L'Agence nationale de la recherche Des projets pour la science

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Villes et Bâtiments Durables (VBD)
Edition 2013


OMEGA


Outils MEthodologiques pour la GArantie de performance énergétique

Laboratoire Virtuel fondé sur la co-simulation pour l'évaluation des performances de l'ERTMS prenant en compte le système de com sans fil avec OPNET
Laboratoire Virtuel qui inclut la modélisation des aléas du système de télécommunication sans fil, le GSM-R, avec OPNET dans l'évaluation des performances de scenarios issus du simulateur ERTMS

Développement d'un laboratoire virtuel fondé sur la co-simulation entre les simulateurs ERTMS et OPNET pour évaluer les performances de scenarios ERTMS
Le déploiement de l'European Rail Traffic Management System (ERTMS) en Europe sera obligatoire sur la plupart des lignes ferroviaires grande vitesse en Europe. Cependant, le processus sera long et coûteux. L'industrie a besoin de mises en service plus rapides et de réduire les coûts afin d'obtenir rapidement les certifications et autorisations nécessaires à la mise en service des équipements. De nouveaux outils de tests automatiques en laboratoire pour la validation de l'European Train Control System (ETCS) pourront accélérer le processus. L'objectif du projet VEGAS était de contribuer au développement des briques nécessaires à la construction d'un laboratoire virtuel qui modélise à la fois le sous-système fonctionnel (ETCS) et le sous-système de télécommunication (GSM-R) de l'ERTMS. Nous avons formalisé et développé un protocole qui détermine comment le fonctionnement d'un sous-système qui affecte le fonctionnement de l'autre sous-système peut être pris en compte dans le laboratoire virtuel. Ainsi, les conséquences des problèmes liés aux aléas de la propagation radio, la charge du réseau et les interférences électromagnétiques peuvent être pris en compte dans l'évaluation des composants de l'ERTMS. En outre, le GSM-R devra évoluer vers de nouvelles technologies émergentes telles que le LTE (4G Long Term Evolution) ou la 5G. Cette plate-forme permettra l'évaluation de des futures technologies dans le cadre de scenarios ERTMS scenarios avant des tests en vraie grandeur très couteux, apportant une aide réelle aux chercheurs et à l'industrie dans les projets pour les futurs systèmes ferroviaires.

Une approche de co-simulation pour connecter un simulateur de trafic ERTMS et le simulateur OPNET pour réaliser un seul outil
L'idée clef de la méthodologie mise en œuvre dans le projet VEGAS repose sur le développement d'une approche de co-simulation qui s'appuie sur deux outils existants: un simulateur de trafic ERTMS développé par ERSA France qui simule le sous-système fonctionnel et le simulateur à évènements discrets OPNET dans lequel des modèles de système de télécommunication sans fil ont été développés. Un modèle de réseau GSM-R est dérivé du modèle OPNET de Time Division Multiple Access (TDMA). Comme le simulateur ERTMS ne peut pas être stoppé en cours d'exécution d'un scénario, le gestionnaire de co-simulation développé dans le projet VEGAS s'appuie sur le scénario en cours pour contrôler les évènements simulés par OPNET. Un module de co-simulation générique a été développé afin de transformé n'importe quel nœud du modèle de télécommunication dans OPNET en un nœud contrôlé par son modèle correspondant dans le simulateur ERTMS. le protocole de co-simulation détermine les conditions qui permettent une co-simulation «on-line« et le gestionnaire de la co-simulation est capable de les vérifier pendant la simulation. Quand la co-simulation «on-line« n'est pas possible, le protocole définit comment les évènements peuvent être sauvegardé pour une co-simulation «off-line«. En outre, la co-simulation «off-line« est aussi en mesure d'utiliser les traces réelles des échanges de messages ERTMS enregistrées dans un scenario réel au lieu de celles générées par un scenario fonctionnel simulé. Le projet VEGAS était un projet de recherche coordonné par M. Berbineau de l'IFSTTAR. Les partenaires sont ERSA et ULCO. Le projet a démarré le 01/10/2012 et s'est terminé le 31/05/2016. La subvention ANR était de 423 421 € pour un coût total de 1 397 732.32 €.

Résultats

La production scientifique dans le projet: une revue internationale à comité de lecture, un chapitre de livre, deux conférences internationales à comité de lecture et actes. La plate-forme de co-simulation développée sera utilisée et modifiée dans le projet européen X2RAIL-1 dans le cadre de la JU Shift2rail, dans le WP qui traite du «Virtual Testing«. Nous utiliserons aussi la plate-forme de co-simulation dans le projet H2020 Safe4rail également dans le contexte de Shift2rail pour le programme d'Innovation 1. Dans ce projet l'Ifstta coopèreré avec un laboratoire de DTU (Danemark). l'ojectif sera aussi de connecter des éléments réels à la plate-forme.

