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Conception sous Contraintes : Configuration de Panneaux Isolants à Deux Dimensions

Débutée le : 01/09/2013 Soutenue le : 20/09/2016 Télécharger la thèse
Axes : 
  • Axe 1 : ORKID
Encadrement : 
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Resume: 

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse se situent dans une problématique d'aide à la conception d'enveloppes isolantes pour la rénovation thermique de bâtiments résidentiels collectifs. Ces enveloppes isolantes sont composées de panneaux multifonctionels rectangulaires, configurables et préfabriqués en usine. Leur conception repose sur les cinq caractéristiques suivantes. Premièrement, le nombre de panneaux nécessaires pour concevoir une enveloppe ainsi que leur taille respective ne sont pas connus au début de la rénovation (mais leur taille est cependant bornée). Deuxièmement, en raison des contraintes de fabrication, chaque fenêtre et chaque porte présentes sur la façade à rénover doivent être insérées dans un et un seul panneau. Troisièmement, les panneaux sont fixés à des endroits spécifiques de la façade, assez résistants pour supporter leur poids, nommés zones d'accroche. Quatrièmement, ni trous (zone non couverte), ni chevauchements entre panneaux ne sont autorisés. Cinquièmement, afin de garantir une isolation thermique performante tout en minimisant son coût, les enveloppes doivent être composées d'un nombre minimal de panneaux. Aux vues de la complexité de ce problème, nous restreignons nos travaux de recherche aux façades rectangulaires portant des menuiseries et des zones d'accroche rectangulaires.

Compte tenu des cinq caractéristiques énoncées et de l'hypothèse de forme rectangulaire des éléments traités (panneaux, façades, menuiseries, zones d'accroche), la conception des enveloppes est à la fois un problème de découpe à deux dimensions et un problème de configuration. Ce problème est formalisé et traité comme un problème de satisfaction de contraintes et a pour but d'aider la conception dédites enveloppes isolantes. En tant que tel, les travaux de cette thèse présentent deux contributions majeures. En raison des caractéristiques originales du problème de calepinage de façades, sa description et sa formalisation comme un problème de satisfaction de contraintes constituent la première contribution de ces travaux de thèse. Deuxièmement, les solutions algorithmiques basées sur les contraintes constituent notre seconde contribution. En particulier, ces travaux de thèse présentent deux solutions manuelles et trois automatiques pour le problème de conception d'enveloppes isolantes.

Mots-clés : Problème de satisfaction de contrainte, Configuration, Calepinage, Aide à la décision, Rénovation du bâtiment, Génie Civil

Projets liés à la thèse

  • CRIBA

    Débuté le : 01/01/2013 Fini le : 31/07/2016

    L'objectif du projet C.R.I.B.A., déposé avec le centre Rapsodee, vise à démontrer la faisabilité d’une solution industrielle globale pour la rénovation de bâtiments d’habitation collectifs datant des années 1960/1970, à très haute performance énergétique (BEPOS) dans des coûts maîtrisés. L’idée est d’isoler ces bâtiments par l’extérieur afin d’améliorer de manière significative leur performance énergétique. De nombreuses entreprises sont déjà sur ce créneau, mais le plus souvent de manière très artisanale. C’est-à-dire que les panneaux et les supports sont dimensionnés et sciés directement sur le chantier, de manière intuitive le plus souvent. L’idée de C.R.I.B.A. est de développer toute une filière industrielle, allant de la prise de mesures à la pose supportée par une chaîne d’outils numériques.

    Dans ce cadre, le travail du CGI se décompose en deux lots de travail. Le premier WP (axe ORKID) porte sur la spécification et le développement d’un logiciel de configuration supportant le processus de rénovation C.R.I.B.A.. Le configurateur, par un jeu de questions-réponses avec l’utilisateur-architecte, permettra de définir la nomenclature physique de la rénovation ainsi que la gamme de montage sur site. Le second WP (axe IO) porte sur la modélisation des chaînes logistiques pour la rénovation/construction industrialisées et le développement d'un prototype logiciel pour aider à la planification de la chaîne logistique.

    Voici quelques vidéos concernant Criba :

Publications associées à la thèse

  • Building renovation adopts mass customization: Configuring insulating envelopes

    Références :
    Andrés Felipe Barco Santa, Élise Vareilles, Paul Gaborit et Michel Aldanondo. « Building renovation adopts mass customization: Configuring insulating envelopes ». In : Journal of Intelligent Information Systems 49.1 (août 2017). P. 119--146. ISSN : 0925-9902, 1573-7675. DOI : 10.1007/s10844-016-0431-6.
    This work is motivated by an industrial need of manufacturing façades insulating envelopes in order to reduce energy consumption in residential buildings. An insulating envelope is a configuration of a set of rectangular panels that respects a set of limitations. Due to the number of façades to be renovated and the number of possible configurations for a single façade, the envelope configuration is both a mass customization problem as well as a combinatorial one. The paper then introduces a decision support system based on the framework of constraint satisfaction, as it fits neatly the constrained nature of the problem. Two configuration tasks have been identified as prerequisite to envelopes configurations: (1) the configuration of a questionnaire for information inputs and (2) the configuration of a constraint satisfaction problem for each one of the façades to be renovated. The system architecture promotes maintenance, modularity and efficiency as different configuration tasks are divided into web-services. Conception and implementation of the massive building thermal renovation are then supported.