Éco-sur

Département

CID

Responsable scientifique

Frédéric HAMELIN, Joseph YAMÉ

Responsable technique

Christophe BROCARD (ATELA, FST) , Jérôme KADOK (ATELA, FST), Rémi PANNEQUIN

Localisation

ATELA

Type

Prototype

Description

La plateforme Éco-Sûr est un démonstrateur instrumenté de bâtiment intelligent dédié à la recherche en commande avancée, diagnostic et IA pour la performance énergétique des bâtiments.

Contexte et objectifs scientifiques

Contexte énergétique

Le bâtiment représente environ 40 % de la consommation énergétique mondiale et 36 % des émissions de CO₂, dont la moitié est imputable au chauffage et à la climatisation. L'optimisation énergétique des bâtiments existants constitue ainsi l'un des défis majeurs de la transition énergétique, avec un potentiel d'économie estimé entre 30 et 50 %. Ce défi s'inscrit dans un contexte plus large : l'intégration croissante des énergies renouvelables et le développement de la flexibilité énergétique, c'est-à-dire la capacité des bâtiments à moduler leur consommation et leur production pour contribuer à l'équilibre du réseau électrique.

Dans le domaine du chauffage, de la ventilation et de la climatisation (CVC), la recherche doit relever un triple défi souvent contradictoire : réduire la consommation énergétique, maintenir des conditions de confort optimales pour les occupants, et garantir une bonne qualité de l'air intérieur. À ces exigences s'ajoutent des besoins émergents de personnalisation du confort, d'adaptabilité en temps réel, de robustesse aux pannes et d'intégration aux réseaux intelligents.

Objectifs scientifiques

La plateforme Éco-Sûr a été conçue pour explorer ces problématiques à travers quatre axes de recherche complémentaires :

- Contrôle avancé et intelligence artificielle : développement de stratégies de commande prédictive multi-objectifs (MPC), d'apprentissage par renforcement, de contrôle distribué par zone et de contrôle adaptatif, avec pour verrous la garantie de stabilité des contrôleurs data-driven, l'efficacité d'apprentissage sur systèmes physiques et l'explicabilité des décisions algorithmiques.

- Diagnostic et commande tolérante aux pannes (FTC) : détection précoce des dégradations, diagnostic multi-défauts et reconfiguration de la commande en cas de panne, combinant approches à base de modèle (observateurs, filtres de Kalman, résidus structurés) et approches data-driven (détection d'anomalies par apprentissage automatique), validées par injection contrôlée de défauts (biais capteurs, fuites, encrassement).

- Commande centrée occupant : prise en compte du comportement et des préférences individuelles des occupants dans la modélisation dynamique du bâtiment, afin de mieux maîtriser la consommation d'énergie tout en personnalisant le confort.

- Efficacité énergétique et flexibilité : exploitation de l'inertie thermique du bâtiment, stratégies de pré-conditionnement adaptées aux tarifs variables, et quantification du potentiel de flexibilité pour les services réseau (lissage des pics de demande, réponse à la demande).

Ces travaux mobilisent des compétences en modélisation multi-physique et multi-échelle, en optimisation sous incertitudes et en apprentissage automatique, pour répondre à des verrous scientifiques communs : couplages inter-zones, contraintes mixtes continues/discrètes, compromis robustesse-performance, et garanties de stabilité des approches data-driven.

La plateforme constitue ainsi un environnement expérimental contrôlé et reproductible, support de travaux de recherche (doctorats, post-doctorats, projets collaboratifs), d'enseignement (projets étudiants, travaux pratiques avancés) et de transfert technologique vers l'industrie.

Descriptif technique

La plateforme Éco-Sûr comprend un grand nombre de capteurs et d’actionneurs utiles pour le « bâtiment intelligent ». Elle permet la mise en oeuvre expérimentale de diverses lois de commande dans des conditions proches de la réalité.

Un ensemble de capteurs permet tout d’abord de mesurer les grandeurs thermiques et lumineuses qui influencent le système : il s’agit de mesurer, à l’extérieur, les conditions climatiques (température, ensoleillement, vent, pluviométrie, etc.) mais aussi, à l’intérieur, de mesurer la température en certains points caractéristiques, grâce à des réseaux de capteurs sans fils, qui peuvent être positionnés en fonction des expérimentations. De plus, des capteurs fixes de température, de température radiative, d’humidité relative et de turbulence permettent d’estimer la température ressentie. L’ouverture des portes et des fenêtres, l’énergie électrique consommée et la présence humaine dans les salles font également partie des grandeurs mesurées.

Ensuite, des actionneurs sont utilisés pour refroidir ou chauffer les trois zones, pour créer des flux d’air avec l’extérieur, ou entre les pièces. Il est également possible de commander des stores, de moduler l’éclairage, et de piloter certains appareils électriques. Une centrale de traitement d’air (figure 29) est installée. Elle est associée à la création :

— d’un espace de programmation automate Wago à partir d’un ordinateur permettant aux utilisateurs de programmer ou de dialoguer avec différents systèmes

Action sur les terminaux de ventilation

Dialogue avec la pompe à chaleur via un protocole de communication

Dialogue avec le compteur d’énergie

Lecture / écriture dans des tables de communication

— d’un programme fonctionnel pour la bonne régulation du système de traitement d’air et des différents

capteurs, actionneurs qui lui sont associés ;

— d’une imagerie permettant de visualiser les paramètres de température, les signaux des vannes, . . . ;

— d’une armoire électrique contenant tous les capteurs et actionneurs de puissance et de commande.

Enfin, des modules logiciels permettent aux expérimentateurs d’accéder aux données des équipements ou à des sources de données externes (prévisions météorologiques) de manière homogène et de mettre en oeuvre différentes lois de contrôle du système.

Stages, thèses et post-doc

Aman MAKWANA(2025), Abdoul Moumouni HAROUNA MALOUM (2026)

Tejaswinee DARURE (2017), Farah GABSI (2020), Oumaima AIT ESSI (2023-)

Projets

Projet européen Energy-In-Time (2013-2018), Projet Toubkal - Campus France (2023- )

Brevets et valorisation

Non

Non

Politique qualité

Non

Public admis

Étudiants (utilisation en pédagogie)

Chercheurs de laboratoires du site lorrain (UL et unité lorraine d'ONR)

Chercheurs de laboratoires hors site lorrain : Chercheurs et doctorants d'autres laboratoires (en France ou à l'étranger) travaillant sur l'automatique, le diagnostic/FTC, l'apprentissage par renforcement appliqué aux systèmes physiques, ou la modélisation des bâtiments — pour des collaborations, des thèses en cotutelle, ou des séjours expérimentaux.

Entreprises

Autre catégorie (précisez) : Pôles de compétitivité et structures de transfert technologique régionaux pour des actions de valorisation, Organismes de normalisation ou de certification (ex. travaux sur le confort, la QAI) pouvant chercher un site d'essai contrôlé