L’influence de l’eau sur les propriétés mécaniques des roches a fait l’objet de peu d’études jusqu’à présent. Or dans de nombreuses situations, la différence entre le comportement mécanique de la roche sèche et saturée en eau peut être appréciable. De nouveaux champs d’application, tels que l’analyse des risques liés à l’après-mine ou les problématiques relatives au stockage souterrain des déchets nucléaires, requièrent actuellement une connaissance plus approfondie de ces aspects.<p><p>Cette étude expérimentale se propose donc de contribuer à une meilleure compréhension du comportement hydromécanique de matériaux rocheux partiellement saturés. Pour ce faire, la démarche suivie a consisté à se baser sur des techniques et outils bien établis pour les sols (meubles), et à les adapter aux matériaux rocheux. Dans ce contexte, une première étude a été menée sur un matériau rocheux argileux, le schiste de Beringen, et a permis d’évaluer l’influence de la succion pour les états de compression simple. <p><p>Suite à cette première étude, d’autres états de contrainte ont été envisagés, principalement au moyen de l’essai triaxial. Le contrôle de la succion en cours d’essai a demandé d’importantes transformations au système triaxial déjà disponible au laboratoire. En parallèle, un nouvel équipement, comprenant notamment un contrôle de la succion par la méthode de translation d’axes, a été conçu et mis en service. La suite du programme expérimental a été réalisée sur une roche poreuse et très homogène :le calcaire de Sorcy.<p><p>A l’état sec, les résultats d’essais triaxiaux et polyaxiaux ont permis la construction de surfaces de charge tridimensionnelles. En plan méridien, comme pour d’autres roches poreuses, la résistance augmente avec la pression de confinement lorsque celle-ci reste assez faible (inférieure à 15 MPa environ) ;le comportement est fragile. Aux confinements plus élevés, le comportement devient ductile. En plan octaédrique, la forme de la surface évolue depuis le triangle jusqu’au cercle dans la partie fragile, puis continue à évoluer vers un triangle (inversé par rapport au premier) dans le domaine ductile.<p><p>En conditions saturées, un ensemble cohérent de paramètres poroélastiques a été mesuré, parmi lesquels le coefficient de Biot (qui a été évalué à environ 0.85). La variabilité de ces paramètres entre échantillons et en fonction de l’état de contrainte a été examinée. Dans le domaine poroplastique, c’est la contrainte effective de Terzaghi qui se révèle contrôler le comportement mécanique, malgré que le coefficient de Biot soit inférieur à 1. En plan méridien, l’enveloppe obtenue pour le matériau saturé se rapproche de celle du matériau sec, moyennant une normalisation par rapport à sa longueur horizontale. Ceci suggère que la prise en compte des conditions non saturées pourrait se faire, comme souvent pour les sols, par l’ajout d’un axe supplémentaire :la succion.<p><p>En conditions non saturées, les essais réalisés en conditions isotropes à succion contrôlée montrent une forte augmentation du module d’incompressibilité drainé avec la pression de confinement et une faible augmentation avec la succion. Ceci tend à conforter les hypothèses adoptées.<p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les méthodes et les outils de génération automatique ou semi-automatique de modèles 3D urbains se développent rapidement, mais l’évaluation de la qualité de ces modèles et des données spatiales sur lesquelles ils s’appuient n’est que rarement abordée. Notre objectif est de proposer une approche multidimensionnelle standard pour évaluer la qualité des modèles 3D de bâtiments en 1D, 2D et 3D. Deux méthodes sont présentées pour l'évaluation 1D. La première se base sur l’analyse de l’erreur moyenne quadratique en X, Y et Z. La deuxième solution s’appuie sur les instructions parues au Journal Officiel du 30 octobre 2003 et exigeant le respect de classes de précisions. L'approche que nous proposons se penche sur le calcul d'indices de qualité fréquemment rencontrés dans la littérature. L'originalité de notre approche réside dans le fait que les