthodologique normé l’évaluation de la QAI à celle de la performance énergétique et environnementale à travers des métriques d’impacts communes.Afin de considérer au mieux les impacts générés par la pollution de l’air intérieur et les consommations énergétiques en phase opérationnelle du bâtiment, nous avons développé un modèle numérique couplant les transferts de chaleur et de masse dans l’enveloppe du bâtiment. Ce modèle permet d’évaluer l’émission des polluants depuis les matériaux de construction (inventaire) jusqu’à leur devenir dans les environnements intérieurs (transport) en fonction de la température. L’intégration de ce modèle à la méthodologie d’ACV nous a permis de quantifier l’impact de différents matériaux de construction sur l’environnement intérieur et extérieur du bâtiment et de les mettre en regard avec les impacts générés lors de leur production et fin de vie respective. Les résultats obtenus nous ont montré la sensibilité de ce modèle aux paramètres comportementaux.L’occupant a un rôle majeur dans la problématique de la QAI et sa prise en compte est un élément clé afin de quantifier l’exposition des occupants aux polluants intérieurs avec moins d’incertitudes. Nous avons développé un modèle agent simulant le comportement humain au sein des bâtiments résidentiels à l’aide d’une architecture cognitive avancée intégrant à la fois le comportement délibératif et social des occupants. Le couplage du modèle de transport des polluants et du modèle-agent de comportement humain nous a permis d’explorer au travers d’un cas d’étude dans quelle mesure l’exposition à la pollution intérieur est sensible au mode de vie des occupants et le comportement des occupants influe sur le devenir des polluants dans les environnements intérieurs. Ceci constitue une étape préliminaire pour estimer un intervalle de confiance des résultats de simulations, ouvrant ainsi la voie à un processus de garantie de performance en terme de QAI
The construction sector is undergoing a profound transformation driven by energy and environmental concerns. The design solutions proposed to meet these objectives must not compromise indoor air quality (IAQ). Despite the major public health risks associated with this issue, design actors lack tools to assess the performance of the design solutions in terms of IAQ. This thesis aims to address this challenge by proposing a consistent and integrated methodology for evaluating the health, energy and environmental performance of building design solutions. Life Cycle Assessment (LCA) has been identified as a relevant methodology for integrating into a standardised methodological framework the evaluation of the building performance in terms of IAQ, energy and environment through common impact metrics.In order to better characterise the impacts generated by indoor air pollution and energy consumption during the operational phase of the building, we developed a numerical model coupling heat and mass transfers in the building envelope. This model evaluates the emission of pollutants from building materials (inventory) until their fate in indoor environments (transport) as a function of the temperature. The integration of this model into the LCA allowed us to quantify the impact of different construction materials on the indoor and outdoor environment of the building and to compare them with the impacts generated during their production and end of life phase. The results obtained show the sensitivity of this model to behaviour-driven parameters.The occupant has a major role in the problem of IAQ and its consideration is a key element to quantify occupants’ exposure to indoor pollutants with fewer uncertainties. We developed an agent-based model simulating human behaviour within residential buildings using an advanced cognitive architecture that integrates both the deliberative and social behaviour of occupants. By coupling the pollutant transport model with the human behavioural agent model, we explored to which extent the exposure to indoor pollution is sensitive to the occupants' lifestyle and the occupants' behaviour influences the fate of pollutants in indoor environments. This is a preliminary step in estimating a confidence interval of the simulation results, paving the way for a performance guarantee process in terms of IAQ

