Dans ces travaux, nous proposons un système sûr pour la localisation de robot mobile en milieu intérieur structuré. Le principe repose sur l’utilisation de deux capteurs (lidar et caméra monoculaire) combinés astucieusement pour assurer une rapidité de calcul et une robustesse d’utilisation. En choisissant des capteurs reposant sur des principes physiques différents, les chances qu'ils se retrouvent simultanément perturbés sont minimes. L’algorithme de localisation doit être rapide et efficient tout en conservant la possibilité de fournir un mode dégradé dans éventualité où l’un des capteurs serait endommagé. Pour atteindre cet objectif de localisation rapide, nous optimisons le traitement des données à divers niveaux tels que la quantité de données à traiter ou l’optimisation algorithmique. Nous opérons une approximation polygonale des données du lidar 2D ainsi qu’une détection des segments verticaux dans l’image couleur. Le croisement de ces deux informations, à l’aide d’un filtre de Kalman étendu, nous donne alors une localisation fiable. En cas de perte du lidar, le filtre de Kalman peut toujours fonctionner et, en cas de perte de la caméra, le robot peut faire un recalage laser avec le lidar. Les données des deux capteurs peuvent également servir à d’autres objectifs. Les données lidar permettent d’identifier les portes (points de collision potentiels avec des humains), les données caméra peuvent permettre la détection et le suivi des piétons. Les travaux ont été majoritairement menés et validés avec un simulateur robotique avancé (4DV-Sim) puis ont été confirmés par des expériences réelles. Cette méthodologie permet à la fois de développer nos travaux et de valider et améliorer le caractère fonctionnel de cet outil de robotique. / In this work, we propose a safe system for robot navigation in an indoor and structured environment. The main idea is the use of two combined sensors (lidar and monocular camera) to ensure fast computation and robustness. The choice of these sensors is based on the physic principles behind their measures. They are less likely to go blind with the same disturbance. The localization algorithm is fast and efficient while keeping in mind the possibility of a downgraded mode in case of the failure of one sensor. To reach this objective, we optimized the data processing at different levels. We applied a polygonal approximation to the 2D lidar data and a vertical contour detection to the colour image. The fusion of these data in an extended Kalman filter provides a reliable localization system. In case of a lidar failure, the Kalman filter still works, in case of a camera failure the robot can rely upon a lidar scan matching. Data provided by these sensors can also deserve other purposes. The lidar provides us the localization of doors, potential location for encounter with humans. The camera can help to detect and track humans. This work has been done and validated using an advanced robotic simulator (4DV-Sim), then confirmed with real experiments. This methodology allowed us to both develop our ideas and confirm the usefulness of this robotic tool.

En France, le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d'énergie parmi les secteurs économique, avec 43% de l'énergie finale totale et 25% des émissions de CO2. Il s'avère donc nécessaire de réduire l'impact environnemental de ce secteur en promouvant la construction des bâtiments neufs et la rénovation thermique des bâtiments existants, selon les critères des bâtiments à basse consommation d'énergie.<br /><br />L'objectif de ce travail est de développer une méthodologie pour réaliser des études de conception de bâtiments à basse consommation d'énergie. La méthodologie consiste à déterminer des modèles polynômiaux pour l'évaluation des performances énergétique et du confort thermique d'été des bâtiments, à l'aide de la méthode des plans d'expériences et des outils de simulation numérique. Ces modèles polynômiaux permettent de simplifier les études paramétriques, en apportant une réponse alternative aux outils de simulations numériques pour la recherche de solutions afin de concevoir des bâtiments à basse consommation d'énergie. La méthodologie est appliquée sur un bâtiment tertiaire à savoir un immeuble de bureaux.<br /><br />Dans le premier chapitre, nous présentons l'état de l'art des bâtiments à basse consommation d'énergie et à énergie positive, dans le but de dresser un bilan de connaissances sur le contexte énergétique français, sur les labels mis en place en France et à l'étranger, sur les projets réalisés et sur les techniques utilisées pour concevoir des bâtiments à basse consommation d'énergie.<br /><br />Ensuite, nous nous focalisons dans le second chapitre, sur le développement de modèles numérique nécessaires à l'élaboration de la méthodologie. Les modèles sont développés dans l'environnement MATLAB/SIMULINK et intégrés dans la bibliothèque SIMBAD, dédiée à la simulation numérique en thermique du bâtiment afin de participer à son développement. De plus, nous présentons des études d'évaluation énergétiques de systèmes spécifiques aux bâtiments à basse consommation d'énergie qui illustrent l'utilisation des modèles numériques développés.