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Offre thèse Simulation multi-agent des comportements en relation avec le confort thermique et l’autoconsommation énergétique des bâtiments à l’échelle du quartier

Etablissement d’accueil : LIMSI , Université Paris-Saclay, EDF R&D Saclay et LaSIE, Université de La Rochelle.
Lieu de travail : Saclay, France.
Spécialité : Informatique, Sciences de l’Ingénieur
Financement : Contrat de travail de 3 ans
Début du contrat : 01/12/2017

Description du poste

Sujet :Simulation multi-agent des comportements en relation avec le confort thermique et l’autoconsommation énergétique des bâtiments à l’échelle du quartier

Mots clés : Simulation Multi-Agent, Simulation de comportements dans l’habitat, Simulation multi-niveau, Modélisation du confort, Autoconsommation, Bâtiment à énergie positive.

Contexte :
L’impact du comportement des occupants sur les performances énergétiques des bâtiments est reconnu comme un verrou scientifique, en particulier pour les bâtiments à basse consommation, dont le comportement est très sensible aux phénomènes à dynamiques. Il est donc important de pouvoir étudier en amont, à l’aide de simulations, comment le comportement des individus va impacter la performance énergétique des bâtiments.
De plus, les logements modernes sont capables de produire, de stocker et de consommer de l’énergie : on parle de bâtiments réactifs. Les prises de décision des occupants dans ces logements ont un impact significatif sur les performances du logement lui-même (niveau de consommation, confort des occupants), et sur son environnement (réseau électrique et autoconsommation partagée, thermique du quartier, qualité d’air…).
Le contexte général des travaux proposés ici est celui de la simulation de l’impact des comportements humains sur les performances d’un bâtiment à énergie positive et sur son environnement.

