Projet ANR-10-HABI-0009 – PLUMES : Plateforme Logicielle Unifiée de Modélisation pour l'Efficacité énergétique du bâtiment et de ses Systèmes
Programme : Habitat Intelligent et Solaire Photovoltaïque  (HABISOL)
Année de financement : 2010
Coordinateur du projet : Monsieur Sylvain Robert (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES)
Partenaires : Centre scientifique et technique du bâtiment; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives; ELECTRICITE DE FRANCE; Laboratoire G-Scop; Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble
Montant : 850382.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : PLUMES : une plateforme logicielle unifiée pour l’optimisation de l’efficacité énergétique des bâtimentsPLUMES souhaite apporter une réponse décisive à la question de interopérabilité des outils de modélisation et simulation du bâtiment, et de leur connexion aux autres outils du cycle de vie, en fournissant un cadre méthodologique et une plateforme logicielle unifiée permettant la réutilisation, la capitalisation et le partage des modèles.
Assurer l’interopérabilité en modélisation dans le domaine du bâtimentLa modélisation et la simulation numérique contribuent aux progrès visant à tendre systématiquement vers des bâtiments basse consommation ou à énergie positive et deviennent plus que jamais des outils indispensables dans toutes les phases de conception.Elles permettent de prévoir le comportement énergétique d’un bâtiment en vue d’optimiser les choix de construction. De nombreux logiciels très performants ont été développés durant les trente dernières années, mais la quête de meilleures performances énergétiques appelle aujourd’hui à de nouveaux progrès de ces logiciels, non seulement en termes de précision et de fiabilité, mais également en termes d'interopérabilité et de capitalisation des connaissances. En effet, l’évolution des méthodes de travail et en particulier l’organisation en travail collaboratif implique le développement d’un certain nombre d’outils-support logicielsperformants en matière de partage et de capitalisation de modèles. En pleine adéquation avec ce constat, l’enjeu du projet PLUMES est de faire émerger une base de modèles solide et commune pour les outils de conception et d’évaluation des bâtiments à très basse consommation d’énergie et à énergie positive : Bâtiments neufs et réhabilités, maisons individuelles, immeubles collectifs d’habitation et bâtiments tertiaires.
Vers une normalisation des composants de modélisationInteropérabilité et capitalisation des modèles sont les maitres mots du projet. L’objectif du projet est de structurer cette interopérabilité sur deux aspects fondamentaux de la modélisation de bâtiments : la modélisation structurelle architecturale et la modélisation comportementale (lois de comportements des matériaux, produits et structures …). La modélisation structurelle sera portée par les BIM / IFC (format standard de la maquette numérique du bâtiment) dont la norme et les outils l’exploitant commencent à être bien établis. On s’intéresse donc dans PLUMES principalement à la modélisation comportementale et l’objectif principal du projet est de développer une norme de composant pour assurer l’interopérabilité des modèles. Cette norme de composant décrit les interfaces que doit présenter tout composant de modélisation s’y conformant, et permet donc, moyennant la réalisation d’un outillage approprié, de réutiliser et assembler les composants. Cette norme est appelée MUSE – MUSE signifiant Modèle Unifiée pour les Systèmes Energétiques des bâtiments. Le but du projet est de bâtir une plateforme logicielle autour de cette norme de composant, permettant à terme d’en généraliser l’usage : générateurs de composants et d’assemblages de composants, traducteurs, méthodes et outils de développement. Puis, de réaliser et mettre à disposition une première bibliothèque de composants de modélisation MUSE à travers la plateforme web de partage également livrée dans le cadre du projet.
