possibilités et limites des logiciels existants

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1 possibilités et limites des logiciels existants Dominique Groleau CERMA, UMR CNRS 1563, Ecole d Architecture de Nantes Journée thématique SFT- IBPSA, Outils de simulation thermo-aéraulique du bâtiment. 31 mars 2005, La Rochelle

2 4 périodes 1 Les années solaires à partir de 1975 : outils solaires 2 Les années thermiques : outils de simulation thermique 3 Les années de l air à partir de 1990 : outils de CFD 4 Les années durables : quels outils?

3 Des outils opérationnels qui ont traversé le temps : date de création entre 1975 et 1990 et ont dû faire face à un certain nombre d évolutions (modèles, fonctions, modes d utilisation ), pour passer, par exemple: du stationnaire au dynamique du mono-zone au multi-zones des déperditions aux consommations de la thermique au confort de l air sec à l air humide de l hiver à l été de l analyse thermique au dimensionnement du passif à l actif de l air statique à l air en mouvement de l enveloppe aux équipements de l informatique lourde à l informatique légère de la saisie manuelle à l interface graphique interactive

4 A quoi doivent-ils leur capacité d adaptation et d évolution? A une équipe de développement efficace et performante universitaire, équipe industriel/recherche, équipe «institutionnelle» dimension nationale et internationale Aux modèles en place : philosophie à la base du produit, concepts système ouvert, système fermé flexibilité / modularité composants / système applicatif / généraliste A l insertion dans un monde instrumental en développement importation / exportation intégration / récupération interfaçage / interopérabilité A leur volonté d être en adéquation avec la demande en recherche / en enseignement / en bureau d étude en conception, en évaluation, en dimensionnement en terme d accessibilité et d assistance en terme de fonctionnalités Aux utilisateurs

5 Sont-ils armés pour durer encore? Oui, si l équipe de développement perdure et reste motivée Oui, tant que les développements s'insèrent dans la logique, la philosophie et la structure des produits Oui, si on accepte les couplages avec d'autre modèles, produits, applications Oui, tant que la demande existe Et que les utilisateurs s y intéressent

6 Les temps changent Récentes préoccupations liées à la question énergétique la question climatique la question environnementale la question des ressources la question écologique la question de la qualité de vie la question économique et sociale Interactions entre l homme, l environnement construit et le milieu naturel Imbrications des échelles spatiales et temporelles

7 et le bâtiment suit Bâtiment «haute qualité environnementale» Bâtiment «vert» Bâtiment «écologique» Bâtiment «bioclimatique» Bâtiment «durable» «zero emission» building Bâtiment «à énergie positive» Bâtiment «intelligent» «sensitive intelligent» house

8 mais L architecture a aussi ses thèmes de réflexion symboliques, formels mais aussi constructifs la question de la pérennisation (durée, éphémère) la question de la matière (transparence, dématérialisation) la question de l économie (allègement, optimisation) la question de la flexibilité (adaptabif, évolutif) la question de la durabilité (environnement, transformation) la question des ambiances (réel, virtuel) la question du cyber espace (cablé, high tech, virtuel) la question de la ville (densité, chaos, contexte, 3D)

9 Quelques impacts sur l architecture De général au particulier (inscription dans un contexte) Du fixe au mobile (du figé au transformable) Du statique au dynamique De l inerte au vivant De la forme géométrique (orthogonale) à la forme organique D un espace structuré (délimité) à un espace fluide De l enveloppe «passive» à la peau dynamique, active, multifonctionnelle Du rendu dessiné au conçu numérique Du standard à la pièce spécifique De l architecture composants à l architecture «système»

10 de nouveaux matériaux changeants, actifs, réactifs, adaptatifs Verre, Métal, Polymères, Bio-matériau, Super isolants Matériaux composites, etc dissymétrie des propriétés, spécularité, transparence, comportement dynamique, changement de phase, faible épaisseur

11 de nouveaux composants ou dispositifs, respirants, réactifs, souples, déformables Peaux dynamiques, changeantes, évolutives, mobiles fenêtre active, double peau, façade végétalisée éléments de façades multifonctionnel toiture verte Plafonds et planchers chauffant, rafraîchissants, soufflant, rayonnant Grands volumes ouverts, horizontaux, verticaux Espaces «intermédiaires» aux fonctions variées Couplage avec des systèmes collecte, stockage et distribution de chaleur distribution d air (ventilation naturelle)

12 des équipements et des systèmes adaptatifs, souples, intelligents, sensibles Gestion et régulation intelligente des fonctions de confort, de sécurité, de maintenance. Gestion du soleil, de l air, de l eau, de la chaleur, de la lumière, du son, des odeurs Systèmes d asservissement (personne, météo, usages besoins, ressources) : auto-adaptabilité, prévision, anticipation Gestion alternative des sources d énergie Couplage expérimentation / simulation : apprentissage, adaptation Lien systèmes et composants

13 des bâtiments intégrés dans un environnement urbain Couplage bâtiment / environnement urbain Le micro-climat urbain (formes et aménagement urbain et climat) L énergie à l échelle urbaine, et la thermique du bâtiment à l échelle urbaine Intégration à des systèmes urbains de collecte, production, diffusion ou stockage d énergie (réseaux, ressources, demandes)

14 Incidences sur la modélisation des phénomènes Disposer de modèles détaillés concernant les principaux échanges, conductifs (en 3D pour le sol, le stockage), radiatifs (en considérant le visible, le solaire et les GLO), convectifs en tenant compte des géométries et des propriétés des surfaces Traiter le couplage radiatif / convectif en intégrant les mouvements d'air Intégrer la végétation, l'eau ou les surfaces mouillées Traiter diverses échelles de temps, d'espace et de détail (en modèle, en données) Prendre en compte la variabilité des états dans le temps (composants, géométrie) Intégrer la modélisation des systèmes de gestion et de régulation «intelligents» Avoir des post-traitements «intelligents», expertise.

15 Incidences sur la modélisation thermique du bâtiment Viabilité de la dissociation enveloppe, composants et systèmes? Viabilité de la notion d homogénéité? La question du 3D et de sa réelle exploitation dans la simulation? La question de la prise en compte de l environnement urbain (microclimat)?

16 Les outils d aujourd hui pour demain? Actualisation des outils existants et Conception et l élaboration de nouveaux environnements d instrumentation, de simulation et d expérimentation