Les modèles 3D de bâtiment sont largement utilisés dans l'industrie de la construction et sont nécessités par plusieurs applications telles que la représentation architecturale et les processus de simulation. Malheureusement, ces modèles manquent souvent d'informations d'une importance majeure pour permettre d'effectuer des opérations d'analyse et de calcul. Les modèles originaux sont alors souvent reconstruits par les différents acteurs qui les utilisent afin de les rendre plus adaptés à leur besoins. Dans le but de pallier ce problème, nous introduisons une approche permettant d'enrichir un modèle 3D de bâtiment et le rendre beaucoup plus interopérable. À partir de l'information géométrique seulement, nous rajoutons au modèle des informations topologiques et sémantiques. Une subdivision cellulaire de l'espace occupé par le bâtiment est d'abord effectuée en se basant sur sa géométrie, puis les relations topologiques entre les cellules sont reconstruites et explicitement définies. Des étiquettes sémantiques sont ensuite attribuées aux composants identifiés du bâtiment à l'aide de la topologie reconstruite et des règles heuristiques prédéfinies. Une structure de données topologique appelée carte combinatoire 3D (3-carte) est utilisée comme une base solide pour la mise au point des opération de reconstruction et le traitement des informations reconstruites. À partir du modèle enrichi, nous montrons comment extraire des données pour des applications dédiées, par exemple la simulation acoustique et lancer de rayon pour la navigation intérieure. Notre méthode se présente comme un pont entre les approches de modélisation et les applications d'analyse du bâtiment qui utilisent ces modèles. Il est entièrement automatique et présente des résultats intéressants sur plusieurs types de modèles / 3D building models are widely used in the civil engineering industry. While the models are needed by several applications, such as architectural representations and simulation processes, they often lack of information that are of major importance for the consistency of the calculations. The original models are then often rebuilt in the way that fits better to the intended applications. To overcome this drawback, we introduce a framework allowing to enrich a 3D model of a building presenting just a geometry, in a way more interoperable model, by adding to it topological and semantic information. A cellular subdivision of the building space is first performed relying on its geometry, then the topological relationships between the cells are explicitely defined. Semantic labels are then attributed to the identified components based on the topology and defined heuristic rules. A 3D combinatorial map data structure (3-map) is used to handle the reconstructed information. From the enriched model we show how to extract applications-driven information allowing to perform acoustic simulation and indoor ray tracing navigation. The approach stands as a bridge between the modeling approaches and the applications in building analysis using the model. It is fully automatic and present interesting results on several types of building models

Pour faciliter la transition énergétique vers la réduction de la consommation des énergies fossiles, la réduction des émissions de CO2 et l’intégration des sources d’énergie renouvelables, il convient d’étudier des stratégies permettant d’adapter en temps réel la gestion énergétique de manière optimale par rapport aux contraintes extérieures et intérieures du bâtiment. Des leviers d’action existent à l’échelle de l’îlot comme la mutualisation des productions et des consommations. Cette thèse présente l’application de techniques d’optimisation au développement de stratégies de gestion du chauffage électrique d’un bâtiment multizone comportant des logements et des bureaux. Pour réduire les temps de calcul par rapport à une approche de résolution globale d’un problème d’optimisation à grande échelle, les méthodes de décomposition-coordination ont été étudiées. Ces méthodes permettent de résoudre des sous-problèmes d’optimisation à l’échelle de chaque zone et de réintégrer les couplages entre zones (couplages thermiques et partage d’une ressource) avec une étape de coordination. Une méthode décomposée-coordonnée a été retenue pour chaque type de couplage permettant la mise en place d’une gestion en temps réel à l’échelle multizone. / To facilitate the energy transition towards the reduction of fossil fuels consumption, CO2 emissions and the integration of renewable energy sources, it is necessary to study realtime management strategies to adapt energy management in an optimal way according to external and internal perturbations and the evolution of the building. Solutions exist at the scale of blocks of buildings such as production and consumption pooling. This thesis presents the development of real-time management strategies, using optimisation techniques, for the electric heating of a multi-zone building mixing residential and tertiary uses. To decrease computation time compared to a global resolution approach of large-scale optimisation problems, decomposition-coordination methods were studied. These methods consist in solving sub-problems of optimisation in each zone and reintegrating the links between zones (thermal couplings and resource sharing) using a coordination step. One of these methods was chosen for each type of coupling allowing the implementation of real-time management at a multi-zone scale.