modèles employés en entrée ne se limitent pas au mode raster, mais s'étendent au mode vecteur. Il semble évident que les modèles définis en mode vecteur s'avèrent plus fidèles à la réalité qu'en mode raster. Les indices de qualité 2D et 3D calculés montrent que les modèles 3D de bâtiments extraits à partir des couples d’images stéréoscopiques sont cohérents. Les modèles reconstruits à partir du LiDAR sont moins exacts. En conclusion, cette thèse a abouti à l’élaboration d’une approche d’évaluation multidimensionnelle de bâtiments en 3D. L’approche proposée dans cette thèse est adaptée et opérationnelle pour des modèles vectoriels et rasters de bâtiments 3D simplifiés. / Methods and tools for automatic or semi-automatic generation of 3D city models are developing rapidly, but the quality assessment of these models and spatial data are rarely addressed. A comprehensive evaluation in 3D is not trivial. Our goal is to provide a standard multidimensional approach for assessing the quality of 3D models of buildings in 1D, 2D and 3D. Two methods are applied. The first one is done by computing Root Mean Square Errors (RMSE) based on the deviations between both models (reference and test), in X, Y and Z directions. Second method is performed by applying the French legal text (arrêté sur les classes de précision) that is based on the instructions published in the Official Journal from October 30, 2003. These indices pass through the space discretization in pixels or voxels for measuring the degree of superposition of 2D or 3D objects. The originality of this approach is built on the fact that the models used as input are not only limited to raster format, but also extended to vector format. The results of statistics of the quality indices calculated for assessing the building models show that the 3D building models extracted from stereo-pairs are close from each other. Also, the models reconstructed from LiDAR are less accurate than the models reconstructed from aerial images alone. In conclusion, the quality evaluation of 3D building models has been achieved by applying the proposed multi-dimensional approach. This approach is suitable for simplified 3D building vector models created from aerial images and/or LiDAR datasets.

La création d'une maquette numérique d'un bâtiment existant nécessite le relevé du bâtiment. Le scanner laser terrestre est largement utilisé pour atteindre cet objectif. Il permet d'obtenir la géométrie des objets sous forme de nuages de points. Il fournit une grande quantité de données précises de manière très rapide et avec un niveau élevé de détails. Malheureusement, le passage du nuage de points à la maquette numérique reste actuellement largement manuel en raison du volume important de données et des processus qui sont difficiles à automatiser. Cette démarche est chronophage et source d'erreurs. Un défi majeur aujourd'hui est donc d'automatiser le processus menant à la reconstruction 3D de bâtiments existants à partir de nuages de points. L'objectif de cette thèse est de développer une chaîne de traitements permettant d'extraire automatiquement le maximum d'informations du nuage de points d'un bâtiment en vue d'intégrer le résultat dans un logiciel de BIM. / The creation of an as-built BIM requires the acquisition of the as-is conditions of existing buildings. Terrestrial laser scanning (TLS) is widely used to achieve this goal. Indeed, laser scanners permit to collect information about object geometry in form of point clouds. They provide a large amount of accurate data in a very fast way and with a high level of details. Unfortunately, the scan-to-BIM process remains currently largely a manual process because of the huge amount of data and because of processes, which are difficult to automate. It is time consuming and error-prone. A key challenge today is thus to automate the process leading to 3D reconstruction of existing buildings from point clouds. The aim of this thesis is to develop a processing chain to extract the maximum amount of information from a building point cloud in order to integrate the result in a BIM software.