Travaux de recherche

Problématique scientifique :
La simulation multi-agent de systèmes complexes est un domaine de recherche en pleine expansion. À mesure que les outils informatiques et les modèles permettent de simuler des populations de plus en plus grandes avec des niveaux de détails de plus en plus élevés, de nombreux travaux se sont intéressés à représenter les modèles de décision des individus et à mesurer leur impact sur leur environnement, réel ou simulé. On parle de simulation sociale (Agent Based Social Simulation).
La simulation des comportements liés au confort thermique et à l’autoconsommation d’énergie des bâtiments est un problème difficile qui a encore été peu traité. Deux questions de recherche seront principalement considérées dans cette thèse.
Au niveau informatique, quels sont les mécanismes qu’il faut définir pour représenter et simuler efficacement les interactions entre les individus, avec les bâtiments, entre les bâtiments et entre les usagers ? Par exemple, les individus et les bâtiments peuvent communiquer entre eux pour s’échanger de l’énergie, la conserver, la répartir en fonction des usages, tout en tenant compte du confort thermique individuel.
Au niveau de la simulation, comment prendre en compte les différentes personnalités des individus et leur impact sur l’autoconsommation d’énergie ? Par exemple, des travaux en psychologie sociale ont montré que les individus pouvaient adopter des comportements très différents selon qu’ils sont plutôt tournés vers les bénéfices apportés par leurs actions ou vers les risques. Quelle est alors la relation entre le comportement individuel (niveau local) et les phénomènes agrégés qui peuvent être observés ou simulés (niveau global) ?
L’objectif de cette thèse est de répondre à ces différentes questions à travers la simulation multi-agent. Il s’agit de définir des modèles informatiques, de les implémenter et de valider les comportements simulés à partir de données terrain.
Programme de travail :
1 - Etat de l’art
L’objet de l’état de l’art est d’étudier les différents travaux sur l’impact du comportement des occupants sur les performances des bâtiments dont ceux des annexes 53 et 66 de l’AIE avec un focus particulier sur les SMA, et d’éventuelles approches hybrides pertinentes pour la problématique étudiée. L’état de l’art permettra également d’identifier les limites des indicateurs de confort thermique actuellement implémentés dans les simulateurs SMA de comportement des occupants et les éventuels besoins d’évolution de ces indicateurs.
2 - Modèles de comportements
Le comportement humain peut être amené à changer si le ou les foyers se situent dans un environnement où l’utilisation de l’électricité s’articule avec de la production locale, du stockage ou de l’autoconsommation. Le modèle de comportement SMA sera alors très différent. Actuellement l’utilisateur consomme, mais il sera amené rapidement à prendre des décisions de production, de consommation réseau ou local, de négociation avec les voisins, de revente de l’électricité produite... Ce sont des modèles plus complexes (modèle de décision, négociation, apprentissage) impliquant potentiellement plusieurs foyers.
Les travaux envisagés seront ainsi :
• Évolution des modèles de bâtiments (au-delà de la thermique) pour réaliser un modèle énergétique de bâtiment producteur et intégrer les aspects électriques (ENR, stockage, voire véhicule électrique), et des capacités d’effacement (bâtiment communicant et répondant à des appels/ordres).
• Adaptation des mécaniques de comportement SMA aux capacités du bâtiment producteur (modèle de décision, négociation, transaction, apprentissage…), à l’échelle du bâtiment seul, et pour les échanges énergétiques à l’échelle locale (quartier)
• Évolution des mécaniques de comportement des SMA aux nouvelles problématiques de confort : en particulier, réactions des occupants à des pertes de confort temporaires liées à des actions d’effacement et de pilotage des équipements
Le simulateur SMACH (Simulation Multiagent de l’ACtivité Humaine) qui permet d’étudier la consommation énergétique dans le secteur résidentiel en partant de l’activité des individus dans un foyer développé depuis plusieurs années par EDF en partenariat avec le CNRS sera utilisé comme environnement informatique pour la thèse.
3 - Validation
L’objectif de cette dernière partie est de travailler à la méthodologie de validation des modèles couplés SMA/bâtiment, en confrontant simulation et réalité sous différents angles à définir :
• Validation à l’échelle du logement et de la famille individuelle ;
• Validation à plus grande échelle (énergétique à l’échelle quartier, 20 logements) ;
• Validation des modèles thermique per se ;
• Validation des comportements via la comparaison à des comportements réels ;
• Validation statistique.
Cette question méthodologique est essentielle pour déterminer la portée et limites de la simulation SMA appliquée à cette problématique. La thèse s’attachera donc à développer une méthodologie de validation adaptée, qui pourra ou non être confrontée à des jeux de données réelles, selon leur disponibilité.

Profil du candidat

Le candidat devra avoir un Bac+5 en informatique ou équivalent (école d’ingénieur avec spécialisation en informatique par exemple). Une formation en Systèmes Multi-Agents et Intelligence Artificielle est requise.
Dans le contexte pluridisciplinaire de la thèse, des notions en physique du bâtiment et une appétence pour les Sciences Humaines et Sociales seraient particulièrement appréciées.
La maîtrise de la langue anglaise est indispensable.
Le candidat résidera en région parisienne. Il travaillera sur le site EDF R&D de Saclay et au LIMSI-CNRS à l’Université Paris-Saclay (les deux sites sont situés à 10 minutes en bus). Dans le cadre de la thèse, il sera amené à travailler ponctuellement au LaSIE (La Rochelle) et sur le site EDF R&D des Renardières (près de Fontainebleau). L’ensemble de ses déplacements dans le cadre du doctorat sera pris en charge.

Contacts et modalités

Transmettre un CV détaillé, lettres de motivation et de recommandation, notes de master et tout autre élément utile à :

  • Christian INARD (christian.inard@univ-lr.fr) (Université de La Rochelle, laboratoire LaSIE)
  • Nicolas SABOURET (nicolas.sabouret@limsi.fr) (Université Paris-Saclay, laboratoire LIMSI)
publie le lundi 2 octobre 2017