Le processus de production du sucre industriel génère de grandes quantités de déchets et sous-produits. Parmi ces sous produits, la pulpe de betterave à sucre présente une voie de valorisation importante puisqu’en France, elle représente environ 1,3 millions de tonnes de matière sèche par an et en particulier en Champagne-Ardenne qui a produit 23% du betterave français en 2010. Cette thèse vise à élaborer un agro-matériau à base de pulpe de betterave et d’amidon pour l’usage dans le bâtiment afin de réduire les consommations énergétiques et d’améliorer le confort hygrothermique des occupants. Pour cela il est nécessaire d’étudier de façon approfondie les propriétés physico-chimiques de la pulpe de betterave et de son interaction avec l’amidon pour différentes formulations. Des techniques d’analyse de surface et d’imagerie microscopique seront utilisées. Les domaines de recherche à explorer concernent les transferts et les propriétés hygrothermiques, les propriétés mécaniques et acoustiques. / The industrial sugar production process and generates large volumes of waste and byproducts. One such byproduct is sugar beet pulp, which in France represents approximately 1,300,000 tons of dry matter per year especially in the region of Champagne-Ardenne which produced 23% of French sugar beet in 2010. The aim of this work is to elaborate a green material made of sugar beet pulp and starch as binder to be used in buildings in order to reduce energy consumption and increase indoor hygrothermal comfort. For this purpose, physico-chemical properties of beet pulp and its interaction with starch will be studied deeply and for different binder formulations. Surface analysis and microscopic imagery processing techniques will be used. Physical properties such as hygrothermal, mechanical and acoustic properties will be evaluated also.

L’analyse de cycle de vie des bâtiments (ACV) permet d’évaluer les impacts environnementaux associés à une construction sur l’ensemble de son cycle de vie mais aussi d’aider à choisir les variantes les plus durables dans une démarche d’écoconception. De nombreuses sources d’incertitudes pèsent sur la modélisation environnementale des bâtiments. L’objectif de cette thèse est de proposer une méthodologie pour les prendre en compte et ainsi progresser vers une fiabilisation de l’ACV des bâtiments. Les éléments du modèle qui ont le plus d’influence sur les résultats, et qu’il serait utile de connaître de manière plus précise sont identifiés à l’aide de méthodes d’analyse de sensibilité (AS). Les temps de calcul peuvent être longs pour ces méthodes alors qu’en conception, un temps limité est généralement consacré aux études d’ACV des bâtiments. Plusieurs AS sont comparées en termes de compromis temps de calcul / précision. L’effet des incertitudes sur le choix d’une variante bâtie est étudié en appliquant une méthodologie intégrant des AS et des analyses d’incertitude (AI) adaptées au contexte de comparaison de variantes. Cela permet de rechercher des améliorations d’un projet à un niveau de confiance donné en se concentrant sur les indicateurs environnementaux pour lesquels le choix d’une variante affecte significativement les résultats. La démarche de quantification des incertitudes proposée peut être appliquée au cycle de vie complet de bâtiment et prendre en compte des sources d’incertitudes variées rencontrées en ACV des bâtiments. Les méthodes employées ont été intégrées à une plateforme d’écoconception intégrant des outils de simulation énergétique dynamique (SED) et d’ACV. / Building life cycle assessment (LCA) is a tool used to assess the environmental impact of a construction over its entire life cycle, and to help choosing the most sustainable building alternative in an ecodesign context. Many uncertainty sources arise in the environmental modelling of buildings. The aim of this thesis is to propose a methodology to take them into account and to progress towards more reliable building LCA tools. Model inputs and parameters having the most influence on the results and that should be more precisely known were identified using sensitivity analysis (SA) methods. The calculation time required for the application of these methods may be long, whereas a limited time is generally available to conduct a building LCA study. Several SA methods were therefore compared in terms of a calculation time / precision compromise. The effect of uncertainties on the choice of a built alternative was studied using SA and uncertainty analysis (UA) that are suitable in the context of variants comparison. In that way, the environmental improvements of a project are chosen at a given level of confidence and focusing on the environmental indicators for which the choice of an alternative affects the results significantly. The proposed uncertainty quantification process is applicable to the whole building life cycle and makes it possible to take into account various uncertainty sources arising in building LCA. The used methods were integrated into an ecodesign platform consisting in a dynamic building energy simulation (DBES) and an LCA tool.

