BPE : Bâtiments Performants dans leur Environnement

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 ; 19 agents impliqués dont 7 chercheurs permanents.

Enjeux de société

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…).

BPE : Bâtiments Performants dans leur Environnement

 

Problématique scientifique

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.
Résultats attendus

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.
Partenariat

Partenaires équipe projet de recherche BPE

  • 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...

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).
  • Antoine CAUCHETEUX est membre du comité scientifique du Centre de Recherche sur le Confort Thermique du Groupe Atlantic.
Publications récentes
  1. Azam, Marie-Hélène, Jérémy Bernard, Benjamin Morille, Marjorie Musy, and Hervé Andrieu. “A Pavement-Watering Thermal Model for SOLENE-Microclimat: Development and Evaluation.” Urban Climate 25 (2018): 22–36. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2018.04.005.
  2. Azam, Marie-Hélène, Sihem Guernouti, Marjorie Musy, Julien Berger, Philippe Poullain, and Auline Rodler. “A Mixed POD–PGD Approach to Parametric Thermal Impervious Soil Modeling: Application to Canyon Streets.” Sustainable Cities and Society 42 (October 1, 2018): 444–61. https://doi.org/10.1016/j.scs.2018.08.010.
  3. Azam, Marie-Hélène, Benjamin Morille, Jérémy Bernard, Marjorie Musy, and Fabrice Rodriguez. “A New Urban Soil Model for SOLENE-Microclimat: Review, Sensitivity Analysis and Validation on a Car Park.” Urban Climate 24 (2018): 728–46. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2017.08.010.
  4. Berger, Julien, Walter Mazuroski, Nathan Mendes, Sihem Guernouti, and Monika Woloszyn. “2D Whole-Building Hygrothermal Simulation Analysis Based on a {PGD} Reduced Order Model.” Energy and Buildings 112 (2016): 49–61. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.11.023.
  5. Berger, Julien, Nathan Mendes, Sihem Guernouti, Monika Woloszyn, and Francisco Chinesta. “Review of Reduced Order Models for Heat and Moisture Transfer in Building Physics with Emphasis in PGD Approaches.” Archives of Computational Methods in Engineering, 2016, 1–13. https://doi.org/10.1007/s11831-016-9184-1.
  6. Berger, Julien, Helcio R. B. Orlande, Nathan Mendes, and Sihem Guernouti. “Bayesian Inference for Estimating Thermal Properties of a Historic Building Wall.” Building and Environment 106 (2016): 327–39. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.06.037.
  7. Bernard, Jérémy, Pascal Kéravec, Benjamin Morille, Erwan Bocher, Marjorie Musy, and Isabelle Calmet. “Outdoor Air Temperature Measurement: A Semi-Empirical Model to Characterize Shelter Performance.” Climate 7, no. 2 (2019). https://doi.org/10.3390/cli7020026.
  8. Bernard, Jérémy, Marjorie Musy, Isabelle Calmet, Erwan Bocher, and Pascal Kéravec. “Urban Heat Island Temporal and Spatial Variations : Empirical Modelling from Geographical and Meteorological Data.” Building and Environment 125 (2017): 423–38. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2017.08.009.
  9. Caucheteux, Antoine, Antoine Gautier, and Rofaïda Lahrech. “A Meta Model-Based Methodology for an Energy Savings Uncertainty Assessment of Building Retrofitting.” Int. J. Metrol. Qual. Eng. 7, no. 4 (2016). https://doi.org/10.1051/ijmqe/2016016.
  10. Delannoy, Guillaume, Sandrine Marceau, Philippe Glé, Etienne Gourlay, Marielle Guéguen-Minerbe, Dinarzed Diafi, Issam Nour, Sofiane Amziane, and Fabienne Farcas. “Aging of Hemp Shiv Used for Concrete.” Materials & Design 160 (December 2018): 752–62. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2018.10.016.
