- rapport d'activités année 2013

LABORATOIRE OPTIMISATION DE LA CONCEPTION ET INGENIERIE DE L’E NVIRONN EM EN T
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Rapport d’activité 2013
Le LOCIE, UMR 5271 est le Laboratoire de l’INES représentant le CNRS et Université de Savoie dans
les domaines du bâtiment durable et des systèmes énergétiques associés. Le LOCIE se positionne en
tant d’unité de ressourcement sur ces activités et travaille en étroite collaboration avec les laboratoires
LEB, LMPV et LETH du CEA. Ses activités se déclinent en 4 groupes opérationnels : conversion locale
de l’énergie pour l’autonomie des bâtiments ; systèmes solaires thermiques et stockage ; maitrise des
flux pour la qualité des ambiances, caractérisation des bâtiments ; évaluation et amélioration des
performances.
Le LOCIE en chiffres (1er juin 2013) :
Le LOCIE était composé au 1er juin 2013 de 61 membres, dont 24 enseignants-chercheurs et
chercheurs (7 professeurs, 15 maîtres de conférences) relevant essentiellement des sections 60 et 62
du CNU, et de la section 10 du CNRS, 2 attachés temporaires d’enseignement et de recherche,
1 maître de conférence associé à mi-temps, 2 professeurs émérites, 1 chercheur bénévole,
27 doctorants, 2 post-doctorant, 6 personnels administratifs et techniques.
Le LOCIE a participé à 8 projets ANR dans le cadre des programmes, HABISOL (2 ANR), STOCKE (1
ANR), SEED (2 ANR), VBD (3 ANR) ainsi qu’à 1 projet FUI. Il était impliqué dans le programme énergie
du CNRS et dans des programmes de recherche régionaux via les ARC énergie et environnement. 6
contrats étaient en cours avec des industriels.
Le budget de fonctionnement 2013 du LOCIE était de 400 k€ pour un budget consolidé de
2 801 k€. Les subventions d’état (CNRS et Université) apportent 40% des ressources de
fonctionnement laboratoire 77% de la masse salariale. Les projets ANR, les contrats industriels, et les
projets FUI représentant respectivement 42 %, 14% et 10 % des ressources. Les subventions de la
Région et des collectivités territoriales, de l’Ademe, participent au budget du laboratoire dans une
moindre mesure.
10% 3%
42%
14%
0%
23%
2% 6% SUBVENTION ETAT
BQR Université
ANR
Contrats industriels
Projets Région Rhône Alpes
FUI
Dotation CNRS
Ress. Propres CNRS
Répartition des crédits de l’unité

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En 2012, 23 articles ont été publiés par le laboratoire dans des revues internationales à comité de
lecture. 10 communications ont été réalisées dans des congrès internationaux avec actes. Le
laboratoire a aussi participé à 13 congrès nationaux ou internationaux sans actes. 7 thèses ont été
soutenues dont 6 en rapport avec les activités de l’INES (Xavier MOCH « Étude du comportement
d'échangeurs compacts enterrés dans le proche sous-sol et de leur couplage à des bâtiments à haute
efficacité énergétique », Yeweon KIM « Etude numérique et expérimentale d’une pompe à chaleur
thermoélectrique innovante basée sur une conception intégrée et la technique du jet impactant »,
Zakaria MOUKITE « En quoi l'ingénierie peut-elle être une clé de pilotage de projets d'audits, de
diagnostic du parc immobilier existant pour les décideurs maires des collectivités territoriales? »,
Xiaofeng GUO « Intensification des transferts dans un mini-échangeur multicanaux multifonctionnels »,
Pierre Balthazar LECHENE « Conception, caractérisation et durée de vie de cellules photovoltaïques
tandems » et Jeanne GOFFARD « Impact de la variabilité des données météorologiques sur une
maison basse consommation. Application des analyses de sensibilité pour des entrées temporelles
corrélées»).
