Le projet de l’équipe BPE est construit autour de 3 axes portant sur la caractérisation des dispositifs de l’enveloppe, des matériaux et parois, l'évaluation de la performance globale du bâtiment et sur les interactions bâtiments - microclimat urbain.
Sites : Nantes-Angers, L’Isle d’Abeau, Strasbourg; 17 agents impliqués dont 10 chercheurs permanents, un chercheur associé.
Que ce soit dans le contexte national ou européen, la société est confrontée à deux enjeux contradictoires : d’une part, une nécessité de protéger l’environnement, de lutter contre le changement climatique et d’offrir à tous un environnement de vie durable ; et d’autre part, celle de faire face à l’augmentation de la population, de la demande en énergie et en matières premières liée aux modes de vie modernes.
La France s’est engagée à diviser par quatre ses émissions de gaz à effet de serre à l’horizon 2050. Des politiques volontaristes sont mises en œuvre pour réduire les consommations énergétiques et les émissions de CO2 dans tous les secteurs économiques. Celui du bâtiment est le plus consommateur en énergie et produit 23% des émissions nationales de CO2. Il est donc un secteur clé dans la transition énergétique. Cependant, l’aborder engage la prise en compte d’un système complexe, car son cycle de vie implique un grand nombre d’acteurs (filière bâtiment, propriétaires fonciers, usagers) et des évolutions contextuelles (densification, changement climatique, pics de pollution…) qu’il est nécessaire de prendre en compte pour ne pas aboutir à des solutions peu performantes, voire contre performantes.
Les chantiers de recherche et d’innovation sont nombreux. Ils ont déjà conduit à relever les défis successifs imposés par les réglementations thermiques et s’attachent aujourd’hui à anticiper et dépasser la prochaine réglementation 2020. À cet horizon, les Bâtiments à Énergie Positive devraient être généralisés pour les constructions neuves. Cet objectif nécessite une conception efficace, donc une architecture et des systèmes constructifs adaptés au contexte : environnement (climatique, acoustique, qualité de l’air extérieur), usage (confort, appropriation et évolution des locaux). Les autres exigences de qualité, dont celle d’offrir un environnement sain et d’utiliser des matériaux biosourcés, complexifient la progression dans le domaine. En effet, par exemple, les comportements hygrothermiques des matériaux naturels sont très variables et moins bien connus. Par ailleurs, la construction de nouveaux bâtiments ne constitue qu’une faible part de la marge de progrès pour la réduction des consommations totales d’énergie liées au bâtiment. Le parc de bâtiments existants, qui constitueront encore la majorité du parc bâti de 2050, constitue un gisement d’économie beaucoup plus grand. Des solutions de rénovation sont donc recherchées pour ces derniers, avec comme quadruple enjeu de viser des objectifs de performance énergétique tout en préservant le bâti initial, en considérant l’aspect patrimonial et architectural et en améliorant la qualité de l’environnement intérieur. Ceci passe par des choix de solutions adaptées à chaque type de bâti (mode constructif, matériaux, systèmes…).
L’équipe BPE focalise ses recherches sur :
- Les éléments du bâti (matériaux biosourcés, enveloppe et systèmes) et leur performance globale en situation dans le bâtiment, donc avec la prise en compte des interactions liées aux conditions locales et d’usage ;
- L’évaluation de la performance globale réelle dans une approche qui va du bâtiment dans son contexte à celle d’un groupe de bâtiments (grands patrimoines immobiliers, îlots ou quartiers dont ceux à énergie positive…).
À ces deux objets d’étude, deux dimensions transversales feront l’objet d’attentions particulières :
- La prise en compte des modifications des usages liés à la qualité environnementale des espaces ;
- La prise en compte des conditions climatiques locales et du changement climatique dans l’évolution des consommations énergétiques et des conditions de qualité des environnements intérieurs.
Concernant l’axe de recherche n°1 (Caractérisation des dispositifs de l’enveloppe, des matériaux et parois), les principaux résultats attendus sont les suivants :
- Méthode d’identification in situ des propriétés hydriques et thermiques d’une paroi ;
- Base de données des caractéristiques hygrothermiques de matériaux biosourcés et géosourcés ;
- Modèles hygrothermiques à l’échelle de la paroi (1D, 2D) en optimisant le temps de calcul dans l’optique de les coupler à un modèle bâtiment ;
- Méthodes et recommandations de mise en œuvre de simulations hygrothermiques (prise en compte des remontées capillaires, effets convectifs sur les transferts d’humidité, etc.) ;
- Méthodes de caractérisation in situ des performances réelles des systèmes de ventilation et de l’étanchéité à l’air des bâtiments ;
- Base de données des performances concernant la perméabilité à l’air de l’enveloppe et des réseaux de ventilation.
