VBD - Villes et Bâtiments Durables

Outils MEthodologiques pour la GArantie de performance énergétique – OMEGA

Proposer des méthodes innovantes pour accompagner la mise en place de contrats de performance énergétique

.

Objectifs

Les objectifs ambitieux de réduction des consommations d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre portés par les Grenelles de l’environnement imposent la généralisation rapide des bâtiments à hautes performances énergétiques à la fois pour le parc de bâtiments neufs et existants. <br />La construction de bâtiments neufs hautement performants et les travaux de réhabilitation à très haute performance énergétique ne pourront se réaliser à très large échelle que si les maîtres d’ouvrage ont la certitude d’obtenir les économies d’énergie prévues. <br />La Garantie de Performance Energétique est par conséquent aujourd’hui un élément clé pour sécuriser l’ensemble de la filière en garantissant à l’utilisateur final du bâtiment une consommation d’énergie annuelle réelle maîtrisée dans des conditions normales d’utilisation du bâtiment. <br />Les verrous techniques sont principalement liés à l’absence de bases scientifiques robustes permettant d’appréhender, d’anticiper et maîtriser les risques associés à la mise en place d’une garantie de performance. <br />Le projet OMEGA propose par conséquent de contribuer à la levée de ces verrous techniques en produisant des méthodes scientifiques opérationnelles et innovantes pour l’accompagnement des futurs dispositifs de garantie des performances énergétiques.

Les méthodes proposées par le projet OMEGA exploitent la modélisation énergétique du bâtiment comme fil rouge au cours du contrat de performance énergétique.
En phase de conception, le modèle a priori du bâtiment est utilisé pour :
• Conduire une analyse de sensibilité qui permet de qualifier l’influence des paramètres de l’enveloppe du bâtiment et de ses systèmes, ainsi que des conditions extérieures (climat) et intérieures (occupation, températures de consigne) sur la consommation énergétique
• Effectuer une propagation des incertitudes estimées sur ces paramètres ou conditions, pour fournir une distribution des consommations probables, sachant les hypothèses de conception
• Optimiser le rapport précision/coût du plan de mesure et de vérification

En phase d’exploitation, le modèle du bâtiment peut être utilisé avec des valeurs issues de la mesure, notamment en ce qui concerne les caractéristiques intrinsèques de l’enveloppe et les conditions extérieures et intérieures. Les méthodes proposées par le projet sont alors essentiellement des méthodes d’analyse de données :
• Analyse de variance sur les résidus entre consommations mesurées et simulées
• Interprétation des mesures associées à l’occupation à l’aide de méthodes de machine learning
• Détection et aide au diagnostic sur les défauts et dérives par réseaux bayésiens ou analyse formelle
• Visualisation de données

Les travaux du projet OMEGA permettent :
• de déterminer une cible d’engagement de performance énergétique et d’évaluer le risque lié à cet engagement,
• de fournir une aide à la sélection des variables d’ajustement contractuelles
• d’aider à la définition et à l’optimisation du plan de mesure et de vérification
• d’orienter la mise au point en identifiant des causes probables d’écarts entre mesures et simulations
• d’estimer l’impact de la variabilité des modes d’occupation,
• de comprendre le mode d’occupation réel d’un bâtiment,
• de faire prendre conscience aux usagers de leurs habitudes face à des pratiques alternatives,
• d’aider à détecter les dérives de fonctionnement et d’accompagner leur diagnostic,
• de mettre en place des visualisations de données ad hoc pour les différents acteurs.

Les développements réalisés par les partenaires du projet ont permis la création ou l’amélioration de produits logiciels. En particulier, la start-up KOCLIKO créée en 2016 a développé le module de calculs AMAPOLA, permettant de réaliser les analyses de sensibilité et d'incertitude mises en œuvre par ARMINES au cours du projet OMEGA. Les méthodes d’analyse de sensibilité et de propagation d’incertitudes utilisées au cours du projet ont été transférées dans les processus et outils de détermination de cible d’engagement de performance énergétique d’Engie Axima.

Les travaux des partenaires ont donné lieu à des communications dans des revues et conférences essentiellement internationales. Ces communications portent sur les deux thématiques de recherche principales du projet, d’une part les méthodes d’analyse de sensibilité et d’incertitudes sur les modèles de simulation, d’autre part les méthodes d’analyse de données pour la détection de l’occupation ou le diagnostic de défauts.