<br /><br />Un cas d'étude est défini dans le troisième chapitre ainsi que les contextes climatiques à considérer, les principes de base de la méthode des plans d'expériences et un exemple de son application. Le cas d'étude considéré est un immeuble de bureaux, nommé Beethoven, dont les caractéristiques de base seront choisies selon les exigences de la réglementation thermique. Ces caractéristiques constituent la configuration de référence qui est améliorée en suivant la méthodologie développée. L'analyse des huit zones climatiques définies par la réglementation thermique et l'évaluation des performances énergétiques du bâtiment pour la configuration de référence par rapport à ces climats, permettent de sélectionner trois climats représentatifs pour la suite du travail. Enfin, un exemple d'application de la méthode des plans d'expériences pour une optimisation énergétique de la configuration de référence permet de justifier le choix de cette méthode.<br /><br />Le début du quatrième chapitre est consacré au développement des modèles polynômiaux pour l'évaluation des performances énergétique et du confort thermique d'été du bâtiment Beethoven. Nous débutons ce chapitre par une évaluation des limites de la méthode des plans d'expériences pour déterminer ces modèles polynômiaux. Il en découle une méthodologie générale d'application de la méthode des plans d'expériences afin de développer des modèles polynômiaux pour réaliser des études de conception de bâtiment à basse consommation d'énergie. Ensuite, nous effectuons, à l'aide de ces modèles, une étude de sensibilité pour le bâtiment Beethoven et une analyse de solutions pour concevoir un bâtiment à basse consommation d'énergie selon divers critères énergétiques.<br /><br />Dans le dernier chapitre, nous présentons un exemple d'application des modèles polynômiaux développés pour identifier des solutions pour la conception de l'enveloppe et des systèmes du bâtiment Beethoven, afin d'obtenir un bâtiment à basse consommation d'énergie, selon les critères du label Français Effinergie et du label Allemand Passivhaus. Les configurations basse consommation d'énergie obtenues sont comparées par rapport à la configuration de référence en termes de performances énergétiques, de confort thermique d'été et d'émissions CO2.<br /><br />La méthodologie que nous proposons permet d'identifier, de manière simple et rapide, des solutions pour concevoir des bâtiments à basse consommation d'énergie. Les solutions sont sélectionnées à l'aide d'abaques définis avec les modèles polynomiaux développés. Le niveau de précision constaté par rapport à la simulation numérique est appréciable. Le choix des solutions est effectué parmi des millions de configurations de facteurs, déterminées à l'aide des modèles polynômiaux. La détermination de toutes ces configurations serait difficile voire impossible à réaliser directement à l'aide de la simulation numérique, sans avoir recours à des modèles polynomiaux, d'où l'avantage d'une telle méthodologie.<br /><br />Enfin, cette méthodologie constitue une base robuste pour le développement d'outils d'aide à la décision, destinés aux différents acteurs du secteur du bâtiment pour la conception des bâtiments neufs et la rénovation thermique des bâtiments existants, selon les critères des bâtiments à basse consommation d'énergie.

Les systèmes de rafraîchissement d'air basés sur des échangeur-stockeurs composés de Matériaux à Changement de Phase (MCP) sont une alternative possible aux systèmes de climatisation pour le confort d'été dans les bâtiments. Toutefois, les performances de tels systèmes de rafraîchissement sont étroitement liées aux conditions climatiques et aux configurations des bâtiments à rafraîchir. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un outil d'aide à la conception permettant un pré-dimensionnement optimal de systèmes de rafraîchissement d'air utilisant des MCP dès le stade de la conception préliminaire. Un modèle thermique dynamique simulant le comportement d'un échangeur-stockeur air/MCP est donc développé puis couplé à une plateforme logicielle de simulation thermique dynamique du bâtiment. Les modèles d'échangeur-stockeurs et de co-simulation sont validés à l'aide d'expériences menées sur deux prototypes d'échangeur-stockeur et la plateforme expérimentale de maison à énergie positive NAPEVOMO. Enfin un premier outil d'aide à la conception utilisant un algorithme d'optimisation est développé pour définir une configuration optimale de système maintenant le confort estival dans la maison NAPEVOMO. / Air-cooling systems using latent heat thermal energy storage (LHTES) are potential alternatives to air-conditioners for summer climate control in buildings. However, the performances of such systems are tightly linked to weather conditions and the configuration of the building to be cooled. The aim of this doctoral work is to develop a design support tool allowing optimally dimensioning an air-cooling system using phase change material at the preliminary design stage. A dynamic thermal model, simulating the behaviour an LHTES device exchanging with air, is developed and coupled with a building performance program. The LHTES and the co-simulation models are validated by comparison with experiments carried out on two prototypes of LHTES device and the experimental platform of zero energy building NAPEVOMO. Finally, a first design support tool using genetic algorithm is developed to define the optimal configuration of an air-cooling system for the summer comfort in « NAPEVOMO » house.