  11. Delannoy, Guillaume, Sandrine Marceau, Philippe Glé, Etienne Gourlay, Marielle Guéguen-Minerbe, Dinarzed Diafi, Issam Nour, Sofiane Amziane, and Fabienne Farcas. “Influence of Binder on the Multiscale Properties of Hemp Concretes.” European Journal of Environmental and Civil Engineering, 2018. https://doi.org/10.1080/19648189.2018.1457571.
  12. Delannoy, Guillaume, Sandrine Marceau, Philippe Glé, Etienne Gourlay, Marielle Guéguen-Minerbe, Dinarzed Diafi, Issam Nour, Sofiane Amziane, and Fabienne Farcas.. “Performances of Hemp Concretes: From Microscopic to Functional Properties.” Special Publication of American Concrete Institute 320 (August 2017): 13.1-13.12.
  13. Diquélou, Youen, Etienne Gourlay, Laurent Arnaud, and Bernard Kurek. “Influence of Binder Characteristics on the Setting and Hardening of Hemp Lightweight Concrete.” Construction and Building Materials 112 (June 2016): 506–17. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.02.138.
  14. Gourlay, Etienne, Philippe Glé, Sandrine Marceau, Cédric Foy, and Sandrine Moscardelli. “Effect of Water Content on the Acoustical and Thermal Properties of Hemp Concretes.” Construction and Building Materials 139 (May 2017): 513–23. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.11.018.
  15. Guyot, Gaëlle, Jérémy Ferlay, Evelyne Gonze, Monika Woloszyn, Pierre Planet, and Thibaud Bello. “Multizone Air Leakage Measurements and Interactions with Ventilation Flows in Low-Energy Homes.” Building and Environment 107 (October 2016): 52–63. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.07.014.
  16. Guyot, Gaëlle, Hugo Geoffroy, Michel Ondarts, Léna Migne, Mallory Bobee, Evelyne Gonze, and Monika Woloszyn. “Modelling the Impact of Multizone Airleakage on Ventilation Performance and Indoor Air Quality in Low-Energy Homes.” Building Simulation, June 26, 2019. https://doi.org/10.1007/s12273-019-0557-x.
  17. Guyot, Gaëlle, Adeline Melois, Anne-Marie Bernard, Claire-Sophie Coeudevez, Suzanne Déoux, Sandra Berlin, Enora Parent, et al. “Ventilation Performance and Indoor Air Pollutants Diagnosis in 21 French Low Energy Homes.” International Journal of Ventilation, September 19, 2017, 1–9. https://doi.org/10.1080/14733315.2017.1377393.
  18. Guyot, Gaëlle, Max H. Sherman, and Iain S. Walker. “Smart Ventilation Energy and Indoor Air Quality Performance in Residential Buildings: A Review.” Energy and Buildings 165 (April 15, 2018): 416–30. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.12.051.
  19. Guyot, Gaëlle, Iain S. Walker, and Max H. Sherman. “Performance Based Approaches in Standards and Regulations for Smart Ventilation in Residential Buildings: A Summary Review.” International Journal of Ventilation 0, no. 0 (March 13, 2018): 1–17. https://doi.org/10.1080/14733315.2018.1435025.
  20. Marceau, Sandrine, Philippe Glé, Marielle Guéguen-Minerbe, Etienne Gourlay, Sandrine Moscardelli, Issam Nour, and Sofiane Amziane. “Influence of Accelerated Aging on the Properties of Hemp Concretes.” Construction and Building Materials 139 (May 2017): 524–30. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2016.11.129.
  21. Mélois, Adeline Bailly, Bassam Moujalled, Gaëlle Guyot, and Valérie Leprince. “Improving Building Envelope Knowledge from Analysis of 219,000 Certified on-Site Air Leakage Measurements in France.” Building and Environment, May 12, 2019. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.05.023.
  22. Moujalled, Bassam, Yacine Aït Ouméziane, Sophie Moissette, Marjorie Bart, Christophe Lanos, and Driss Samri. “Experimental and Numerical Evaluation of the Hygrothermal Performance of a Hemp Lime Concrete Building: A Long Term Case Study.” Building and Environment 136 (May 15, 2018): 11–27. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.03.025.
