Journal des soutenances des thèses 2023
Maïté BERNHARD
Contact : maite.bernhard[at]univ-reunion.fr
Titre de la thèse : Consommations énergétiques des piscines collectives : optimisation et prédiction de la stratégie de chauffage des bassins
Energy consumption of collective swimming pools : optimization and prediction of the pool heating strategy
Mots-clés de la thèse : modélisation,simulation,efficacité énergétique,optimisation,contrôle optimal,
modelling,simulation,energy efficiency,optimization,optimal control,
ENCADREMENT DE LA THÈSE
- Directeur de thèse : JEAN CASTAING-LASVIGNOTTES - 0262579164 - jean.castaing-lasvignottes[at]univ-reunion.fr - HDR obtenu en 2015 - Quotité de temps : 100 % - grade MCFHC
- Co-encadrant : Olivier MARC - 0262 96 28 96 - olivier.marc[at]univ-reunion.fr - grade MCF
- Comité de thèse :
- M. MATHIEU DAVID référentmathieu.david[at]univ-reunion.fr
- Sylvain SERRA sylvain.serra[at]univ-pau.fr
CNU de thèse : 62 - Energétique, génie des procédés
Résumé du projet de thèse: Contexte :
Les piscines collectives sont des lieux importants de consommation énergétiques (environ 2800 kWh/m2 de plan d’eau : chauffage, déshumidification et production d’ECS des douches comprises). La conversion progressive du chauffage traditionnel par chaudière gaz au profit de pompes à chaleur et/ou de solutions solaires a permis une réduction substantielle (30 à 40 %) des factures énergétiques correspondantes. En complément d’une solution ancienne ou plus récente, une gestion adaptée du ou des modes de chauffages permettrait en parallèle de réduire les consommations pour un coût d’investissement faible.
Objectifs :
L’objectif est de concevoir un contrôle commande prédictif permettant, en fonction de l’état de la piscine (température d’eau, d’air, humidité,…), des conditions climatiques de l’instant (température, humidité, vitesse d’air, température de ciel,…) et de celles prévues à un horizon de temps court (quelques heures), d’actionner le système de chauffage (solaire, électrique, gaz,…) et de circulation d’eau (débit constant ou pompe à vitesse variable) pour une production des conditions optimales d’utilisation (température du bain à un temps donné en particulier) au coût énergétique et/ou économique minimal (système de production de chaleur et annexes : pompes, ventilateurs,… compris).
Pour cela il est nécessaire d’appréhender le comportement d’une piscine collective. Cela suppose la modélisation dynamique de l’ensemble des échanges qui interagissent entre la piscine et son environnement, en terme de transferts de chaleur (conduction dans les parois, convection/évaporation avec l’air extérieur, rayonnement avec l’extérieur : parois et ciel) et de masse (évaporation par convection/diffusion, pertes par transport liquide : éclaboussures par exemple). En outre, les conditions de fonctionnement (plages d’utilisation, fréquentation et taux d’utilisation) et aux limites (apports solaires directs et indirects, conditions climatiques externes) rajoutent une difficulté supplémentaire à l’estimation de ce comportement.
Enfin, la simulation de scenarii différents de chauffage en prenant en compte cette dynamique et l’état supposé des conditions climatiques futures permettent de sélectionner chaque jour la solution la moins énergivore et/ou la plus économique et d’assurer un fonctionnement optimal de la piscine.
Le travail proposé dans la thèse consiste dans un premier temps à compléter l'étude bibliographique nécessaire au projet et concernant :
- La modélisation globale des bassins (modèle dynamique de piscine : équation de conservation, équation de transfert)
- La modélisation des transferts et des conditions aux limites (convection, rayonnement (jour/nuit) et évaporation)
- La modélisation des systèmes actifs ou passifs associés au chauffage ou à la limitation des déperditions du bassin (Pompe A Xhaleur, chaudière, solaire, couverture isolantes)
Dans un second temps, des mesures réelles effectuées sur la piscine collective de Vue-Belle durant une saison hivernale complète permettront une meilleure fiabilité du modèle. En effet, dans la littérature, les phénomènes d’échanges ayant lieu à la surface libre du bassin sont souvent décrits par des modèles empiriques linéaires ou sont déduits par analogie (convection-évaporation par exemple. La principale difficulté réside alors dans leur utilisation très dépendante du domaine de validité dans lequel ils ont été établis. Pour pallier en partie ces problèmes, l’expérimentation est souvent utile afin de pouvoir tester le modèle numérique et contribuer à sa validation. Ainsi, il s’agira alors :
- De choisir les modèles de transfert les plus adaptés ;
- De réaliser les éventuelles identifications paramétriques des modèles retenus ;
- D’effectuer la validation expérimentale complète ;
- De réaliser l’analyse énergétique de l’ensemble du dispositif.
