Soutenance de la thèse "Etude de la mise en oeuvre de l'éco-conception dans la réhabilitation des bâtiments"

le 21 janvier 2013

à l’Ecole des Ponts ParisTech
6-8, avenue Blaise Pascal 77420 – CHAMPS-SUR-MARNE
(à 14h en salle M001)

Mathieu RIVALLAIN

Résumé :

Sous nos latitudes, l’usage des bâtiments existants et les consommations énergétiques associées
(chauffage, climatisation, ventilation, eau chaude sanitaire, éclairage) sont responsables
d’impacts considérables sur l’Environnement. De plus, le renouvellement du parc existant étant
inférieur à 1% par an, dans la plupart des pays développés, la réhabilitation des bâtiments constitue
un levier majeur de réduction des consommations d’énergie et des émissions de gaz à effet
de serre. Cependant, l’identification de stratégies optimales de réhabilitation énergétique, incluant
la planification des actions dans le temps, demeure une problématique complexe pour les
acteurs de la Construction.

Ces travaux de thèse constituent une contribution à l’aide à la décision pour l’identification de
programmes efficaces de réhabilitation énergétique, à partir de méthodes d’optimisation multicritères.

Les solutions (programmes séquentiels de réhabilitation énergétique) sont optimisées en termes
de composition et de phasage. La composition est définie par la combinaison de mesures de réhabilitation
mise en oeuvre. Celles-ci concernent l’enveloppe des bâtiments (isolation thermique,
remplacement des fenêtres, surfaces de fenêtres) et le remplacement des équipements de chauffage,
ventilation et production d’ECS. Pour chacune des mesures, plusieurs alternatives sont envisagées.
Le phasage correspond à la permutation de ces mesures, imposant la séquence de mise
en oeuvre.
Les solutions sont évaluées sur une base multicritère et sur le cycle de vie. Les fonctions objectifs
ciblent les impacts environnementaux de l’ACV, des indicateurs financiers, le bien-être des
occupants par le confort thermique adaptatif en été. Des modèles d’analyse de cycle de vie et
d’analyse du coût du cycle de vie, utilisant la simulation thermique dynamique pour le calcul
des besoins de chauffage et des températures intérieures, ont été développés pour l’évaluation
des performances des solutions.

Etant donnée la nature mathématique du problème (multicritère, combinatoire, à variables discrètes
et à fonctions objectifs implicites non-linéaires), deux méthodes d’optimisation multicritères
sont étudiées : les algorithmes génétiques (NSGA II) et la programmation dynamique.
Dans l’approche génétique, la modélisation des solutions, sous la forme d’un couple de chromosomes,
permet d’identifier des programmes séquentiels efficaces de réhabilitation énergétique et
d’analyser les surfaces de compromis, en termes de définition et performances des solutions, de
compromis entre les critères de décision.

A partir de la représentation du problème par un graphe séquentiel, la programmation dynamique
permet alors de comparer les solutions approchées issues de l’algorithme génétique, ou
d’approches court-termistes, au front de Pareto exact. L’optimisation exacte a également été exploitée
pour analyser la sensibilité des solutions à différents paramètres de modélisation dont le
comportement des occupants, l’évolution des prix de l’énergie, la durée de vie des composants
de réhabilitation.

Les contraintes budgétaires s’appliquant au projet de réhabilitation ont été ensuite intégrées
dans un algorithme génétique multicritère sous contraintes, adapté à l’étude des stratégies de réhabilitation
sous la contrainte d’un plan de financement.
Enfin, l’approche génétique a été étendue depuis l’échelle du bâtiment à celle du parc et
l’optimisation exacte a été utilisée pour caractériser les typologies de bâtiment en réhabilitation.
L’intérêt des différentes méthodes est illustré sur une étude de cas.

Ces méthodes d’optimisation multicritère contribuent à l’aide à la décision, en fournissant aux
décideurs le moyen d’identifier des stratégies efficaces de réhabilitation énergétique ainsi
qu’une description des compromis accessibles, à l’échelle du bâtiment ou à celle du parc, sur
une base multicritère et sur le cycle de vie.

Mots-clés : réhabilitation énergétique des bâtiments existants, optimisation multicritère, analyse
de cycle de vie, aide à la décision.