Doctorant aux Mines ParisTech, Romain Bonabe de Rougé a réalisé sa thèse sur l’intégration de la micro-cogénération dans les bâtiments résidentiels et tertiaires dans le cadre du projet de recherche « production décentralisée d’énergie » au sein d’Efficacity et du laboratoire Engie Lab CRIGEN. Dernière étape de son doctorat : sa soutenance de thèse qu’il défendra le 21 mars aux Mines.
Quel est le sujet de ta thèse ?
Mon sujet de thèse porte sur l’intégration de la micro-cogénération dans les bâtiments résidentiels et tertiaires. Il s’agit d’une technologie qui permet de produire simultanément de la chaleur et de l’électricité avec un bon rendement global et ainsi de réduire la consommation d’énergie primaire d’un bâtiment. Diverses technologies sont étudiées telles que les moteurs à combustion interne et externe, les turbines à gaz ou les piles à combustible.
Plusieurs verrous ont conduit à lancer ce sujet : le coût d’investissement est élevé, les besoins thermiques et électriques intermittents des bâtiments résidentiels et tertiaires rendent l’adaptation d’un micro-cogénérateur complexe. Les questions traitées dans la thèse sont principalement liées au dimensionnement, à l’intégration dans l’installation hydraulique (dont un appoint thermique et des stockages d’énergie) et au pilotage. L’objectif de cette thèse est de développer des outils méthodologiques pour accompagner le développement de la micro-cogénération dans les bâtiments résidentiels et tertiaires.
Ces outils facilitent le choix des appareils les plus adaptés, leur dimensionnement et leur intégration technique au bâtiment. Le travail de thèse s’appuie sur l’étude expérimentale et la modélisation des technologies de micro-cogénérateurs ; deux appareils (moteur à combustion interne et micro-turbine) ont été testés au cours des 3 ans. Des modèles numériques dynamiques ont été développés tenant compte de tous les régimes de fonctionnement pour cinq technologies. Ces modèles de cogénérateurs ont été intégrés dans une plateforme logicielle modélisant l’enveloppe du bâtiment, l’installation énergétique, sa régulation et les occupants. Les simulations de la plateforme ont été comparées avec succès à des suivis de terrain de micro-cogénérateurs équipant des bâtiments réels. On a mené des analyses de sensibilité et des études paramétriques pour déterminer les paramètres de conception les plus importants. Par rapport à des outils de dimensionnement plus simples, la plateforme permet la conception des installations en évaluant de manière fine leur fonctionnement (cycles, durée de fonctionnement, dégradation des performances…).
Quels sont les liens entre ta thèse et les travaux d’Efficacity ?
Durant la première période triennale d’Efficacity, j’ai travaillé au sein du projet « production décentralisée d’énergie » sous la direction de Pierre Picard (Engie). Mon rôle pour ce projet au travers de ma thèse a été de mieux cerner l’une des briques technologiques innovantes qui pourra s’intégrer aux systèmes énergétiques locaux et déterminer les meilleurs couplages possibles avec les bâtiments des quartiers. Dans ce cadre, nous avons d’une part développé une bibliothèque de modèles en langage Modelica qui est utilisable par les membres d’Efficacity et, d’autre part, déployé l’outil de simulation sur un cas réel avec un démonstrateur de micro-turbine en logement collectif à Besançon. Dans ce cas, nous avons démontré que les compétences d’Efficacity pouvaient être utiles dans l’accompagnement du bureau d’étude et de l’un de nos membres. Enfin, François Pacaud et moi avons collaboré pour traiter la problématique du pilotage optimal d’un micro-cogénérateur installé dans des logements. Il s’agissait d’un cas d’application original pour les algorithmes d’optimisation que François développe.
J’ai aussi participé au développement des outils de modélisation d’Efficacity, en particulier notre outil de simulation des consommations énergétiques à l’échelle des quartiers : PowerDis. Je contribue aujourd’hui au développement de l’outil sur des territoires réels et à la réflexion autour de la validation scientifique des résultats calculés. Pour faire le lien entre ces travaux et ma thèse : nous n’avons pas perdu de vue que des travaux très « zoomés » comme ceux sur la micro-cogénération pourront enrichir PowerDis dans le cas de briques technologiques le nécessitant.
Que retiens-tu de ton doctorat à Efficacity ?
D’abord, il s’agissait de mon premier emploi, j’en garderai toujours une certaine nostalgie. Ensuite, arriver dans une structure aussi nouvelle avec autant de perspectives et de choses à mettre en place peut être un peu déstabilisant au début. Pourtant, on prend très vite goût à nager dans un environnement aussi riche de personnes, de compétences et d’opportunités pour travailler sur des projets scientifiques et techniques innovants, divers et souvent pluridisciplinaires. J’ai vraiment constaté l’évolution de l’Institut depuis octobre 2014 et si je devais en retenir un mot ce serait « possible » ! On s’interroge beaucoup, on tente souvent, on prend parfois de mauvaises décisions mais on apprend d’autant plus. Le fait d’avoir été immergé dans ce chantier qui prend nettement forme aujourd’hui était une expérience très enrichissante.
Quels sont tes projets pour la suite ?
La suite s’écrit dès aujourd’hui : ayant rendu mon manuscrit de thèse, j’ai prolongé mon aventure avec Efficacity puisque je suis maintenant pleinement intégré à l’équipe de recherche et développement.
Au programme : participer à la fois à la recherche de fond de l’Institut mais aussi à sa valorisation auprès des acteurs urbains. Cette approche va permettre de confronter nos outils (dans mon cas, principalement PowerDis) aux problématiques de terrain sur des études de cas réels. Elle enrichira nos outils de retours d’expériences pour mieux cerner les attentes du marché, guider notre recherche et les développements informatiques.
Plus d’informations sur la soutenance de thèse :
Mercredi 21 mars à 10h
Mines ParisTech,
60 Bd Saint-Michel 75006 Paris