Cette thèse est dédiée à la détection de l'ombre, de la végétation et des bâtiments à partir d'une unique image optique très haute résolution. La première partie présente une nouvelle méthode pour détecter simultanément les ombres et la végétation : plusieurs indices d'ombre et de végétation sont comparés puis fusionnés grâce à la théorie de l'évidence de Dempster-Shafer afin d'obtenir une segmentation en trois classes : “ombre”, “végétation” et “autre”. Comme la fusion est une méthode pixellique, elle est incorporée dans un contexte markovien pour régulariser la segmentation. Dans la deuxième partie, une nouvelle technique de segmentation d'images par croissance de région est proposée. L'image est tout d'abord sur-segmentée en régions homogènes afin de remplacer la structure rigide de la grille de pixels. Une classification-fusion itérative est ensuite appliquée sur ces régions. À chaque itération, les régions sont classées en utilisant une segmentation markovienne, puis regroupées entre elles en fonction de la position des ombres, de leur classe, et de la rectangularité de la forme fusionnée. Les bâtiments sont estimés à partir de la classification finale comme étant les rectangles d'emprise minimale. Ces deux algorithmes ont été validés sur plusieurs images de télédétection et ont permis de démontrer leur efficacité. / This PhD thesis is devoted to the detection of shadows, vegetation and buildings from single high resolution optical remote sensing images. The first part introduces a new method for simultaneously detecting shadows and vegetation. Several shadow and vegetation indices were investigated and merged using the Dempster-Shafer evidence theory so as to obtain a segmentation map with three classes : “shadow”, “vegetation” and “other”. However, the performance of the fusion is sensitive to noise since it processes at a pixel-level. A Markov random field (MRF) is thus integrated to model spatial information within the image. In the second part, a novel region growing segmentation technique is proposed. The image is oversegmented into smaller homogeneous regions which replace the rigid structure of the pixel grid. An iterative region classification-merging is then applied over these regions. At each iteration, regions are classified using a MRF-based image segmentation, then, according to the position of shadows, regions having the same class are merged to produce shapes appropriate to rectangles. The final buildings are estimated using the recursive minimum bounding rectangle method from the final classification. These two algorithms have been validated on a variety of image datasets and demonstrate their efficiency.

La ventilation joue un rôle important dans le confort thermique des occupants d'un bâtiment en climat chaud, en contribuant au rafraîchissement de l'air qui les entoure. Qu'elle soit mécanique ou naturelle, la ventilation doit être maîtrisée pour ne pas gêner l'occupant et respecter des normes ou réglementations en vigueur. Ces gênes sont liées à des vitesses d'air ou à une intensité turbulente trop élevée. Les concepteurs doivent alors faire appel à l'outil numérique pour une prédiction fine des écoulements d'air. La simulation de configurations à l'échelle du bâtiment peut se faire par une approche moyennée des équations de Navier-Stokes en complément d'un modèle de turbulence. Ces simulations sont utilisées par les chercheurs comme des outils de dimensionnement, ou encore, d'optimisation des composants de ventilation. De plus, la forme des bouches de ventilation peut contribuer passivement à l'optimisation de certains phénomènes aérauliques. L'amélioration de ces formes peut ainsi se faire par l'utilisation de méthodes d'optimisation de forme. L'optimisation topologique par ajout de matière permet de trouver des formes pour optimiser des fonctionnelles objectifs définies sur le fluide ou sur ses frontières. C'est sur cette méthode que ces travaux de thèse se concentrent pour proposer un outil de contrôle des écoulements d'air dans le bâtiment par la recherche de formes optimales de bouches de ventilation. Ces travaux de thèse proposent une contribution à l'optimisation topologique d'écoulements turbulents dans le bâtiment. Dans un premier temps, la méthode par ajout de matière est appliquée pour minimiser les pertes de charge dans une conduite d'aération en forme de Té. Le modèle adjoint développé est soumis à l'hypothèse de turbulence gelée. Dans un second temps le modèle adjoint complet est proposé pour le modèle de turbulence standard k-epsilon pour la réduction des pertes de charge d'une part et de l'intensité turbulente d'autre part. Enfin, ces outils sont appliqués à l'optimisation de forme de bouches de ventilation. Les résultats montrent ainsi un bon potentiel de l'optimisation topologique par ajout de matière pour l'orientation des écoulements d'air mais ne garantissent pas la maîtrise des vitesses d'air dans la pièce. De plus, la minimisation de l'intensité turbulente grâce à l'approche complète développée a contribué à la réduction du taux d'insatisfaction lié à une intensité turbulente trop élevée dans la pièce. / Ventilation plays a key role in thermal comfort of building's occupants in hot climates by refreshing air surrounding them. Mechanical or natural ventilation must be controlled for two reasons: do not disturb the bulding's occupants and comply with the regulations in force. Discomfort is linked to too high air velocities or turbulent intensity. Designers can use the numerical tools for a finer prediction of airflow. The simulation of configurations at the building scale can be done using averaged Navier-Stokes equations approach in addition to a turbulence model. These simulations are used by researchers as sizing tools or for the optimization of ventilation components. In addition, the shape of the ventilation nozzle can passively contributes to the optimization of some aeraulics phenomena. The improvement of these ventilation components can be achieved by the use of shape optimization methods. Topological optimization by addition of material makes it possible for the optimization of cost functions defined on the fluid or on its boundaries. The main objective of this manuscript is to propose a tool to control airflows in building by the search for optimal shape of ventilation nozzle. This work proposes a contribution to the topological optimization of turbulent flows in buildings. In a first step, topological optimization by adding material is applied to minimize pressure losses in a T-shaped pipe. The developed model is subjected to the hypothesis of the frozen turbulence. In a second step, the complete adjoint model is proposed for the standard turbulence model k-epsilon for the minimization of the total pressure losses on the one hand and the turbulent intensity on the other hand. Finally, these tools are applied to the shape optimization of ventilation nozzle. The results of topological optimization by adding virtual material show good potential for the orientation of the airflows but does not guarantee the control of the air velocities in the room. Moreover, the minimization of turbulent intensity through the complete approach contributed to the reduction of the dissatisfaction rate due to excessive turbulent intensity in the room.

