Développement d`une méthode d`optimisation

THÈSE PRÉSENTÉE
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR DE
L’UNIVERSITÉ DE BORDEAUX
ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR
SPÉCIALITÉ : MÉCANIQUE
Par Stéphanie ARMAND DECKER
Développement d’une méthode d’optimisation multiobjectif pour la
construction bois : prise en compte du confort des usagers, de l’impact
environnemental et de la sécurité de l’ouvrage
Sous la direction de : Frédéric BOS
Soutenue en public le 22 septembre 2015
Membres du jury :
M. BLANCHET Pierre
Professeur des Universités, Université Laval
Rapporteur
M. INARD Christian
Professeur des Universités, Université La Rochelle
Rapporteur
M. BOUCHAIR Abdel Hamid
Professeur des Universités, Université Blaise Pascal
Président
Mme LARTIGUE Bérangère
Maître de Conférences HDR, Université Paul Sabatier
Examinatrice
M. BOS Frédéric
Professeur des Universités, Université de Bordeaux
Directeur de thèse
M. GALIMARD Philippe
Maître de Conférences, Université de Bordeaux
Encadrant de thèse
M. LAGIERE Philippe
Maître de Conférences, Université de Bordeaux/Nobatek
Encadrant de thèse
M. SEMPEY Alain
Maître de Conférences, Université de Bordeaux
Encadrant de thèse
Membre invité :
M. NDIAYE Amadou
Ingénieur de Recherche, INRA
Encadrant de thèse

Thèse de doctorat – Stéphanie ARMAND DECKER – 2015 3
Développement d’une méthode d’optimisation multiobjectif pour la construction bois : prise en compte
du confort des usagers, de l’impact environnemental et de la sécurité de l’ouvrage
Résumé : Les pays industrialisés cherchent aujourd’hui à réduire leur consommation d'énergie et à
utiliser des matières premières de substitution, notamment renouvelables dont le bois fait partie. Pour
promouvoir son usage, le développement de méthodes favorisant son recours dans les systèmes
constructifs pour la construction multiétage est nécessaire.
La conception d’un bâtiment est multicritère. Des objectifs contradictoires sont à optimiser
simultanément. Des solutions de compromis Pareto-optimaux sont par exemple recherchées entre
l’atteinte des meilleures performances d’usage et la limitation de l’impact environnemental du
bâtiment. Ces travaux portent ainsi sur le développement d’une méthode d’optimisation multiobjectif
de systèmes constructifs bois adaptés au multiétage.
Des objectifs de maximisation du confort vibratoire des planchers et de minimisation des besoins de
chauffage, d’inconfort thermique, de potentiel de réchauffement climatique et d’énergie grise sont pris
en compte. La méthode repose sur un algorithme d’optimisation multiobjectif par essaim particulaire
capable de proposer un ensemble de solutions non-dominées constituant le front de Pareto. L’espace
des solutions est contraint par des exigences réglementaires nécessaires à la sécurité de l’ouvrage.
L’ensemble des fonctions-objectif est modélisé sous forme de fonctions analytiques. Les sorties
d’intérêt du modèle de simulation thermique dynamique sont substituées par des métamodèles.
La méthode développée est mise en œuvre sur un cas d’étude. Les résultats obtenus offrent une grande
diversité dans un panel de 20 000 solutions optimales. Ces résultats constituent un support de
discussion entre les différents acteurs d’un projet de construction.
Mots clés : optimisation multiobjectif, OEP, bâtiments bois multiétages, confort, efficacité
énergétique, métamodèle, analyse de sensibilité, écoconception.
Development of a multiobjective optimisation method for timber building : consideration of user
comfort, environmental impact and structural safety
Abstract : Industrialised countries are seeking to reduce their energy consumption and to use
alternative raw materials, including renewables such as wood. To promote its use, multi-storey timber
constructive systems need the development of new design methods.
Building required a multicriteria design where conflicting objectives must be optimised simultaneously.
Research solutions have to achieve the best Pareto-compromise between use performance and
environmental impact of the building. This work aims to develop a multiobjective optimisation method
of timber multi-storey building.
The objectives of maximising floor vibration comfort and minimising heating needs, thermal discomfort,
global warming potential and embodied energy are taken into account. A multi-objective particle swarm
optimization algorithm is used to obtain a set of non-dominated solutions which is the Pareto front. The
solution space is constrained by regulatory requirements necessary for the safety of the structure. All
objective-functions are modelled as analytic functions. Dynamic thermal simulation model outputs are
replaced by metamodels.
The developed method is implemented on a case study. The results offer a great diversity in a panel of
20 000 optimal solutions. These results provide a basis for discussion between the different actors of a
construction project.
Keywords : multiobjective optimisation, PSO, multi-storey timber buildings, comfort, energy
efficiency, metamodelling, sensitive analysis, ecodesign.

Thèse de doctorat – Stéphanie ARMAND DECKER – 2015 5
Environnement dans lequel la thèse a été préparée
L’institut d’accueil de la thèse a été l’I2M, Institut de Mécanique et d’Ingénierie de Bordeaux
(I2M) au sein des départements TREFLE (Fluides et Transferts) et GCE (Génie Civil et
Environnement).
Unité de recherche
Univ. Bordeaux, I2M, UMR 5295, 33400 Talence, France.
CNRS, I2M, UMR 5295, 33400 Talence, France.
Arts et Métiers ParisTech, I2M, UMR 5295, 33400
Site : Université Bordeaux 1 A11-A11 BIS
351 cours de la Libération
33405 TALENCE Cedex
http://i2m.u-bordeaux.fr/
Ces travaux de thèse ont reçu un financement CIFRE de la part de l’ANRT et ont été réalisés au
sein de Nobatek. Ils s’intègrent dans le projet précompétitif amont BOIS5+ porté par INEF4.
NOBATEK est un centre de ressources technologiques qui développe ses activités de recherche
appliquée et ses prestations de service dans les domaines de l’aménagement et de la
construction durables.
INEF4 est un Institut pour la Transition Énergétique qui a une activité collaborative mutualisée
de recherche appliquée et d’innovation pour le secteur de la réhabilitation et la construction
durables. Nobatek en est l’opérateur.
Centre de ressource technologique
Nobatek
67 rue de Mirambeau
64100 anglet
http://www.nobatek.com/
http://www.inef4.com/