Perspectives

Les nouvelles recherches à mener portent sur plusieurs points. (i) augmenter le nombre de trains dans les scenarios. Cet aspect dépend éssentiellement du simulateur ERSA. (ii) améliorer la modélisation du système de télécommunication et surtout la modélisation de la partie modèle de propagation et prise en compte des aléas extérieurs tels que les interférences volontaires ou non.

Productions scientifiques et brevets

Le projet a été valorisé grâce à des publications en conférences et des articles de journaux. La plate-forme de co-simulation développée dans le projet VEGAS ouvre la voie pour le développement de différentes approches de co-simulation qui favorisent le développement de laboratoirs virtuels.

Partenaires

ARMINES CES ARMINES Centre Efficacité énergétique des Systèmes de Mines ParisTech

 AXIMA CONCEPT

CETE ouest Centre d'Etudes TEchnqiue de l'ouest

CSTB Centre Scientifique et Technique du Batiment

INPG INP Grenoble

I2M Institut de Mécanique et Ingéniérie Bordeaux

LASQUO LAboratoire en Sûreté de fonctionnement, QUalité et Organisation

Aide de l'ANR 934 251 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2014 - 42 mois

Résumé de soumission

Les objectifs ambitieux de réduction des consommations d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre portés par les Grenelles de l’environnement imposent la généralisation rapide des bâtiments à hautes performances énergétiques à la fois pour le parc de bâtiments neufs et existants. Cette mutation profonde déjà engagée se traduit par le passage d’une exigence de moyens en phase de conception du bâtiment à une exigence de résultats tout au long de la vie du bâtiment. Les attentes en terme de garantie de performance énergétique sont par conséquent fortes. Il s’agit de sécuriser l’ensemble de la filière en garantissant à l’utilisateur final du bâtiment une consommation d’énergie annuelle réelle maitrisée dans des conditions normales d’utilisation du bâtiment.

Dans ce contexte, le projet OMEGA s’intéresse à la question de la garantie des performances énergétiques réelles des bâtiments construits ou réhabilités selon des objectifs de très basse consommation énergétique. Le projet propose d’apporter des outils méthodologiques innovants permettant d’appréhender, anticiper et maitriser les risques associés à la mise en place d’une garantie de performance. Le projet propose plus particulièrement d’apporter des solutions permettant d’accompagner le processus de garantie des performances depuis la phase de conception jusqu’à l’exploitation du bâtiment.

En phase de conception il s'agit de proposer des outils méthodologiques permettant, via des méthodes d'analyse de sensibilité (méthode de Sobol) et d'incertitudes (Méthode de Monte Carlo et polynômes de chaos), d’identifier les paramètres les plus influents, de formaliser la cible de la garantie de performance énergétique sur laquelle un engagement contractuel pourra être construit ainsi que le niveau de confiance associé. Le projet proposera de plus des méthodes pour prévoir la mise en place d’un plan de mesure et de vérification adapté, aussi précis que possible dans la limite du budget alloué, pour permettre le suivi des performances effectives. L’identification des paramètres les plus influents sera de plus utilisée en vue de l’enrichissement des modèles par des données expérimentales pour l’aide au suivi des performances en exploitation. Dans le cadre de ces travaux, des outils de simulation seront développés afin d’intégrer dans la prévision l’impact de la future activité des usagers du bâtiment (modèles statistiques).

En phase d'exploitation il s'agit de suivre les performances énergétiques effectives afin de juger de la validité de l’engagement formulé et de les maintenir dans le temps. OMEGA propose pour cela à la fois des méthodes de détection de défaut et de dérive (réseaux bayésiens et modèles physiques) permettant de distinguer les dérives de fonctionnement des équipements des dérives liées au comportement des occupants et des outils de visualisation métiers permettant de suivre de manière opérationnelle les performances en service. Ce travail s’accompagnera en particulier du développement de capteurs virtuels destinés à apprécier l’activité humaine en exploitation et le développement d’IHM pour les occupants et les exploitants permettant d'évaluer la qualité des usages du bâtiment.

Les développements scientifiques du projet seront alimentés par des retours terrains et les méthodes seront expérimentées et évaluées sur site en situation de garantie de performance simulée.

 

Programme ANR : Villes et Bâtiments Durables (VBD) 2013

Référence projet : ANR-13-VBDU-0006

Coordinateur du projet :
Madame stephanie DEROUINEAU (Centre Scientifique et Technique du Batiment)
stephanie.derouineau@nullcstb.fr

Site internet du projet : http://vegas.ifsttar.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.