Conception paramétrique pour l’optimisation des bâtiments intégrant des matériaux biosourcés et de réemploi

Le stage se tiendra au CERTES (Centre d'Études et de Recherche en Thermique Environnement et Systèmes) en collaboration avec le Lab'Urba sur le site de l’IUT Sénart-Fontainebleau, 240 rue de la Motte, 77550 Moissy-Cramayel  

Sites web des laboratoires :

CERTES https://www.certes-upec.fr/ 

Lab’URBA  https://www.laburba.com/

Contexte & Objectifs du projet

Le secteur du bâtiment représente une part importante des consommations énergétiques et des impacts environnementaux. Les matériaux biosourcés et ceux issus du recyclage et de réemploi promettent de réduire l’impact environnemental, mais leurs effets réels dépendent fortement des choix géométriques, des assemblages et des conditions climatiques. Les outils numériques (modélisation paramétrique, simulation thermique dynamique, analyse de cycle de vie) permettent d’évaluer ces interactions.

La conception paramétrique en architecture et génie civil permet de contrôler de manière systématique les choix de forme, de matériaux et de modes constructifs, à partir d’une série de variables ciblées. Couplée à des simulations thermiques dynamiques (STD) et à des analyses de cycle de vie (ACV), cette approche permet d’évaluer les effets de la variation des paramètres architecturaux et constructifs sur la performance globale, thermique et environnementale des enveloppes.

Ce projet vise à construire une chaîne complète de conception architecturale générative qui, à partir d’exigences cibles (indicateurs thermiques, environnementaux et de confort), permet de concevoir des enveloppes et modèles de bâtiments (géométrie, matériaux,…) optimisés et robustes face aux scénarios climatiques futurs tout en étant constructibles et circulaires.

Méthodologie proposée :

La démarche repose sur un couplage entre modélisation paramétrique, simulation thermique dynamique, analyse de cycle de vie dynamique et optimisation multi-objectifs d’un modèle architectural simple une maison individuelle. Dans un premier temps, une base de données de matériaux biosourcés et de réemploi sera constituée, regroupant leurs propriétés thermiques, hygrothermiques, ainsi que leurs données environnementales. Cette base alimentera la conception d’un modèle paramétrique d’enveloppe sur le logiciel Grasshopper, prenant en compte la géométrie, la composition des couches de matériaux et l’inertie thermique. Les paramètres architecturaux (agencement de pièces, orientation,…) et les typologies de parois (ITE, ITI, ITR) seront contrôlés par des paramètres variables. Des simulations thermiques dynamiques (STD) seront menées pour estimer les besoins énergétiques et le confort d’été selon les conditions climatiques actuelles et futures (scénarios RCP4.5 et RCP8.5 à l’horizon 2050-2100). Parallèlement, des calculs d’ACV dynamique seront menées et permettront d’intégrer la dimension temporelle des impacts environnementaux.

Les simulations thermiques dynamiques et les calculs d’ACV constitueront la base de données pour construire un modèle de substitution (surrogate model). Ces modèles permettront de rechercher automatiquement les meilleures combinaisons de paramètres (matériaux, épaisseurs,..) et d’atteindre plusieurs objectifs en même temps, souvent contradictoires (ex : minimiser l’impact sur le réchauffement climatique et les besoins énergétique). Des algorithmes d’optimisation multi-objectifs permettront par la suite d’identifier l’ensemble de compromis optimaux appelés front de Pareto.

Nous recherchons un(e) candidat(e) en 5^ème année (École d’ingénieur, école d’architecture ou master 2 en génie civil) souhaitant poursuivre en thèse sur le même sujet. Des connaissances en ACV, en STD  et/ou en conception paramétrique sont fortement souhaitées. Des compétences en programmation Python seraient un plus.