Depuis sa fondation, la présence religieuse marque indéniablement Montréal ; son paysage urbain est ainsi porteur d'une identité distinctive. Les églises et les bâtiments à caractère religieux catholiques et leurs sites — objets de notre thèse — forment effectivement une partie importante de son paysage construit ; ils génèrent du sens et ancrent des valeurs symboliques.Ils ont été déterminants dans la structuration du territoire montréalais en plus de contribuer àforger l'identité de la plus grande ville francophone en Amérique du Nord.La diffusion du catholicisme a été tributaire de la constitution d'un réseau paroissial d'une part, puis le foisonnement des oeuvres des congrégations religieuses a permis d'autre part de consolider l'action catholique dans des quartiers marqués par une forte présence anglicane et protestante. Depuis, la multiplication des églises a façonné cette géographie religieuse unique qui témoigne en outre des mécanismes à la base des phases d'urbanisation de la métropole duQuébec. Par conséquent, le palimpseste ainsi constitué se révèle à travers son organisation territoriale et dans l'architecture des églises et des bâtiments à caractère religieux.Aujourd'hui, la conservation et la mise en valeur de ce patrimoine bâti constituent des enjeux fondamentaux de la pratique urbanistique. La privatisation de plusieurs de ces sites et leur affectation à des usages peu appropriés pour supporter leurs valeurs symboliques etpatrimoniales initiales peuvent miner la capacité de faire sens du paysage urbain en oblitérantun certain nombre des repères qui permettaient autrefois sa compréhension.Notre thèse est construite autour de trois grandes périodes. La première relate la structuration et l'expansion des représentations de la catholicité francophone dans le paysage montréalais ;la seconde est caractérisée par la diffusion de nouvelles représentations catholiques qui correspondent à de nouveaux enjeux identitaires ; enfin, la dernière période rend compte des aléas de la patrimonialisation des églises qui s'amorce au cours des années 1970. / Montreal, since its inception, has undoubtedly been marked by the religious presence; the resulting urban landscape thus bears a distinctive identity. Churches and buildings of religious character, and their sites—objects of this dissertation—certainly form a major part of the city’s built landscape; they generate sense and deeply rooted symbolic values. Above being paramount in structuring the territory of Montreal, they contribute in forging the identity ofthe largest Francophone city in North America. The spreading of Catholicism was based on the establishment of a parochial network, and the wealth of religious congregations’ works intensified the catholic action in neighbourhoods marked by a large Anglican and Protestant population. From then on, the proliferation of church buildings has modeled this exceptional religious topography that also exposes the mechanisms underlying the various urbanization stages of Quebec’s metropolis. Consequently, this palimpsest reveals itself through its territorial organization and thearchitecture of its churches and buildings of religious character. Modern town planning practices must take into account these fundamental issues of preservation and valorization of the built heritage. Privatizing some of these sites and adapting them to uses not really suited to their initial symbolic and heritage values may subvert the capacity to make sense of the urban landscape by obliterating a number of landmarks that formerly facilitated its understanding. This doctoral research revolves around three great periods. The first one considers the forming and expansion of Francophone Catholicity representations in Montreal’s landscape; the second period is characterized by the dissemination of new catholic representations that correspond to new identity-related issues; and the last period recounts the vagaries of the church heritagization process initiated in the seventies.