Le projet OMEGA est un projet de recherche appliquée coordonné par le CSTB. Il associe aussi le CEREMA et Engie Axima, ainsi que les laboratoires I2M, LARIS, G-SCOP et ARMINES). Le projet a commencé en janvier 2014 et a duré 48 mois. Il a bénéficié d’une aide ANR de 934 253 € pour un coût global de l’ordre de 2,5 M€.

.

Les objectifs ambitieux de réduction des consommations d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre portés par les Grenelles de l’environnement imposent la généralisation rapide des bâtiments à hautes performances énergétiques à la fois pour le parc de bâtiments neufs et existants. Cette mutation profonde déjà engagée se traduit par le passage d’une exigence de moyens en phase de conception du bâtiment à une exigence de résultats tout au long de la vie du bâtiment. Les attentes en terme de garantie de performance énergétique sont par conséquent fortes. Il s’agit de sécuriser l’ensemble de la filière en garantissant à l’utilisateur final du bâtiment une consommation d’énergie annuelle réelle maitrisée dans des conditions normales d’utilisation du bâtiment.

Dans ce contexte, le projet OMEGA s’intéresse à la question de la garantie des performances énergétiques réelles des bâtiments construits ou réhabilités selon des objectifs de très basse consommation énergétique. Le projet propose d’apporter des outils méthodologiques innovants permettant d’appréhender, anticiper et maitriser les risques associés à la mise en place d’une garantie de performance. Le projet propose plus particulièrement d’apporter des solutions permettant d’accompagner le processus de garantie des performances depuis la phase de conception jusqu’à l’exploitation du bâtiment.

En phase de conception il s'agit de proposer des outils méthodologiques permettant, via des méthodes d'analyse de sensibilité (méthode de Sobol) et d'incertitudes (Méthode de Monte Carlo et polynômes de chaos), d’identifier les paramètres les plus influents, de formaliser la cible de la garantie de performance énergétique sur laquelle un engagement contractuel pourra être construit ainsi que le niveau de confiance associé. Le projet proposera de plus des méthodes pour prévoir la mise en place d’un plan de mesure et de vérification adapté, aussi précis que possible dans la limite du budget alloué, pour permettre le suivi des performances effectives. L’identification des paramètres les plus influents sera de plus utilisée en vue de l’enrichissement des modèles par des données expérimentales pour l’aide au suivi des performances en exploitation. Dans le cadre de ces travaux, des outils de simulation seront développés afin d’intégrer dans la prévision l’impact de la future activité des usagers du bâtiment (modèles statistiques).

En phase d'exploitation il s'agit de suivre les performances énergétiques effectives afin de juger de la validité de l’engagement formulé et de les maintenir dans le temps. OMEGA propose pour cela à la fois des méthodes de détection de défaut et de dérive (réseaux bayésiens et modèles physiques) permettant de distinguer les dérives de fonctionnement des équipements des dérives liées au comportement des occupants et des outils de visualisation métiers permettant de suivre de manière opérationnelle les performances en service. Ce travail s’accompagnera en particulier du développement de capteurs virtuels destinés à apprécier l’activité humaine en exploitation et le développement d’IHM pour les occupants et les exploitants permettant d'évaluer la qualité des usages du bâtiment.

Les développements scientifiques du projet seront alimentés par des retours terrains et les méthodes seront expérimentées et évaluées sur site en situation de garantie de performance simulée.

Coordinateur du projet

Madame stephanie DEROUINEAU (Centre Scientifique et Technique du Batiment) – stephanie.derouineau@cstb.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

I2M Institut de Mécanique et Ingéniérie Bordeaux
CETE ouest Centre d'Etudes TEchnqiue de l'ouest
AXIMA CONCEPT
INPG INP Grenoble
LASQUO LAboratoire en Sûreté de fonctionnement, QUalité et Organisation
ARMINES CES ARMINES Centre Efficacité énergétique des Systèmes de Mines ParisTech
CSTB Centre Scientifique et Technique du Batiment

Aide de l'ANR 934 251 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2013 - 42 Mois

Liens utiles

Inscrivez-vous à notre newsletter
pour recevoir nos actualités
S'inscrire à notre newsletter