Si nous n’amoindrissons pas l’importance de la qualité de l’air extérieur (en particulier dans les zones à trafic routier important, dans les zones à proximité de sites industriels…) ou dans les transports (comme les espaces confinés souterrains) dans l’exposition des personnes aux polluants de l’air, la prise en compte de l’exposition aux polluants des occupants dans leurs logements est primordiale puisque les gens y passent en moyenne autour de 80% de leur temps. La première étape de ce travail a consisté à définir tout d’abord un nombre réduit de polluants à considérer à l’intérieur des logements par un processus de hiérarchisation consistant à comparer les niveaux d’exposition aux différents polluants par rapport à leurs valeurs sanitaires de référence. L’analyse des indices mono et multi polluants existants nous a permis d’aboutir à la définition d’un nouvel indice multi polluants, nommé ULR-QAI, qui a été utilisé comme indicateur principal dans la suite de l’étude. Le deuxième chapitre était quant à lui dédié au développement de l’outil numérique nécessaire à reproduire les situations diverses et variées qui peuvent être rencontrées dans les logements. L’objectif était ici de reproduire le transport des polluants de l’air extérieur vers l’intérieur, les sources intérieures de polluants ainsi que les phénomènes physiques essentiels (transferts de polluants entre les différentes pièces d’un logement, variation de l’humidité relative de l’air, dépôt de particules, filtration…) pour l’évaluation des niveaux de concentration des polluants cibles définis dans le chapitre précédent. Ainsi, un environnement de simulation hygrothermique, aéraulique et de QAI a été construit par couplage des logiciels TRNSYS et CONTAM. Enfin, une analyse des éléments impactant la QAI des logements a été développée dans le dernier chapitre. Le but ici n’était pas uniquement d’observer l’influence de certains paramètres mais bien de quantifier et de hiérarchiser, à travers le calcul de l’indice ULR-QAI, les polluants, leurs sources, les systèmes ainsi que les actions pouvant être entreprises par les occupants pour améliorer la QAI de leurs logements
Without lessening the importance of outdoor air quality (especially in areas with heavy road traffic or near industrial sites...) or transport (such as confined underground spaces) in people's exposure to air pollutants, considering the exposure of occupants to pollutants in their dwellings is essential since people spend around 80% of their time there. The first step of this work consisted in defining a reduced number of pollutants to be considered inside the dwellings through a prioritization process consisting in comparing the levels of exposure to the different pollutants in relation to their health reference values. The analysis of the existing single and multi-pollutant indices led to the definition of a new multi-pollutant index, called ULR-IAQ, which was used as the main indicator in the rest of the study. The second chapter was dedicated to the development of the numerical tool necessary to reproduce the various and varied situations that can be encountered in dwellings. The objective here was to reproduce the transport of pollutants from outdoor to indoor, indoor sources of pollutants as well as the main physical phenomena (pollutant transfers between the different rooms, variation in air relative humidity, deposition of particles, filtration...) for the evaluation of the concentration levels of the target pollutants defined in the previous chapter. Thus, a simulation environment combining energy, airflow and pollutant transport for multizone buildings has been developed by coupling TRNSYS and CONTAM software. Finally, an analysis of the elements impacting the IAQ of dwellings was developed in the last chapter. The goal here was not only to observe the influence of certain parameters but also to quantify and prioritize, through the ULR-IAQ index calculation, the pollutants, their sources, the systems as well as the actions that can be taken by the occupants to improve the IAQ of their dwellings

En Amérique du Nord, les pratiques actuelles de conception de l’industrie de la construction suscitent de nombreux et importants problèmes, tant au niveau environnemental, que social et économique. Certaines tendances conceptuelles, telles que l’industrialisation de la construction, le bâtiment vert, l’approche diachronique et la rationalisation spatiale proposent des moyens afin de répondre à cette problématique. La conception synchronique, qui ne se base encore que sur des besoins immédiats, produit des bâtiments statiques qui ne peuvent accommoder l’évolution des besoins. En plus de la phase d’usage qui se révèle la plus coûteuse en termes de consommation d’énergie, d’eau, de matériaux et de génération de déchets, le bâtiment statique est amené à subir de nombreuses rénovations, profondément délétères pour l’environnement et la situation économique des ménages. Dans une perspective d’opérationnalisation du développement durable, la problématique de recherche concerne la considération de la phase d’usage dans le processus conceptuel de l’habitation. Dans l’optique de favoriser une conception plutôt diachronique, 55 projets de rénovation résidentiels ont été analysés et comparés afin de décrire la nature et l’intensité des interventions effectuées. L’examen des plans avant/après rénovation a permis de quantifier le niveau d’intensité des interventions et ainsi, mettre en relief certaines tendances et récurrences des pratiques actuelles. Dans le but de valider si le bâtiment vert est en mesure de répondre