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Du 1er septembre 2021 au 1er septembre 2024

Offre thèse Modélisation et adaptation environnementale d’un quartier dans un contexte de climat futur et de canicule urbaine

Établissement d’accueil : CSTB Sophia Antipolis – LaSIE, La Rochelle Université.
Spécialité : Physique du bâtiment, Sciences de l’Ingénieur, transferts thermiques, modélisation
Financement : Contrat de travail de 3 ans
Début du contrat : dès que possible (en 2021)

Description du poste

Sujet :
Cette thèse se propose de répondre à une exigence croissante d’adaptation des quartiers, tant vis-à-vis des enjeux de performance énergétique, d’impacts environnementaux, que de la prise en compte des usages et des occupants. Cette demande se retrouve à différents niveaux depuis les décideurs aux concepteurs, mais fait face à un manque d’outils intégrés, avec des approches parcellaires inadéquates pour des phénomènes en interaction dans les environnements urbains denses.
L’approche proposée pour le sujet de thèse bénéficie de développements de plateformes logicielles au CSTB et au LaSIE, et elle vise en particulier les objectifs suivants :
-  Évaluer les quartiers du point de vue énergétique et environnemental par des indicateurs de performance issus de simulations détaillées, et à destination en particulier aux maîtres d’ouvrages,
-  Valider les différents niveaux de modélisation détaillés vis-à-vis des objectifs et des indicateurs de performance,
-  Intégrer de nouveaux modèles physiques permettant d’évaluer les techniques de rafraichissement passif du quartier et les stratégies d’adaptation.
Mots clés : évaluation énergétique et environnementale, quartier durable, réseau énergétique urbain, microclimat urbain, adaptation au changement climatique
Contexte :
L’aménagement urbain conditionne à la fois les déplacements et les bâtiments qui sont à eux deux responsables de 76% de la consommation énergétique.
La performance énergétique et environnementale des quartiers est très liée à l’aménagement urbain dont la morphologie des bâtiments, le choix des revêtements et matériaux, l’utilisation des énergies renouvelables, le stockage énergétique, le mix énergétique etc. Dans ce cadre, la modélisation des différents phénomènes physiques dont le milieu urbain est le siège peut s’avérer être un outil très précieux pour les urbanistes afin de coupler aménagement urbain, réduction des consommations énergétiques et impacts environnementaux et augmentation du confort thermique extérieur. De nombreux outils numériques ont été développés afin de modéliser les phénomènes physiques au sein du tissu urbain mais également pour l’aide à la décision de la mutualisation et de la production d’énergie à l’échelle du quartier. Parmi ceux-ci, deux outils ont été couplés dans une thèse précédente pour étudier l’échelle du quartier. D’une part Dimosim (développé par le CSTB) modélise les systèmes énergétiques, les bâtiments et les réseaux urbains de chaud ou de froid, et d’autre par EnviBatE (développé par le LaSIE) couple l’intérieur des bâtiments et un maillage zonal volumique de l’environnement extérieur, ou canopée urbaine.
Ces 2 outils complémentaires permettent des calculs à l’échelle d’une saison ou d’une année complète pour évaluer à la fois les flux de chaleur et les températures des enveloppes de bâtiments et de la canopée urbaine, les besoins énergétiques du bâtiment de climatisation et de chauffage et les conditions d’ambiance intérieure en évolution libre. Dans la continuité de ces développements, la thèse proposée doit permettre de développer de nouvelles approches.

Travaux de recherche

Pour répondre aux objectifs, cette thèse abordera 3 volets principaux qui demanderont chacun un travail bibliographique et des développements particuliers :
- Définition et état de l’art sur les indicateurs permettant de caractériser les performances du quartier en termes de consommations énergétiques, confort intérieur et extérieur des occupants et bilan carbone. Ce travail devra intégrer les liens à faire avec les outils dédiés existants pour aboutir à une évaluation complète opérationnelle. La définition des indicateurs permettra le lien avec la maquette numérique et la visualisation des résultats (DTI).
- Calibration et benchmark de la plateforme de modélisation. Une comparaison de l’outil avec des données expérimentales et des outils plus détaillés de simulation devront permettre de mettre en exergue les avantages et les limites des approches développées. Ce volet devrait aussi permettre de mettre en évidence les nouvelles possibilités permises ou à développer vis-à-vis des outils de référence sur ce domaine qui sont parfois limités à de courtes périodes de quelques journées.
- Prise en compte de phénomènes physiques additionnels et enrichissement de la plateforme de modélisation. La disponibilité dans l’outil des champs de pression extérieure permettra la prise en compte plus détaillée des phénomènes d’infiltration et de ventilation. Cette implémentation pourra ainsi permettre, dans un contexte de climat futur et de microclimat, d’évaluer le confort intérieur réaliste des occupants. La conception bioclimatique complète sera ainsi possible. Un autre phénomène sera l’implémentation des murs et toitures végétaux. Enfin, les phénomènes thermo-radiatifs pourront être affinés avec de nouveaux couplages.
Environnement de travail :
Le/la doctorant.e sera intégré dans un groupe de recherche issu d’une collaboration formalisée par une convention pluriannuelle entre le CSTB et le LaSIE, qui fera intervenir notamment différentes équipes du CSTB sur des briques logicielles spécifiques à la thèse. Cette thèse s’intègre aussi au cœur d’un ensemble de travaux de recherche reconnus sur l’impact du climat futur et des ICU sur différents aspects : conception des quartiers confort intérieur et extérieur, bilans énergétique et environnemental.
Un comité de thèse annuel LaSIE-CSTB plus large permettra de faire profiter toutes les équipes de l’avancement des travaux.
Le lieu de travail sera au CSTB de Sophia Antipolis (environ 60%) et en partie au LaSIE à la Rochelle (environ 40%).

Profil du candidat

Le candidat devra avoir de solides compétences en physique du bâtiment et en sciences de l’ingénieur, ainsi que des connaissances en modélisation du bâtiment (ex. EnergyPlus ou TRNSyS). Une bonne connaissance de la programmation scientifique serait appréciée (ex. Python ou Matlab). En outre, le candidat devra être capable de travailler dans un environnement collaboratif de projet.

Contacts et modalités

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

  • Peter Riederer (peter.riederer@cstb.fr) (CSTB, Sophia Antipolis)
  • Emmanuel Bozonnet (emmanuel.bozonnet@univ-lr.fr) (La Rochelle univ., laboratoire LaSIE)
publie le mardi 2 février 2021