Ressources humaines
Trois nouveaux enseignants-chercheurs ont intégré le LOCIE en 2013. Christian RUYER-QUIL,
professeur et membre de l’Institut Universitaire de France, Olivier PLE, professeur en génie-civil et
Simon ROUCHIER, maître de conférences en thermique énergétique viennent respectivement renforcer
les compétences de l’unité en modélisation sur l’intensification des transferts, en analyse du
comportement des structures, et en performance énergétique des bâtiments.
Evènements marquants
Le LOCIE a participé et co-organisé avec le CEA-LEB la conférence internationale « Building
Simulation 2013 » La 13ème conférence internationale d’IBPSA World (International Building
Performance Simulation Association) s'est déroulée avec un grand succès du 25 au 29 août en Savoie :
Aix-les-Bains, Chambéry et à l’Université de Savoie (www.bs2013.fr). Plus de 700 chercheurs et
ingénieurs, représentant les universités et les centres de recherche et développement de 45 pays, ont
présenté leurs travaux, et partagé leurs savoir-faire. Les journées ont été intenses, avec plus de 480
communications scientifiques présentées en 6 sessions parallèles, dédiées aux différents aspects de la
simulation énergétique dans le bâtiment. En plus de sujets traditionnels, tels que la validation des
modèles et des outils, représentations hygro-thermo-aérauliques du bâtiment, il convient de noter
l'intérêt croissant pour les problématiques liées au comportement de l'occupant du bâtiment et les
interactions usagers-bâtiment ainsi qu’à l’utilisation des méthodes d’analyse de sensibilité et
d’incertitude. Une autre thématique de plus en plus préoccupante: la modélisation et la gestion de
l'énergie à l'échelle du quartier.
Les 25 et 26 mars, se sont tenues, à l’initiative du LOCIE, les premières journées « Enjeux scientifiques
de la réhabilitation des bâtiments ». Elles ont réunies une quarantaine de chercheurs pour exposer les
recherches menées sur le sujet dans les différents organismes concernés (laboratoires universitaires :
CETHIL et LGCIE de Lyon, LaSIE de La Rochelle, LMDC de Toulouse, LaMI de Clermont-Ferrand ainsi
que CSTB, CETE, CEA-INES, IFFSTAR).Les tables rondes qui concluaient les ateliers ont permis de
rédiger une synthèse qui aidera à structurer les travaux pour les années à venir. Les journées se sont
achevées par la visite commentée par la maîtrise d’œuvre (cabinet Paris) d’un chantier de réhabilitation
en cours dans le cadre de la rénovation urbaine (projet ANRU) du quartier Franklin Roosevelt à Aix les
Bains.

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Visite à mi-parcours de l’Unité
Les tutelles (Université de Savoie et CNRS) ont visité le LOCIE à l’occasion du mi-parcours de l’Unité.
Le comité était composé de M.Y. PERRIN, DAS sections 10/4, A. DOLLET, DAS Energie, C.
ARGENTO, adjointe au délégué régional de la délégation Alpes du CNRS, D. VARASCHIN, de
l’Université de Savoie, R. KOSSAKOWSKIi, VP Recherche et K. HASSOUINI, Directeur Laboratoire
des sciences des procédés et des matériaux, UPR 3407 - PARIS 13. Le bilan des activités du
laboratoire, l’évolution de sa structuration et de son projet scientifique ont été présentées. Le comité a
pu apprécier la nouvelle dynamique du laboratoire et son effort continu de recentrage de ses activités
de recherches.