  23. Pellegrino, Margot, and Marjorie Musy. “Seven Questions around Interdisciplinarity in Energy Research.” Energy Research & Social Science 32 (2017): 1–12. https://doi.org/10.1016/j.erss.2017.07.007.
  24. Piégay, Clément, Philippe Glé, Emmanuel Gourdon, Etienne Gourlay, and Sandrine Marceau. “Acoustical Model of Vegetal Wools Including Two Types of Fibers.” Applied Acoustics 129 (January 2018): 36–46. https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2017.06.021.
  25. Redon, E. C., A. Lemonsu, V. Masson, B. Morille, and M. Musy. “Implementation of Street Trees within the Solar Radiative Exchange Parameterization of TEB in SURFEX v8.0.” Geoscientific Model Development 10, no. 1 (2017): 385–411. https://doi.org/10.5194/gmd-10-385-2017.
  26. Remion, Gabriel, Bassam Moujalled, and Mohamed El Mankibi. “Review of Tracer Gas-Based Methods for the Characterization of Natural Ventilation Performance: Comparative Analysis of Their Accuracy.” Building and Environment 160 (August 1, 2019): 106180. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.106180.
  27. Richieri, F., B. Moujalled, T. Salem, and F. R. Carrié. “Airtightness Impact on Energy Needs and Airflow Pattern: A Numerical Evaluation for Mechanically Ventilated Dwellings in France.” International Journal of Ventilation 15, no. 2 (avril 2016): 134–50. https://doi.org/10.1080/14733315.2016.1203608.
  28. Rodler, Auline, Sihem Guernouti, and Marjorie Musy. “Bayesian Inference Method for in Situ Thermal Conductivity and Heat Capacity Identification: Comparison to ISO Standard.” Construction and Building Materials 196 (2019): 574–93. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.110.
  29. Rodler, Auline, Sihem Guernouti, Marjorie Musy, and Julien Bouyer. “Thermal Behaviour of a Building in Its Environment: Modelling, Experimentation, and Comparison.” Energy and Buildings 168 (June 1, 2018): 19–34. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2018.03.008.
  30. Schweiker, Marcel, Amar Abdul-Zahra, Maria Afonso de André, Farah Al-Atrash, Hanan Al-Khatri, Réa Alprianti, Hayder Alsaad, et al. “The Scales Project, a Cross-National Dataset on the Interpretation of Thermal Perception Scales.” Scientific Data Revision submitted on 24th Juy 2019 (Revision submitted on  Juy 2019). https://mts-scidata.nature.com/scidata_files/2019/07/24/00280069/01/280069_1_merged_1564088722.pdf.

 

Thèses en cours

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.

Adeline Mélois (2016-2019)
Impact du vent sur la mesure de la perméabilité à l’air du bâtiment. Directeur de thèse Mohamed El-Mankibi (ENTPE), 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 (2017-2020)
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.

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.

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.

Thèses soutenues

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.

Responsable de l'équipe
Adjoint responsable
Etienne Gourlay
Chercheur
Bassam Moujalled
Chercheur
Membres de l'équipe
Sihem Guernouti
Chercheur
Antoine Caucheteux
Chercheur
Bassam Moujalled
Chercheur
Etienne Gourlay
Chercheur
Myriam Humbert
Ingénieur
Constance Lancelle
Ingénieur
Jordan Gauvrit
Ingénieur
Adeline Mélois
Ingénieur
Philippe Cardon
Ingénieur
Nathalie Moral
Ingénieur
Romuald Jobert
Ingénieur
Julien Borderon
Ingénieur
Julien Burgholzer
Ingénieur
Élodie Héberlé
Ingénieur
Pierrick Nussbaumer
Ingénieur
Alexandre Ripoche
Technicien
Formulaire de contact

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