aux enjeux environnementaux contemporains de l’habitation, les contenus de trois programmes de certification utilisés en Amérique du Nord, à savoir BOMA-BESt®, LEED®, et Living Building ChallengeTM, sont analysés. Une classification des stratégies proposées montre la répartition des préoccupations envers le bâtiment, les systèmes et l’usager. Une analyse permet de mettre en relief que les considérations semblent, de façon générale, cohérentes avec les impacts associés à l’habitation. Un examen plus ciblé sur la teneur et les objectifs des stratégies considérant l’usager permet l’émergence de deux ensembles thématiques : les cinq sources potentielles d’impacts (énergie, eau, matériaux, déchets et environnement intérieur), ainsi que les quatre thèmes reliés aux objectifs et aux finalités des stratégies (entretien et surveillance; sensibilisation et formation; modélisation et mesurage; comportement et habitude). La discussion a permis d’émettre des pistes d’écoconception pour permettre à l’habitation d’accommoder l’évolution des besoins des occupants, à savoir la « démontabilité », l’aptitude à l’évolution et l’accessibilité. Des recommandations, telles que la nécessité de mieux prendre en compte l’usager comme facteur d’influence des impacts occasionnés par la phase d’usage, sont ensuite proposées. D’autres suggestions appellent à une concrétisation de la performance en suscitant l’implication, l’engagement, la responsabilisation et l’autonomisation des occupants. Enfin, il semble que certaines modifications des programmes de certification et de la législation en vigueur pourraient favoriser l’émergence d’une vision nouvelle concernant la nécessaire réduction de la superficie habitable. Toutes ces opportunités d’amélioration ont le potentiel de mener ce secteur vers une démarche plus globale et systémique, tout en bonifiant de façon majeure les implications environnementales, économiques et sociales de l’habitation.
In North America, construction industry design practices are linked to varied and important environmental, economic, and social concerns. Conceptual trends, like the industrialization of construction, green building, the diachronic approach, and spatial rationalization have proposed to address these issues. Synchronic housing design, still based only on present-day needs, generates static buildings that cannot accommodate needs that evolve over time. Furthermore, during the use phase, which reveals itself as the most costly in terms of energy, water, materials consumption, and waste generation, static buildings may undergo various renovations that are profoundly deleterious, both to the environment and the household’s economic situation. From a perspective that seeks to operationalize sustainable development, the research problem concerns the consideration of the use phase in the housing design process. In order instead to foster diachronic design, fifty-five residential renovation projects were analyzed and compared in order to describe the nature and intensity of their interventions. A review of before/after renovation plans allowed quantification of intervention intensity and highlighted certain trends and recurrences among current practices. In order to determine if green building can respond to contemporary environmental issues in housing, a content analysis of strategies proposed by three certification programs used in North America—BOMA-BESt®, LEED®, and Living Building ChallengeTM—is conducted. Classification of these strategies reveals the distribution of concerns regarding building, systems, and user. An analysis shows, generally, that considerations seem consistent with the impacts associated with housing. An examination focused on the content and objectives of those design strategies which consider the user yields the emergence of two thematic clusters: five potential sources of impacts (energy, water, materials, waste, and indoor environment) and four themes linked to the design strategies’ objectives and purposes (maintenance and monitoring; awareness and training; modeling and metering; behaviour and habit). Discussion permitted the formulation of ecological design criteria, such as disassembly, updatability, and accessibility, to allow for housing that accommodates occupants’ changing needs. Recommendations are proposed, such as the need for better consideration of the user phase in order to make it more consistent with the impacts it generates. Other suggestions call for making building performance more concrete by encouraging the involvement, commitment, accountability, and empowerment of occupants. Finally, it seems that particular changes in certification programs and legislation could encourage the emergence of a new, much-needed vision for total floor area reduction. All these opportunities for improvement seek to lead the sector toward a more holistic approach and to improve significantly the environmental, economic, and social implications of housing.