Relations avec les partenaires de l’INES
Partenariat avec le CEA
Le LOCIE a interagi avec trois laboratoires du CEA-INES en 2013 :
 le Laboratoire des systèmes Thermiques (LETh) : 3 codirections de thèse (thèse de A. GONDA
sur l’évaporation basse pression, thèse de X MOCH sur la Géothermie, et thèse de Amine
LAZRAK sur la caractérisation des performances énergétiques des systèmes thermiques
innovants pour le bâtiment au travers d'essais de courte durée en régime dynamique), 2 projets
communs dont 1 ANR (ANR Prossis 2 sur le stockage intersaisonnier), 1 projet industriel
(Contrat RYB).
 le Laboratoire Energétique du Bâtiment (LEB) : 4 codirections thèses (thèse de J GOFFARD sur
les incertitudes, thèse de Mickael RABOUILLE sur l’analyse multicritères pour la requalification
du bâti, thèse de Anna-Maria STEPHANIOU sur le développement d’un outil d’évaluation de la
performance énergétique des MEPOS et thèse de Guilian LEROUX sur l’analyse énergétique et
exergétique du potentiel de rafraichissement solaire par procédés ouverts de type dessicant
cooling et humidification directe et indirecte). 3 projets communs dont 2 projets ANR (ANR
Hygrobat sur l’humidité dans le bâtiment, ANR Fiabilité sur la fiabilité des prévisions des
performances énergétiques des bâtiments) et 1 projet FUI (FUI Parex.it sur l’isolation thermique
des bâtiments)).
 le Laboratoire des technologies pour les modules photovoltaïques (LMPV). 2 codirections de
thèse dans le cadre d’un projet APS (thèse de P.B. LECHENE et Guillaume SCHUCHARDT sur
le PV organique).
Partenariat avec le CSTB
LOCIE a essentiellement interagi avec les centres de Grenoble et de Sofia Antipolis. 2 codirections de
thèse (thèse de Clément BELLEUDY sur la modélisation des transferts d’air et leur impact sur le
comportement hygrométrique des bâtiments et thèse de Mathieu THOREL sur l’optimisation des
stratégies de réhabilitation énergétiques des bâtiments), 5 projets en commun dont 4 ANR (ANR
Fiabilité sur la (simulation thermique et énergétique des bâtiments, ANR Hygrobat sur la conception
hygro-thermique des bâtiments, ANR HUMIBATEX sur la prédiction des désordres causés par
l'humidité et les solutions techniques pour rénover le bâti existant, ANR MOBAIR sur la maîtrise des
transferts d’AIR et leur impact sur le comportement hygrothermique des Maisons à Ossature Bois) 1
projets FUI (FUI Parex.it sur l’isolation thermique des bâtiments).

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Relations internationales
Le LOCIE a accueilli le M Ian BEAUSOLEIL MORRISON de l’Université de Carlton, président de
l’association IPBSA World, en tant que professeur invité pour une durée de 2 mois pour travailler sur la
modélisation couplée des systèmes de stockage enterrés de chaleur sensible pour l’habitat. Les
laboratoires LET et LEB du CEA-INES sont associés à cet échange dans le cadre de l’INES. La venue
de Ian BEAUSOLEIL MORRISON s’inscrit également dans un contexte international particulier. En
effet, le campus du Bourget de Lac de L’Université de Savoie a été sélectionné par l’association
scientifique internationale IBPSA (International Building Simulation Association) pour accueillir son
prochain congrès international Building Simulation 2013 du 25 au 28 aout 2013.
Le laboratoire a également accueilli pour des séjours de plus courte durée les professeurs Ali
MESSABHIA et Karim DEHINA d’Algérie et le professeur CHALONGRAT de Thailande pour travailler
respectivement sur les problématiques de structure des bâtiments, de rafraîchissement en climats
chaud et de conversion d’énergie.
Marx CHHAY maître de conférence est parti 2 mois au Brésil dans le laboratoire SIEA en tant que
professeur invité pour travailler sur les machines à absorption ammoniaque/eau pour les applications de
rafraîchissement solaire. Amen AGBOSSOU, professeur, a participé au programme international
Franco-Thaïlandais PHC SIAM sur la récupération de micro-énergies. Clément BELLEUDY, doctorant,
est parti travailler 6 mois à l’Université de Concordia de Montréal sur les problématiques d’étanchéité à
l’air dans le cadre d’une bourse explora-doc.