Dans un troisième temps, fort d’un modèle validé et numériquement robuste, en fonction de conditions météorologiques futures supposées (horizon de temps court) une optimisation discrète et continue sera menée afin de définir la meilleure stratégie de chauffage pour un minimum énergétique et/ou économique. Cette optimisation sera effectuée sur la base du modèle phénoménologique développé et/ou sur la base d’un modèle réduit auto-adaptatif (auto apprentissage, machine learning, algorithme évolutionniste, …).
En termes d’optimisation et de contrôle optimal, 2 pistes seront envisagées. L’une que l’on qualifie de directe consiste à rechercher à partir d’un système dans un état donné, de simuler l’évolution future de la température de l’eau et appliquant différents protocoles de chauffage selon une méthode de type essais/erreur (dichotomie, simplex à pas variable, algorithmes génétiques,…) et à trouver celui permettant de satisfaire l’objectif. La seconde que l’on qualifie d’inverse revient en partant des conditions finales (une température à un instant donné en l’occurrence) de simuler à rebours le comportement de la température du bassin et ainsi déterminer le temps à partir duquel il a fallu mettre en marche la PAC. La bibliographie est assez riche en la matière mais le choix de la méthode reste à affiner pour concilier à la fois précision, fiabilité, robustesse et temps de calcul de la modélisation.
Enfin, l'implémentation du code permettra le test in situ afin de vérifier et valider les hypothèses prises préalablement et tester la faisabilité réelle du concept ainsi que des solutions matérielles et logicielles associées qui auront été développées. Cette étape sera réalisée sur le site même de la piscine de Vue Belle qui aura été instrumentée et équipée pour l'occasion. Dans la mesure où la société Sunny Shark envisage un déploiement de cette solution technique à d'autres piscines collectives situées à la Réunion et en métropole, ourdoor et indoor, il est probable que d'autres jeux de mesures expérimentales puissent être utilisés afin de valider le protocole complet. Ce travail d'acquisition de données réalisé par Sunny Shark durant la troisième année de la thèse en parallèle de cette dernière partie pourra, selon l'état d'avancement des travaux, être intégré dans le manuscrit final.
Autre information : MT 180
En 2019, Maïté BERNHARD a participé au concours régional Ma thèse en 180 secondes. Pour retrouver sa prestation en cliquez ici.
Tanika JOIN
Contact : tanika.join[at]univ-reunion.fr
Titre de la thèse : Comment se manifeste l’urbanité insulaire de la Réunion ? Est-elle motrice d’un développement territorial résilient ?
How does the island urban character of Reunion Island manifest itself? Could it be a driving force for a resilient territorial development?
Mots-clés de la thèse : projet urbain,fabrique de la ville,territoire,interfaces,
urban project,city fabric,territory,interfaces,
ENCADREMENT DE LA THÈSE
- Directeur de thèse : Lise SERRA - 0693813424 - lise.serra[at]univ-reunion.fr - Quotité de temps : 100 % - grade MCF
- Codirecteur : Laurent DEVISME - +33 (0)2 40 16 - laurent.devisme[at]crenau.archi.fr - HDR - grade PR
- Co-encadrant : ALAIN BASTIDE - 0692773891 - alain.bastide[at]univ-reunion.fr - HDR obtenu en 2011 - grade PR1
- Comité de thèse :
- M. Vincent BEAL vbeal[at]unistra.fr
- M. Philippe GERVAIS-LAMBONY gervais[at]parisnanterre.fr
- M. MICHEL WATIN référentmichel.watin[at]univ-reunion.fr
CNU de thèse : 24 - Aménagement de l'espace, urbanisme
Résumé du projet de thèse: Comment décrire sur un territoire les échanges entre le projet urbain et la fabrique habitante de la ville ? D'une part, dans leurs pratiques quotidiennes des espaces, les habitants mettent en jeu des connaissances et agissent pour réguler leur confort. Cette appropriation ordinaire de la ville, la perception et la pratique d'un espace vécu marquent un territoire et participent à sa fabrique quotidienne. D'autre part, le projet urbain intervient stratégiquement sur le tissu urbain. Chacun à sa manière active des dynamiques individuelles et collectives qui se rencontrent et interagissent dans la construction de la ville. En s'appuyant sur les spécificités géographiques, climatiques, économiques, sociales et politiques de ce territoire, il sera étudié comment se construisent ces interfaces entre projet et fabrique habitante.
