Plateau technique Éco-Sûr

Département : Contrôle – Identification – Diagnostic.
Responsable scientifique : Frédéric HAMELIN
Responsables techniques : Clément FAUVEL, Rémi PANNEQUIN
Financement : 55 k€ (CPER MISN) – 85 k€ (CPER ENERBATIN 8 k€ en 2017; 40 k€ en 2019; 37 k€ en 2020)
Thèses associées 2016 – 2021 : Tejaswinee DARURE (2017), Farah GABSI (2020)

Avec le soutien du Fonds européen de développement régional  (FEDER)

Objectifs scientifiques

La question de l’optimisation énergétique des bâtiments est l’un des défis majeurs des prochaines décennies, comme en témoigne le récent objectif de la COP21 visant à limiter les émissions de carbone dans l’atmosphère. Nous nous concentrons sur l’optimisation de l’utilisation des bâtiments existants, rendue possible par la disponibilité croissante de technologies ambiantes dans l’habitat : des équipements de plus en plus flexibles (par exemple, modulation fine de la puissance de chauffage, de l’intensité d’éclairage, etc.) et communicants, permettant leur intégration à un système automatisé. Les activités de recherche illustrées sur le démonstrateur « Eco-sur » s’inscrivent dans le contexte global de la « supervision d’habitats intelligents » et concernent plus le problème de « Surveillance et sécurité des habitats intelligents par une gestion optimisée de l’énergie consommée ». Les problématiques suivantes sont spécifiquement abordées :

— mise en oeuvre de stratégies de commande répondant aux exigences d’un habitat intelligent (confort hygrothermique, contraintes lumineuses, sonores, de sécurité, etc.) tout en minimisant l’énergie consommée. L’instrumentation doit être suffisante afin de permettre des études de reconfigurabilité ;
— limitation des ruptures d’énergie en multipliant et contrôlant les différentes sources d’énergie (panneaux photovoltaïques, batteries, réseau) ;
— limitation de la consommation d’énergie des capteurs en optimisant les protocoles de communication ;
— mise en oeuvre d’un réseau de capteurs reconfigurable dans l’éventualité d’une panne de l’un de ses composants ou d’erreurs dans la transmission des données.

Description

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

1. action sur les terminaux de ventilation ;
2. dialogue avec la pompe à chaleur via un protocole de communication ;
3. dialogue avec le compteur d’énergie ;
4. 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.

FIGURE 28 – Schéma de fonctionnement FIGURE 29 – Centrale de traitement d’air
   
FIGURE 30 – Un écran de contrôle manuel (a) et un graphique prévoyant la température et l’humidité relative pour chaque séquence d’actionnement (b).