Concernant l’axe de recherche n°2 (Évaluation de la performance globale du bâtiment), les principaux résultats attendus sont les suivants :
- Caractérisation de l’incertitude de mesure ou de non mesure de l’ensemble des paramètres liés à la performance énergétique ;
- Démonstration de l’utilisation de la modélisation par la mesure pour l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments ;
- Modèles réduits de bâtiments permettant de représenter un parc de bâtiments ;
- Possibilité de concevoir la ventilation des bâtiments d’après des objectifs de performance globale, notamment en évaluant mieux l’impact de la perméabilité à l’air.
Concernant l’axe de recherche n°3 (Interactions bâtiments - microclimat urbain), les principaux résultats attendus sont les suivants :
- Mise en œuvre de la prise en compte des conditions climatiques urbaines dans un outil de simulation de thermique du bâtiment utilisé dans la pratique opérationnelle ;
- Proposition d’un protocole de validation des modèles faisant le lien entre bâtiments et climat urbain et validation de nos modèles (montage et conduite d’un projet à l’échelle européenne ou internationale sur le sujet) ;
- Mise en place d’un modèle permettant la simulation d’un parc bâti avec prise en compte de son contexte climatique urbain.
- Etablissements publics de formation : ENTPE, Université de Savoie Mont-Blanc, CSTB, Institut Mines Telecom Lille-Douai, Université Bretagne Loire, Ecole Centrale de Nantes, Université de Nantes. Université Blaise Pascal (Clermont-Ferrand).
- EPST : CSTB, IFSTTAR, CNRS
- Associations GDR FR Plateformes technologiques : Institut de Recherche en Sciences et Techniques de la Ville & GDR en cours de montage sur la modélisation des transferts dans le bâtiment (coord. M. Woloszyn), association IBPSA, STBA (Sustainable Traditional Buildings Alliance), GDR MBS (Matériaux de construction BioSourcés - coord. S. Amziane, C. Lanos & S. Marceau).Tipee, INEF4.
- Partenaires industriels : ISOVER, Atlantic, Cavac Biomatériaux, EDF, Colas, Veolia 2EI, CETIAT...
Listes et n° des écoles doctorales :
- ED 72 Sciences pour l’ingénieur (SPI) de l’Université Lille Nord de France
- ED 162 Mécanique, énergétique, génie civil, acoustique (MEGA) de l’Université de Lyon
- ED 489 Sciences et Ingenierie des Systèmes, de l'Environnement et des Organisations (SISEO) de l’Université de Savoie Mont-Blanc
- ED 602 Sciences pour l’ingénieur (SPI) de l’Université Bretagne Loire.
Implication dans des sociétés savantes / associations techniques / conseils scientifiques :
- Marjorie MUSY est coordinatrice du GT Ville et Bâtiment de l'Action Energie du CNRS. Marjorie MUSY est membre du Conseil Supérieur de la Météorologie, du GT 7 Alliance ANCRE, du Conseil Nantais de la Nature en Ville, des Conseils Scientifiques d'Agrocampus Ouest, Plante et Cité, INEF4 (Institut de transition énergétique).
Merveil Muanda Lutete (2021-2024). Évaluation des mesures d'adaptation de l'environnement urbain aux contraintes du réchauffement climatique. Directrice : Marjorie Musy
Hostein Mathilde (2021-2024). Évaluation de l'impact du changement climatique sur le confort thermique des bâtiments en tenant compte du comportement des occupants et du contexte urbain - Application aux stratégies passives d'amélioration du confort thermique d'été. Directrice de thèse: Marjorie Musy, Encadrant : Bassam Moujalled
Diana Decilap (2024-2027). Transferts des polluants atmosphériques aux interfaces du bâtiment: impact sanitaire et stratégies d'amélioration de la qualité de l'air intérieur. Encadrante : Gaelle Guyot
Ganswindt Astrid (2024-2027). Développement de modèle de prévision de charges thermiques de bâtiments pour leur évaluation de leur fléxibilité énergétique. Directrice : Sihem Guernouti, Encadrante: Auline Rodler
Jordan Gauvrit (2017-2020)
Utilisation des méthodes auto-régressives pour le couplage mesure-calcul dans le but de l’évaluation de la Performance Énergétique des Bâtiments en site occupé. Directeur de thèse Stéphane Lecoeuche (IMT Lille-Douai) co-encadrement Antoine Caucheteux (Cerema), Ecole Doctorale SPI Université Lille Nord-de-France.