Faits marquants
Conception, caractérisation et durée de vie de cellules photovoltaïques
organiques tandems à base de PCDTBT (thèse de Pierre, Balthazar
LECHÊNE)
Ce travail a été réalisé en collaboration entre les laboratoires LOCIE et LMPV du CEA Ines
Pour être viable économiquement, les cellules photovoltaïques organiques doivent dépasser 10 % de
rendement et atteindre plusieurs milliers d’heures de durée de vie. Les cellules tandems constituent une
voie probante d’augmentation des rendements. Ce travail de thèse a pour objectifs l’élaboration de
cellules organiques tandems puis l’étude de leur fonctionnement et de leur vieillissement. Dans un
premier temps, les paramètres gouvernant le rendement de cellules photovoltaïques organiques sont
examinés sur le modèle de cellules simples à base de PCDTBT. Des caractérisations s’appuyant sur la
spectroscopie d’impédance mettent en valeur le rôle joué par chacune des couches constitutives de la
cellule. Dans un deuxième temps, un protocole de fabrication des cellules tandems connectées en série
est établi. Celui-ci traite successivement les trois points critiques pour l’efficacité des tandems : choix
des polymères aux absorptions complémentaires, puis mise au point de la couche intermédiaire (CI) et
enfin optimisation des épaisseurs. Une attention particulière est portée au fonctionnement de la CI.
Pour optimiser les épaisseurs, un programme de simulation des phénomènes optiques est élaboré et
ses prédictions comparées aux résultats expérimentaux. Enfin, le vieillissement des cellules simples et
tandems est étudié sur des temps de plusieurs centaines ou milliers d’heures. Les diminutions de
performances observées sont liées à la dégradation des couches d’interface tandis que la couche
active semble stable. Les cellules tandems organiques présentent un fort potentiel pour l’obtention de
rendements élevés et stables dans le temps.

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Cellules simples avant évaporation de la
cathode d’aluminium. A gauche, P2, à droite,
PCDTBT
Caractéristiques d’une cellule tandem fraîche et
vieillie 20 heures sous illumination
Intensification des transferts dans un mini-échangeur multicanaux
multifonctionnel (Thèse de Xiaofeng GUO)
Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, et l’optimisation d’un mini-
échangeur multicanaux multifonctionnel qui peuvent être mis en œuvre dans le cadre de petites
installations énergétiques. Une conception originale d’échangeur multifonctionnel, avec une géométrie
interne multi-échelle, a été proposée dans un brevet (Module de circulation de fluide, FR 10 03054,
WO/2012/010620).
Les échangeurs étudiés durant cette thèse sont de conception multifonctionnelle, ils intègrent les
fonctions d’échangeur de chaleur, de distributeur et de collecteur de fluide, de réacteurs tubulaires en
parallèles et de mélangeur. Le travail a porté sur la compréhension des phénomènes régissant le
mélange, et la distribution de temps de séjour (DTS) tout en prenant en compte l’importance des
phénomènes thermiques et du point de vue transfert de chaleur global. La double approche
expérimentale et numérique a permis de mettre en évidence et d’expliquer le fonctionnement particulier
de ce nouveau type d’échangeur. Pour ce faire des structures tubulaires arborescentes permettant de
répartir ou de réunir les fluides dans des canaux en parallèle ont été étudiées à l’aide de la simulation
CFD, fabriquée par stéréo lithographié et étudiée expérimentalement.
Les résultats obtenus montrent les bénéfices de ce système intégré avec sa distribution homogène des
fluides, son mélange rapide, ses transferts intensifiés, ses faibles pertes de charge et sa capacité de la
gestion thermique d’une réaction chimique. Les méthodes de caractérisations utilisées ou développées
dans ce travail, qu’il s’agisse de la modélisation et de l’expérimentation, peuvent être appliquées pour
d’autres équipements similaires.