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Krayem, Alaa. Révéler l'utilisation énergétique spatio-temporelle d'une ville côtière méditerranéenne : le cas de Beyrouth

Krayem, Alaa (2019). Révéler l'utilisation énergétique spatio-temporelle d'une ville côtière méditerranéenne : le cas de Beyrouth.

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Résumé en francais

Pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et la consommation d'énergie dans les zones urbaines, il est essentiel de comprendre les performances énergétiques et les modes de consommation des bâtiments pour pouvoir mettre en œuvre des stratégies efficaces de gestion de l'énergie et d'efficacité énergétique à l'échelle de la ville. La mise en œuvre à grande échelle de tels plans nécessite des informations sur la manière dont les demandes en énergie peuvent changer dans le cadre d'interventions spécifiques. Les modèles énergétiques de bâtiments à l'échelle urbaine (UBEM) sont des outils proposés pour estimer la demande énergétique actuelle et future des bâtiments. Ces modèles reposent sur une approche ascendante (bottom-up approach) combinant à la fois des techniques statistiques et des méthodes basées sur la physique thermodynamique. Cette étude vise à fournir une approche de modélisation améliorée simulant la demande énergétique des bâtiments à haute résolution spatiale et temporelle, ce qui peut aider à évaluer les stratégies de gestion de l'énergie et les politiques énergétiques décisionnelles. La méthodologie est appliquée pour la ville de Beyrouth, représentative de la région méditerranéenne, où la similarité des technologies de construction et des préoccupations climatiques de ses villes est prononcée. Les objectifs principaux de la thèse sont de développer, étudier et calibrer un outil de modélisation énergétique ascendante à l'échelle urbaine ; fournir des preuves de la pertinence de l'outil pour soutenir les directives pour les interventions futures ; et enfin, étudier l'impact de la compacité de la ville sur la disponibilité de la lumière du jour et donc sur le bien-être des citoyens. Dans cette étude de cas basée sur deux quartiers différents de la ville, un modèle énergétique de bâtiment à échelle urbaine approximativement, applé BEirut Energy Model BEEM, est généré pour estimer la consommation d'électricité du stock de bâtiment. Afin de réduire le temps de modélisation et de calcul, une classification archétypale des bâtiments basée sur leurs types et leurs périodes de construction est adoptée. Les informations supplémentaires requises pour générer le modle 3D des bâtiments sont le nombre d'étages, la superficie des bâtiments et une carte topographique des zones d'étude. En couplant les modèles aux conditions météorologiques horaires, le modèle thermodynamique de 3,630 bâtiments est simulé dans EnergyPlus. L'adaptation du modèle à l'occupation de Beyrouth et aux comportements des utilisateurs est cruciale pour renforcer la fiabilité de BEEM. La disponibilité des données d'électricité actuelles permet la calibration du modèle, qui repose sur le regroupement des bâtiments et la recherche des coefficients des regroupements représentatifs de modèles d'énergie spécifiques. Après la phase de formation, la précision du modèle en matière de prévision de la consommation d'électricité est améliorée. En comparant la consommation réelle et les résultats calibrés, le pourcentage de l'erreur absolue moyenne de la consommation d'électricité a été réduite de 310% à 41% dans le quartier A et de 326% à 39% dans le quartier B. Le modèle calibré est combiné au système d'information géographique (GIS) pour une distribution spatio-temporelle des modèles de demande d'énergie, ce qui peut aider à évaluer les technologies d'intervention les plus appropriées. Une analyse de la distribution spatiale de la consommation d'électricité met en évidence un regroupement spatial qui sous-tend la demande énergétique urbaine et qui peut être utilisé pour le zonage d'un réseau intelligent. La morphologie urbaine influence le potentiel solaire en milieu urbain, qui est un facteur majeur de la demande énergétique du bâtiment. En particulier, la disponibilité de la lumière du jour est examinée en étudiant son lien avec des métriques urbaines telles que l'orientation et les élévations des bâtiments. Révéler à quel point ces liens sont sensibles permet d'optimiser la conception et la structure urbaines et de renseigner des stratégies de rénovation.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Gastellu-Etchegorry, Jean-Philippe
Zaraket, Haitham
Najem, Sara
Albitar, Ahmad
Ecole doctorale:Sciences de l'Univers, de l'environnement et de l'espace (SDU2E)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Etudes Spatiales de la BIOsphère (CESBIO), UMR 5126
Mots-clés libres :Modélisation énergétique urbaine - Calibration de modèle d'énergie - Système d'aide à la décision - Performance énergétique de bâtiment - Classification d'archétype - Accessibilité à la lumière du jour
Sujets :Génie civil, bâtiment
Déposé le :14 Feb 2020 09:21