Qui sommes-nous ?

Mines Paris – PSL est une grande école d’ingénieurs française fondée en 1783, membre fondateur de l’Université Paris Sciences et Lettres (PSL). Elle est reconnue pour son excellence académique, sa recherche de pointe et son engagement dans les transitions écologiques et numériques. Le Centre Énergie, Environnement, Procédés (CEEP) est une unité de recherche interdisciplinaire de Mines Paris – PSL, née le 1er janvier 2024 du regroupement du Centre Efficacité Énergétique des Systèmes (CES) et du Centre Thermodynamique des Procédés (CTP). Il s'inscrit au sein du Département Énergétique et Procédés, qui regroupe également d'autres centres spécialisés tels que PERSEE et OIE.

Selon les résultats du projet Résiliance soutenu par l’ADEME concernant la résilience des bâtiments face aux canicules, la gestion des ouvrants et des protections solaires constitue un levier très efficace de limitation des surchauffes (Monnier, 2022). Pour optimiser le rafraîchissement, l’ouverture doit se faire tardivement en soirée, lorsque la température extérieure descend en dessous de la température à l’intérieur du bâtiment. La fermeture doit avoir lieu dans la situation inverse, à un moment où les occupants sont souvent absents pour des activités professionnelles ou scolaires. L’automatisation de la ventilation naturelle constitue ainsi une solution intéressante. L’enjeu est de retarder le plus possible la généralisation de la climatisation active, face à des vagues de chaleur de plus en plus sévères à cause du changement climatique.

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Missions

Les objectifs à l’issue de la thèse seront :
• Étudier l’application des principes de Bellman et Pontriaguine à l’optimisation de la gestion des ouvrants dans un bâtiment. • Étudier la possibilité de remplacer la simulation dynamique par un métamodèle.
• Intégrer un module prenant en compte la gestion des protections solaires en fonction de l’ensoleillement.
• Tester la fiabilité de la méthode à travers une étude de cas pratique.

La commande prédictive a été mise en œuvre dans un objectif d’amélioration du confort en utilisant le principe de Bellman (Favre, 2013), mais le temps de calcul très important dans cette approche ne permet pas une application en temps réel. Une nouvelle méthode associant les principes de Bellman et de Pontriaguine a été développée pour l’effacement du chauffage en heure de pointe. Cette méthode permet de réduire très significativement le temps de calcul tout en fournissant des résultats similaires à ceux d’une méthode considérée comme référence par les automaticiens (Benali, 2023). Il s’agit d’étudier la pertinence de cette approche dans un objectif d’amélioration du confort thermique. Selon le choix de la fonction de coût (par exemple degrés-heures d’inconfort) et des contraintes (par exemple éclairage naturel), il peut être pertinent d'utiliser une commande hiérarchisée et des réductions de modèle voire un métamodèle élaboré à partir d’un grand nombre de résultats de simulation, ou de mesures si elles sont disponibles. L'optimisation de la gestion sera menée sur un horizon glissant de quelques jours. L’outil de simulation thermique dynamique sera complété afin de prendre en compte un mode de gestion des protections solaires, par exemple une fermeture de stores en fonction du niveau de rayonnement solaire. L’approche sera testée dans le cadre d’un Living lab réalisé par l’industriel partenaire. L’intérêt de l'analyse de mesures in situ afin de calibrer certains paramètres (par exemple facteur solaire des stores, albedo...) sera étudié. Résultats attendus Cette recherche vise à améliorer la gestion des ouvrants, en prenant en compte des critères thermiques et environnementaux. Les performances de la stratégie optimale peuvent être évaluées pour des climats futurs en utilisant des données climatiques prospectives élaborées par le CNRM (Centre National de Recherches Météorologiques, Météo-France) dans le cadre du projet Résiliance. La réduction d’impacts environnementaux (en particulier émissions de gaz à effet de serre) peut être évaluée en considérant des consommations de climatisation évitées pour obtenir le même niveau de confort. La méthodologie d’élaboration d’une stratégie optimale sera transmise à l’industriel partenaire afin de la tester dans des applications opérationnelles en vue d’une commercialisation.

Profil recherché

Profil type pour une thèse à MINES Paris: MASTER ou diplôme d’ingénieur Pré-requis (compétences spécifiques pour cette thèse) : Compétences en énergétique, Python