Kanama, N. (2019-2022)
Prise en compte de l'environnement urbain sur le choix et le dimensionnement des systèmes de ventilation dans les logements. Impact des transferts de pollution de l'extérieur vers l'intérieur du bâtiment. Directrice de thèse : E Gonze, LOCIE, Co-encadrants : G. Guyot, BPE et M. Ondarts, LOCIE. Ecole doctorale SIESO, Université Savoie Mont Blanc
Poirier, B.(2019-2022)
Evaluation de la performance globale des systèmes de ventilation intelligent. Directrice de thèse : M. Woloszyn, LOCIE, Co-encadrante : G. Guyot, BPE. Ecole doctorale SIESO, Université Savoie Mont Blanc
Rueda, M.J.,(2019-2022)
De l'expérimentation à l'établissement d'un référentiel robuste d'indicateurs pour la qualité de l'air, le confort et l'énergie dans les bâtiments basse consommation monitorés et connectés. Directeur de thèse : F. Würtz, GE2Lab, Co-directrice de thèse : E Gonze, LOCIE, Co-encadrants : G. Guyot, BPE et M. Ondarts, LOCIE. Ecole doctorale EEATS, Université Grenoble Alpes.
Yaqubi, O.,(2019-2022) Développement de modèle de prévision de charges thermiques des bâtiments pour l'évaluation de leur flexibilité énergétique. Directrice de thèse : M. Musy, BPE. Co-encadrantes: S. Guernouti et A. Rodler, BPE. SPI - Sciences Pour l'Ingénieur (Nantes).
Adeline Mélois (2016-2020)
Impact du vent sur la mesure de la perméabilité à l’air du bâtiment. Directeur de thèse Mohamed El-Mankibi (ENTPE), co-directeur de thèse François Rémi Carrié (ICEE), co-encadrement Bassam Moujalled (Cerema), Ecole Doctorale MEGA.
Gabriel Rémion (2017-2020)
Mesure des performances globales in situ des systèmes de ventilation naturelle et hybride dans les bâtiments à faible demande d’énergie. Directeur de thèse Mohamed El-Mankibi (ENTPE), co-encadrement Bassam Moujalled (Cerema), Ecole Doctorale MEGA.
Marie-Hélène Azam (2017-2021)
Application de la réduction de modèle pour la simulation thermique à l’échelle de la ville. Thèse financée par le MENRT. Directrice de thèse Marjorie Musy (Cerema), co-direction Sihem Guernouti (Cerema), Ecole Doctorale SPI Université Bretagne Loire.
Clément Piégay (2016-2019)
Approche conjointe acoustique et thermique pour l’optimisation des laines végétales du bâtiment. Directeur de thèse Emmanuel Gourdon (ENTPE), co-encadrement Etienne Gourlay (Cerema), Ecole Doctorale MEGA. http://www.theses.fr/2019LYSET010
Nicolas Lauzet (2016-2019)
Développement d'une méthode de bureau d'études pour la prise en compte du microclimat en phase de conception d'un bâtiment - Thèse CIFRE avec le Bureau d’Etude TRIBU, Directrice de thèse Marjorie Musy (Cerema), Ecole Doctorale SPI Université Bretagne Loire. http://www.theses.fr/s208194
Balsam Aljib (2018)
Data-driven building thermal modeling using system identification for hybrid systems. Directeur de thèse Stéphane Lecoeuche (IMT Lille-Douai) co-encadrement Antoine Caucheteux (Cerema), Ecole Doctorale SPI Université Lille Nord-de-France. http://www.theses.fr/2018MTLD0006
Julien Berger (2014)
Contribution à la modélisation hygrothermique des bâtiments : application des méthodes de réduction de modèle. Directrice de thèse Monika Woloszyn (Université Savoie-Mont Blanc), co-direction Sihem Guernouti (Cerema), Ecole Doctorale SISEO. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01127189.
Gaëlle Guyot (2018)
Vers une meilleure prise en compte de la qualité de l'air intérieur et de la santé dans les logements individuels basse consommation : Développement d'une approche performantielle de la ventilation. Directrice de thèse Monika Woloszyn (Université Savoie-Mont Blanc), Ecole Doctorale SISEO. http://www.theses.fr/s95076
Vous avez une question ?