Résumé de la soumission : Les enjeux liés à l'économie d'énergie et la place importante du secteur de la construction et du Bâtiment dans ces derniers ne sont plus à présenter. Améliorer les performances énergétiques du bâtiment impose non seulement de travailler sur les enveloppes, mais également de fournir des supports de travail performants et fiables aux acteurs de la filière pour tout ce qui concerne la modélisation et la simulation (la bonne prise en compte des aspects énergétiques dans le cycle de vie en dépend). Les outils logiciels proposés sur ce segment sont nombreux, et pour beaucoup fournissent déjà des résultats de grande qualité. S'il est nécessaire de chercher à encore les améliorer, il faut aussi noter que les enjeux ne se situent pas seulement au niveau de la fiabilité et de la précision des outils, mais également au niveau de leur interopérabilité et de leur connexion aux autres outils du cycle de vie du bâtiment. Ces deux aspects sont en effet cruciaux pour la généralisation de l'utilisation des outils de modélisation et pour l'obtention du gain global sur les performances énergétiques qui en découlerait. A cette fin, le projet PLUMES se propose de fournir:- Une approche de modélisation unifiée, indépendante de tout outil ou format de modélisation et du métier ciblé,- complétée d'une plateforme logicielle aisée à coupler avec les outils du cycle de vie du bâtiment (et tout particulièrement avec les outils de CAO),- s'appuyant sur l'offre existante en modélisation/simulation.Le projet s'inscrit pleinement dans le sous-thème 1.4 ("Modélisation et outils d'aide à la conception") de l'axe thématique 1 ("Approches systèmes") de l'appel à projet Habisol 2010, qui stipule explicitement la nécessité de traiter la question de l'interopérabilité: "Il s’agit aussi d’assurer l’interopérabilité  (formats  de  données  standards…) entre outils spécialisés dans différents domaines afin de proposer des solutions complètement intégrées."Sur le plan scientifique et technique, interopérabilité et capitalisation des modèles sont les maitres mots du projet. L’objectif principal du projet sera de développer une norme de composants de modélisation du bâtiment et de ses systèmes, interopérables, adressant plusieurs physiques, et pouvant s'exécuter sur différentes plateformes de simulation. Cette norme, appelée MUSE – MUSE signifiant Modèle Unifié pour les Systèmes Energétiques des bâtiments –, aura les caractéristiques suivantes:- Interopérabilité : l’interopérabilité du composant Muse sera assurée par un niveau de « langage neutre », à partir duquel les composants exécutables seront générés;- Multi-physique : les composants MUSE permettront de traiter l’ensemble des « physiques » au sens large intervenant dans la modélisation d’un bâtiment. Dans le cadre du projet, on traitera en particulier la thermique, l’électrique, le contrôle-commande et on y intégrera la possibilité de modéliser les usages, ainsi que des aspects financiers (coûts d’investissements, coûts d’utilisation). Les composants seront extensibles vers d’autres physiques, non traitées a priori dans le cadre du projet (éclairage, aéraulique ….)- Multi-métiers : Un composant MUSE pourra intégrer plusieurs modèle permettant de traiter différents métiers : simulation, dimensionnement, pilotage, diagnostic, etc.Le but de PLUMES sera donc de bâtir, à partir de cette norme MUSE, les éléments d'une plateforme logicielle unifiée pour la modélisation du bâtiment et de ses systèmes. Cette plateforme fournira l'ensemble des éléments logiciels permettant de créer et générer des composants MUSE, et de les exécuter dans des environnements cibles variés (TRNSYS, MODELICA, G-Home Tech sont envisagés dans le cadre du projet). Egalement, des modules de connexion entre les composants MUSE et la maquette numérique (format standard IFC) seront fournis. Un premier ensemble de composants MUSE développés dans le cadre du projet permettront de valider l'approche dans sa globalité.
Résultats : • Norme de composant MUSE : les spécifications complètes du modèle de composant interopérable multi-métier, multi-physique, avec en particulier une API standard.
• Des outils-support pour la construction et l'assemblage de composants MUSE. En particulier, un éditeur dédié sera fourni, ainsi que des générateurs automatiques.
• Des modules logiciels pour la connexion entre la plateforme MUSE et la maquette numérique IFC.
• Une première bibliothèque de composants MUSE
• Des modules logiciels permettant d'exécuter des composants MUSE dans des environnements cibles divers
• Une plateforme web de partage et capitalisation de modèles
Perspectives : A court terme : émergence d’une communauté de modélisateurs multi-métiers dans le domaine du bâtiment ; généralisation du partage et de la réutilisation de modèles
A moyen / long terme : émergence, sur la base des réalisations du projet, d’un marché des composants de modélisation pour l’énergétique du bâtiment.
Publications et brevets : • Un premier module logiciel de la plateforme PLUMES, permettant de générer des composants MUSE à partir de modèles Modelica a été développé et livré. Voir: F. Verdière, A. Rezgui, S. Gaaloul, B. Delinchant, L. Gerbaud, F. Wurtz  and X. Brunotte, «Modelica models translation into Java components for optimization and DAE solving using automatic differentiation«, IEEE UKSim2012, 14th International Conference on Computer Modelling and Simulation, 28 - 30 March 2012, Cambridge, UK. pp.340-344.
• Une analyse de la norme IFC a été menée. Des extensions de la norme ont été définies. Voir: S. Robert, B. Hilaire, P. Sette, S. Soubra, Paving the way for exhaustive and seamless BIM-based building energy simulation, CIB 2012
• Définition de la norme MUSE et applications en lien. Voir: B.Delinchant, F. Wurtz, S. Ploix, X. Brunotte, MUSE: towards a standard for interoperability of multi-purpose building models, Building Simulation 2013.