Cette thèse porte sur la protection sociale des professionnels du bâtiment au Sénégal et plus particulièrement sur l’analyse du risque santé et de sa prise en charge chez les ouvriers à Dakar. Elle tente d’apporter des réponses à des interrogations portant sur les risques au travail, les besoins d’assurance santé et les stratégies de recours aux soins des travailleurs du bâtiment et de leurs familles. La recherche, à la fois qualitative et quantitative s’appuie sur une enquête auprès de 540 ouvriers et sur une dizaine d’entretiens avec les acteurs de la protection sociale. Elle montre d’une part, que la couverture maladie dans le secteur du bâtiment est très faible (environ 5%) et la prise en charge assez limitée (soins primaires), et d’autre part que le régime sénégalais de prévoyance santé à travers la Caisse de sécurité sociale, les Institutions de Prévoyance Maladie (IPM) et les mutuelles de santé, connaît de nombreux dysfonctionnements qui l’empêchent d’être efficace et viable. L’étude révèle que globalement les ouvriers du bâtiment ne connaissent pas la sécurité sociale ; ils ont recours aux structures publiques de santé en cas de maladies ou d’accidents. Toutefois, ils sont conscients des risques dans leur métier et utilisent largement des équipements de protection lorsque ceux-ci sont mis à leur disposition. Enfin, les ouvriers sont les principaux financiers de la santé dans le ménage. Cependant, à cause de la faiblesse de leurs revenus et du coût de la couverture santé, ils sont pratiquement dans l’impossibilité de souscrire à une assurance. Ils préfèrent payer les mêmes prestations dans les structures publiques de santé à des coûts moins élevés. / This thesis examines the social security system for construction industry workers in Senegal with a focus on health risks and benefits in Dakar. It attempts answer questions concerning the risk of accidents at the workplace, health insurance needs and strategies deployed by workers and their families to obtain health care. Based on the qualitative and quantitative analyses of 540 interviews of workers and of 10 providers of social and health services, this study reveals that health coverage is very poor (about 5%) and often limited to elementary care and that coverage by other actors such as the Social Security System, Preventive Health Institutions and mutual insurance plans are neither effective nor efficient. This study shows that Senegalese construction workers have no real social security; they use public institutions when they are victims of accidents or are sick. However, they are aware of the risks associated with their jobs and seek protection when it is available. Finally, workers are the main health providers for their families. Yet, because of very modest income and exorbitant health costs, they are virtually incapable to take out insurance and opt to pay for services in public institutions which are less expensive.

Les réglementations concernant l’industrie de la construction deviennent de plus en plus complexes et touchent plus d’un domaine à la fois. Elles portent sur les produits, les composants et l'exécution des projets. Elles jouent aussi un rôle important pour garantir la qualité d'un bâtiment, ses caractéristiques et minimiser son impact environnemental. Depuis 30 ans, le CSTB prouve son savoir-faire en la matière au travers du développement du REEF, l’encyclopédie complète des textes techniques et réglementaires de la construction. Dans le cadre d’une collaboration entre le CSTB et le laboratoire I3S, nous avons travaillé à la formalisation et au traitement automatisé des informations technico-réglementaires contenues dans le REEF. Nous avons mis en œuvre notre approche pour aider à la création de nouveaux Avis Techniques. Il s'agit de préciser comment ils sont rédigés et comment standardiser leur structure grâce à la mise en œuvre de services sémantiques adaptés. Nous avons réussi à identifier et à comprendre les problèmes liés à la rédaction d'avis techniques et nous nous sommes focalisés sur le renseignement des dossiers techniques par les industriels. Nos contributions sont les suivantes : Nous avons construit manuellement une ontologie du domaine, qui définit les principaux concepts impliqués dans l’élaboration des Avis Technique. Cette ontologie appelée "OntoDT" est couplée avec le thésaurus du projet REEF. Nous l’avons définie à partir de l’étude des dossiers techniques existants, du thesaurus REEF et en interviewant les instructeurs du CSTB. Nous utilisons conjointement les standards SBVR et SPARQL pour reformuler, à la fois dans un langage contrôlé et dans un langage formel, les contraintes réglementaires présentes dans les Guides pratiques. SBVR représente une assurance de la qualité du texte des contraintes réglementaires présentées à l’utilisateur et SPARQL permet l’automatisation de la vérification de ces contraintes. Ces deux représentations reposent sur l’ontologie de domaine que nous avons développée. Nous intégrons des connaissances expertes sur le processus même de vérification des dossiers techniques. Nous avons organisé en différents processus les requêtes SPARQL représentant des contraintes réglementaires. A chaque composant intervenant dans un dossier technique correspond un processus de vérification de sa conformité à la réglementation en vigueur. Les processus sont représentés de manière déclarative en RDF et un moteur de processus interprète ces descriptions RDF pour ordonner et déclencher l’exécution des requêtes nécessaires à la vérification d’un dossier technique particulier. Enfin, nous représentons de façon déclarative en RDF l’association des représentations SBVR et SPARQL des réglementations et nous utilisons ces annotations pour produire à l’utilisateur un rapport de conformité en langue naturelle pour l’assister dans la rédaction d’un avis technique. / Regulations in the Building industry are becoming increasingly complex and involve more than one technical area. They cover products, components and project implementation. They also play an important role to ensure the quality of a building, and to minimize its environmental impact. For more than 30 years, CSTB has proved its expertise in this field through the development of the complete encyclopedia of French technical and regulatory texts in the building domain: the REEF. In the framework of collaboration between CSTB and the I3S laboratory, we are carrying on research on the acquisition of knowledge from the technical and regulatory information contained in the REEF and the automated processing of this knowledge with the final goal of assisting professionals in the use of these texts and the creation of new texts. We are implementing this work in CSTB to help industrials in the writing of Technical Assessments. The problem is how to specify these assessments and standardize their structure using models and adaptive semantic services. The research communities of Knowledge Engineering and Semantic Web play a key role in providing the models and techniques relevant for our research, whose main objective is to simplify access to technical regulatory information, to support professionals in its implementation, and to facilitate the writing of new regulations while taking into account constraints expressed in the existing regulatory corpus. We focus on Technical Assessments based on technical guides capturing both regulations and knowledge of CSTB experts when producing these documents. A Technical Assessment (in French: Avis Technique or ATec) is a document containing technical information on the usability of a product, material, component or element of construction, which has an innovative character. We chose this Technical Assessment as a case study because CSTB has the mastership and a wide experience in these kinds of technical documents. We are particularly interested in the modeling of the regulatory constraints derived from the Technical Guides used to validate the Assessment. These Guides are regulatory complements offered by CSTB to the various industrials to enable easier reading of technical regulations. They collect execution details with a wide range of possible situations of implementations. Our work aims to formalize the Technical Guides in a machine-processable model to assist the creation of Technical Assessments by automating their validation. For this purpose, we first constructed a domain-ontology, which defines the main concepts involved in the Technical Guides. This ontology called “OntoDT” is coupled with domain thesauri. Several are being developed at CSTB among which one seems the most relevant by its volume and its semantic approach: the thesaurus from the REEF project. Our second contribution is the use of standard SBVR (Semantics of Business Vocabulary and Business Rules) and SPARQL to reformulate the regulatory requirements of guides both in a controlled and formal language Third, our model incorporates expert knowledge on the verification process of Technical Documents. We have organized the SPARQL queries representing regulatory constraints into several processes. Each component involved in the Technical Document corresponds to a elementary process of compliance checking. An elementary process contains a set of SPARQL queries to check the compliance of an elementary component. A full complex process for checking a Technical Document is defined recursively and automatically built as a set of elementary processes relative to the components which have their semantic definition in OntoDT. Finally, we represent in RDF the association between the SBVR rules and SPARQL queries representing the same regulatory constraints. We use annotations to produce a compliance report in natural language to assist users in the writing of Technical Assessments.

