“Smart buildings” integrated in “smart grids”: A key challenge for the energy transition by using physical models and optimization with a “human-in-the-loop” approach

L'enjeu du XXIe siècle est de faire décroître la consommation des énergies fossiles au profit des énergies renouvelables sous la pression climatique. Ce papier montre que les bâtiments intelligents (smart buildings), intégrés dans des réseaux intelligents (smart grids), peuvent significativement contribuer à cet objectif. En effet, les bâtiments sont, d'une part, les plus grands consommateurs d'énergie dans le réseau électrique et pourraient devenir l'un des plus grands producteurs d'énergie renouvelable, en particulier grâce au concept de bâtiment à énergie positive, et ceci en offrant dans le même temps un important gisement de « flexibilité » en demande énergétique. C'est pourquoi cet article se focalise sur des méthodologies utilisant des modèles physiques et l'optimisation pour une conception et une supervision « intelligentes », afin de valoriser les propriétés énergétiques de ces bâtiments et contribuer ainsi au concept de smart building intégré dans des smart grids : nous donnerons un aperçu des méthodes mathématiques d'optimisation utilisées et des types de modèles physiques que nous avons développés au cours d'une recherche qui s'est déroulée sur plus de dix ans, de manière à proposer ainsi des approches logicielles dédiées à ces smart buildings intégrés à des smart grids. Nous détaillerons aussi notre stratégie globale de recherche pour améliorer ce type de logiciel « intelligent », par une approche dite « humain dans la boucle » (human in the loop), dans laquelle nous considérons qu'il n'y aura pas de « bâtiments intelligents » sans « utilisateurs intelligents ». Ceci implique une recherche interdisciplinaire complexe, que nous développons dans un living lab dans lequel les usagers sont impliqués comme consom'acteurs (pro'sumers), c'est-à-dire comme concepteurs et usagers actifs.