Paulisimone RASOAVONJY
Contact : paulisimone.rasoavonjy[at]univ-reunion.fr
Titre de la thèse : Modélisation et optimisation d'un micro réseau autonome
Modeling and optimization of an autonomous micro-grid
Mots-clés de la thèse : MDE(Maîtrise de la Demande en Energie),Consommation électrique,Modélisation systèmes physiques,Smartgrid,Equations non linéaires,Optimisation non linéaire sous contraintes; simulation numérique.
Energy Demand Management (EDM),Energy consumption,System modeling,Smartgrid,Nonlinear equations,Nonlinear optimization under constraints; numerical simulation.
ENCADREMENT DE LA THÈSE
- Directeur de thèse : OANH CHAU - oanh.chau[at]univ-reunion.fr - HDR - Quotité de temps : 100 % - grade MCFHC
- Co-encadrant : DIDIER CALOGINE - 0692778392 - didier.calogine[at]univ-reunion.fr - grade MCU
- Comité de thèse :
- M. ALFRED LAURET philippe.lauret[at]univ-reunion.fr
CNU de thèse : 60 - Mécanique, génie mécanique, génie civil
Résumé du projet de thèse: Le laboratoire PIMENT travaille sur la modélisation et l’optimisation de systèmes hybrides de production d’énergie en site isolé couplé à une unité de stockage. Au sein du laboratoire, un outil de gestion de la consommation électrique d’un logement a été développé. Basé sur une plateforme de communication développée sous Androïd, l’outil d’aide à la décision enregistre les différentes demandes énergétiques des familles au sein d’une microgrille puis optimise un modèle mathématique pour la recherche du minimum de consommation électrique. Ce modèle est contraint par des critères physiques, financiers et les souhaits des utilisateurs.
Dans une première partie de cette thèse, ce modèle sera étendu à un ensemble plus important de logements par l’intermédiaire d’un modèle hiérarchique. En effet le couplage et la modélisation de l’interaction entre les usagers peuvent s’effectuer à différents niveaux afin de trouver la solution la plus consensuelle pour atteindre l’autonomie électrique de l’ilot. Les différents axes de recherche abordés dans cette thèse concernent la modélisation multi-échelles de la consommation électrique, les méthodes d’optimisation hiérarchique des systèmes complexes, les méthodes de simulation numérique liées aux grilles intelligentes de distribution électrique.
Dans la deuxième partie de la thèse, des modèles tenant en compte des incertitudes sur la consommation électrique seront étudiés. En effet la prédiction de la ressource et la combinaison des sources de production sont les clés du bon fonctionnement de la micro grille en mode autonome. Cette réussite nécessite l’utilisation combinée des différents moyens de production électrique et du stockage, la prise en compte de l’intermittence de la ressource, des failles des systèmes de production, des réparations, des temps de charge et de décharge de systèmes de stockages et dans certains cas de l’évolution du prix du marché. L’interaction entre les différents systèmes qui composent l’unité de production sera prise en compte. La performance du système en fonction des contraintes aléatoires sera évaluée. La modélisation multi-échelles conduit à une minimisation multi objectives de la ressource énergétique (coût/production/utilisation). Une représentation stochastique par exemple par chaine de Markov ou en utilisant des fonctions de distribution de probabilité seront également considérées. L’intégration d’une méthode de type Monté Carlo pour l’évaluation de la performance du système est également envisagée au travers de plusieurs scénarios. L’impact de la résolution d’un système de programmation linéaire obtenu par projection de la formulation non linéaire du problème sera mesuré. Une description de la complexité du système sous l’influence de l’incertitude des différentes sources de production sera proposée. L’évolution dans le temps de l’incertitude sur les paramètres du système sera quantifiée.
Dans la troisième partie, une étude statistique de la consommation des usagers sera réalisée sur le site de Mafate. En effet le cirque comporte actuellement plusieurs centaines d’habitations dont la connaissance de la consommation électrique passe par une modélisation fine des foyers. Cette information sera indispensable à la gestion de l’énergie et à l’autonomie des micro grilles.