Les actions conjointes en faveur d’une meilleure isolation du bâti et de l’expansion des énergies renouvelables dans l’habitat jouent un rôle de premier plan dans la politique de réduction des gaz à effet de serre et la recherche d’une plus grande efficacité énergétique. La présente thèse vise à développer un système de stockage de chaleur par voie thermochimique dédié au chauffage solaire d’une maison individuelle. A cet effet, un matériau de stockage spécifique à été mis au point, à base de zéolithe et de sulfate de magnésium. Le principe, reposant sur un phénomène mixte d’adsorption physique de vapeur d’eau et de réaction chimique d’hydratation, est à caractère inter-saisonnier : en été, la chaleur issue de capteurs solaires thermiques à air est stockée par le matériau, qui se déshydrate selon une réaction endothermique ; en hiver, l’exothermicité de la réaction inverse est exploitée afin de chauffer l’habitat. Après un état de l’art des technologies de stockage thermique, un protocole de préparation de ce matériau composite innovant est établi. Des travaux de caractérisation sont alors entrepris à l’échelle micro et macroscopique. A partir de ces données expérimentales macroscopiques, le système de stockage est dimensionné en fonction des besoins en chaleur pour le chauffage d’une maison individuelle de type Bâtiment Basse Consommation. A l’issue de cette étude, un modèle de réacteur de stockage thermique est élaboré, afin d’interpréter les transferts couplés de matière et de chaleur intervenant dans le lit de matériau et d’optimiser le réacteur de stockage en conséquence. La validité du modèle est ensuite testée et discutée à la lumière des résultats expérimentaux. / The combined efforts promoting an improved insulation and a growth of renewable energies use in buildings play a key role in the road towards greenhouse gas reduction and better energy efficiency. This thesis purpose is to develop a chemicalbased thermal energy storage system devoted to solar space heating of single-family houses. A specific heat storage material has thus been created, made of zeolite and magnesium sulphate. The storage principle, based on a hybrid phenomenon between water vapour physical adsorption and chemical hydration reaction, is seasonal : during the summer, the material stores heat obtained from evacuated tube solar collectors using an endothermic dehydration reaction ; the stored heat is released by rehydration of the material during the winter to produce hot air dedicated to space heating. After a state of the art regarding thermal energy storage technologies, a preparation method is set up. Then, characterization studies of this innovative composite material have been performed, at both micro- and macroscopic scales. Thanks to the macroscopic experimental data, the system size is estimated to meet the space heating energy demand of a low energy single-family house. Afterwards, a thermochemical storage model is developed to understand the coupled heat and mass transfer occurring in the composite sorbent bed, and consequently optimize the reactor design. The model relevancy is finally discussed with respect to experimental results.

Cette thèse porte sur la consommation énergétique du secteur tertiaire marchand en France. Notre approche est empirique, et s’appuie sur l’Enquête sur les Consommations d’Énergie dans le Tertiaire (ECET). À partir d’une revue de littérature consacrée à l’étude économétrique des déterminants de la consommation énergétique des bâtiments (résidentiels ou tertiaires), nous mettons en évidence la coexistence de deux méthodes d’estimation, sur lesquelles nous revenons. Nous exposons également les consensus ou les débats portant sur les effets des déterminants étudiés. Dans la mesure où les données mobilisées dans cette thèse sont issues d’une enquête à plan de sondage complexe, nous présentons les outils statistiques adaptés à l’exploitation de données issues de ce type d’échantillonnage, puis nous analysons la controverse qui continue d’exister sur l’estimation de modèles économétriques sur données d’enquête. Nous mobilisons alors notre base de données pour fournir une première description statistique des consommations énergétiques du secteur tertiaire marchand en France. Cette description statistique s’appuie sur nomenclature que nous construisons afin d’obtenir des informations à l’échelle infra-sectorielle. Enfin, nous utilisons l’ensemble des méthodes et approches préalablement identifiées pour étudier les déterminants de la demande énergétique des établissements tertiaires sur la base d’une analyse économétrique des données de l’ECET. Cela nous conduit à effectuer une double lecture de nos résultats, à la fois comme éléments de réponse à la question de l’impact des variables étudiées sur la demande d’énergie des établissements, et comme éléments de comparaison des différentes méthodes. / This thesis deals with energy consumption in the French tertiary buildings. We adopt an empirical approach based on a French national survey, the Tertiary Buildings Energy Consumption Survey (l’Enquête sur les Consommations d’Énergie dans le Tertiaire (ECET)). From a literature review, we present the econometric analyses of the drivers of energy consumption in buildings (residential and tertiary). This review highlights the coexistence of two estimation methods. We discuss these methods, and then we detail consensus and debates on the effects of every driver that has already been analyzed in the literature. Because the data we use are complex sample survey data, we describe the statistical tools that must be used to analyze this type of data, and next present the still controversial issue of econometric modeling based on survey data. Then we use our database to produce a first statistical description of energy consumption in tertiary buildings. This description is based on a nomenclature that we establish to obtain information at the subsector level. Finally, we use all the methods and approaches identified previously to study the drivers of the tertiary buildings’ energy demand by implementing an econometric analysis on the ECET data. This lead to a double analysis of our results, both as elements of knowledge on the impact of each driver on energy consumption and as materials that help to compare the different methods to use.