Le constat actuel concernant les projets de construction ou de rénovation de bâtiments est la persistance d’un niveau substantiel de non qualité des ouvrages qui vient à l’encontre des objectifs de développement durable de la filière. Pour preuve, les conditions d’usage des bâtiments sont dégradées, les coûts de réparation sont significatifs et l’empreinte environnementale du bâti peine à se réduire. Ces observations sont révélatrices de l’imperfection du processus de production des projets de construction. En effet, ce processus de production a pour finalité de mettre en œuvre des procédés constructifs dont l’intégration fournit des fonctions dites d’usage. Chacune de ces fonctions se décline alors en performances dont le niveau effectif, sur l’ensemble du cycle de vie du bâtiment, dépend de la qualité de mise en œuvre. La présente thèse s’est focalisée, premièrement, sur la quantification d’un indicateur de réussite d’un projet de construction. Pour ce faire, une modélisation de la dynamique du processus de production d’un bâtiment a été entreprise, en tenant compte des perturbations auxquelles il est assujetti, afin de quantifier, de manière prospective, l’écart entre le niveau effectif d’une performance et son niveau souhaité au cahier des charges fonctionnelles. Deuxièmement, à l’échelle d’une performance, la modélisation du processus de production a permis de formaliser une fonction de récupération dépendant des ressources allouées à une opération. Ainsi, avec la proposition d’expressions mathématiques décrivant la dégradation puis la récupération d’une performance, l’analyse de ce qui pourrait s’apparenter au processus globale de résilience, à l’échelle d’un bâtiment a été initiée. En guise d’illustration, deux solutions de réalisations de façades ont été analysées. Une analyse de sensibilité de la « satisfaction » du projet est, alors, conduite en fonction de paramètres comme la compétence du constructeur, la complexité des procédés constructifs ou les ressources allouées / It is widely observed that construction and renovation projects suffer poor quality in the case of buildings, for instance. This is a major drawback as it affects the sustaining development goals of the building industry. Often, the subsequent conditions of service do not meet the normative standards; the costs for renovating the buildings are significant high, and the carbon footprint increases. They result in imperfections of the whole process related to construction projects. In fact, the production process is intended integrate architectural elements and structural components by putting them together adequately with the purpose of providing functions defined as «building features». Each of these features is then expressed as performances whose level, spanning the whole life cycle of the building, depends on the quality of its implementation. The present thesis focuses, in a first part, on the quantification of a « satisfaction index » of any construction project. For this purpose, a dynamic production process modeling a building has been developed; it takes into account disturbances in order to predict quantitatively the gap between the effective performance level and the required and targeted level. In a second part, considering a given performance level, the production process modeling aims to develop « recovery functions » depending on the allocated resources. Therefore, hypothetic mathematical expressions are adopted in order to describe the deterioration and the recovery of a performance level. A theoretical approach is also developed; it is adapted by analogy with global resilience process, at the scale of a building scale. For illustrative and comparative purposes, two kinds of constructive methods, for exterior walls (façade) are considered. A sensitivity study of the project’s « satisfaction index» is then performed out according to parameters such as constructor’s know‐how and past experience, constructive process complexity as well as allocated and available resources

Cette thèse est consacrée au pilotage optimal de systèmes multi-sources pour le bâtiment, dans un contexte de recherche d'économies d'énergie et de dérégulation des tarifs. Le chapitre I expose le contexte et définit le cadre d'étude et les modèles. Le système est considéré comme un cas particulier de micro-réseau résidentiel, avec une problématique d'exploitation de sources installées, dans un environnement incertain. La partie II détaille les fonctions identifiées, en proposant un ensemble de méthodes de résolution pour chacune : pilotage prévisionnel (par PLVM ou programmation dynamique), prédiction de charges, anticipation de consignes (par perceptron multicouches ), stratégies réactives, stratégies adaptatives. Les limites de certaines méthodes sont mises à jour, notamment les problèmes liés à l'apprentissage artificiel. La partie III détaille enfin des cas d'application : le cas d'une installation résidentielle avec chauffage par micro-cogénération raccordée au réseau ; le cas d'une installation résidentielle photovoltaïque avec stockage par batterie Plomb.

La planification en France du plan standard en forme d' « U » sera transformée en celle de « L » afin de s'adapter à un nouveau système d'embarquement alors que les ingénieurs japonais, s'intéressent à l'agencement des fonctions. Pour les façades des gares l'expression moderniste s'articule autour du style néoclassique en France tandis qu'au Japon les éléments occidentaux et japonais se mêlent sur une composition d'inspiration occidentale. Les halles métalliques conçues en France suivent le principe de l'élégance et de la légèreté. Quant au Japon, l'abolition de la halle provient d'un choix délibéré des ingénieurs qui connaissent les défauts fonctionnels mais aussi du fait de la pénurie du fer. L'utilisation de la charpente à grande portée est limitée aux cours intérieures des bâtiments publics. Les architectes se préoccupent de l'acquisition de l'architecture classique. La séparation spatiale entre le bâtiment principal et la halle s'accentue nettement dans les gares japonaises.

L'objectif de la thèse est de fournir les méthodes qui permettent de gérer au mieux l'énergie en assurant le confort souhaité. Les modèles de charges sont développés et validés par des mesures. La prévision à court-terme de la consommation correspondant aux multi bâtiments (région) et au secteur résidentiel est proposée par réseaux de neurones et la méthode ascendante. Trois méthodes originales de la gestion optimale prédictive des chauffages et des climatisations sont développées: optimisation du confort thermique, minimisation des pics et minimisation des coûts de consommation. Deux méthodes originales de la gestion des charges en temps réel sont proposées: méthode basée sur un système de régulation adaptative des chauffages et des climatisations et méthode basée sur le délestage en fonction de la courbe de protection. Les méthodes proposées sont validées par simulation pour une maison (secteur résidentiel) et un hôtel (secteur tertiaire) avec les résultats satisfaisants.