Cette thèse de doctorat cherche à mieux comprendre certaines caractéristiques du marché de la performance énergétique des bâtiments dans le secteur résidentiel et à évaluer l'efficacité de trois interventions publiques visant à encourager la rénovation énergétique : Diagnostic de performance énergétique (DPE), crédit d'impôt pour le développement durable (CIDD) et taxation de l'énergie. Le premier chapitre de la thèse passe en revue la littérature sur la certification de la performance énergétique des bâtiments et conclut que les ménages la valorisent lorsqu'ils achètent ou louent un logement. Le deuxième chapitre présente une analyse théorique de l'impact du DPE et démontre que le DPE peut réduire ou augmenter la consommation d'énergie en fonction de l'horizon temporel et de l'hétérogénéité de la demande d'énergie dans la population. Le troisième chapitre développe une simulation basée sur le modèle susmentionné et suggère que le DPE doit être combiné avec d'autres interventions publiques pour être efficace. S'appuyant sur des données de panel françaises, le quatrième chapitre analyse économétriquement l'impact d'une augmentation du CIDD et montre qu’elle stimule significativement les dépenses pour les investissements éligibles. Le dernier chapitre analyse économétriquement comment les prix de l'énergie influent sur les décisions des ménages en rénovation énergétique et ne trouve pas de preuve statistique de l'effet d'une hausse des prix de l’énergie. / This PhD dissertation aims at better understanding some features of the market for building energy performance in the residential sector and at evaluating the effectiveness of three policy interventions to encourage energy retrofit: Energy Performance Certificates (EPCs), tax credit for energy retrofit, and energy taxation. The first chapter of the thesis surveys the literature on building energy performance certification: there is strong evidence that households value building energy performance when buying or renting a dwelling. The second chapter provides a theoretical analysis of the impact of EPCs and shows that EPCs can decrease or increase energy consumption depending on the time horizon and the heterogeneity of energy demand in the population. The third chapter develops a simulation based on the aforementioned model and suggests that EPCs need to be supplemented by other policy instruments to reduce energy consumption. Relying on French micro-panel data, the fourth chapter econometrically analyzes the impact of a tax credit rate increase for energy retrofit and finds that it can substantially boost expenditures for investments targeted by the tax credit. The last chapter econometrically analyzes how energy prices affect households’ decisions to invest in building energy performance and does not find any statistical evidence of an effect of an increase in energy fuel price.

This thesis aims at Multi-Objective Optimization under Uncertainty in structural design. We investigate Polynomial Chaos Expansion (PCE) surrogates which require extensive training sets. We then face two issues: high computational costs of an individual Finite Element simulation and its limited precision. From numerical point of view and in order to limit the computational expense of the PCE construction we particularly focus on sparse PCE schemes. We also develop a custom Latin Hypercube Sampling scheme taking into account the finite precision of the simulation. From the modeling point of view, we propose a multifidelity approach involving a hierarchy of models ranging from full scale simulations through reduced order physics up to response surfaces. Finally, we investigate multiobjective optimization of structures under uncertainty. We extend the PCE model of design objectives by taking into account the design variables. We illustrate our work with examples in sheet metal forming and optimal design of truss structures. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished