Laboratoire Virtuel de Systèmes Energétiques Solaires

1. Description du travail proposé

Mon travail était intégré au sein d’un vaste projet ayant pour but de créer un laboratoire virtuel.

1.1. Contexte du sujet

Le projet Laboratoire Virtuel est l’un des axes stratégiques prioritaires du CSTB piloté par la direction Recherche et Développement. Commencé en 1999, il doit s’achever en 2004. Doté d’un budget d’environ 840 k€/an, il met en relation toutes les équipes de recherches du CSTB et vise toutes les grandes disciplines de l’ingénierie de la construction : acoustique, hydrique, mécanique, thermique (génie climatique et ingénierie du feu) mécanique des fluides, automatisme et bien sûr l’informatique et la physique des matériaux. Il concerne aussi bien la sécurité des structures (stabilité, résistance mécanique et résistance au feu) que le second œuvre (l’enveloppe en particulier) et les équipements.

Ce laboratoire doit permettre la modélisation et l’analyse, sans expérimentation lourde et de façon multidisciplinaire, du comportement probable et des performances en œuvre de composants et d’ouvrages de bâtiment. Il doit ouvrir la voie à des méthodes rapides d’évaluation des performances de ces composants et précèdera efficacement en terme de coûts et de délais des expérimentations de confirmation. Il permet de faire des essais « à coup sûr ». Ces expérimentations pourront elles-mêmes être conçues plus précisément pour caler les modèles et vérifier les points critiques. Leurs résultats associés à la simulation virtuelle permettront des analyses de variantes, la simulation étant une voie privilégiée pour les études de sensibilité à différents paramètres identifiés.

Le laboratoire virtuel n’a pas pour vocation de se substituer de manière systématique et intégrale aux essais physiques et en particulier aux essais normalisés ou codifiés par un règlement de certification par exemple. Il est avant tout un outil destiné à réduire le « time to market ». Il peut arriver que l’approche simulation numérique soit retenue au niveau européen en remplacement ou en complément d’essais physiques et dans ce cas, le CSTB se doit d’être prêt à développer de nouveaux outils de simulation.

Le laboratoire virtuel est également un outil particulièrement performant pour la prédiction de comportement pathologique d’ouvrages sous sollicitations multiples (mécanique, thermique, hydrique, hautes pressions, incendie ou gel, …).

Enfin, il arrive que le laboratoire virtuel soit l’unique voie pour l’évaluation des performances de composants d’ouvrages. C’est le cas lorsque le banc physique n’existe pas, pour des raisons de géométrie des maquettes à essayer, de coûts ou de limites scientifiques ou technologiques.

1.2. Travail proposé

Dans ce vaste projet de laboratoire virtuel, j’avais en charge de développer une application pour la simulation thermique d’un bâtiment. Cet outil devait permettre de décrire un bâtiment. C’est à dire que l’utilisateur devait pouvoir saisir les parois du bâtiment avec les différentes couches de matériaux les constituant. Cette saisie devait être le plus convivial possible. Bien sur, l’application devait pouvoir sauvegarder et charger des fichiers bâtiment. A partir de cette description du bâtiment, l’application devait pouvoir lancer plusieurs modules de calcul pour transformer le batiment sous forme mathématique. De plus, tous les utilisateurs devaient avoir la possibilité de rajouter ou de modifier des modules de calcul sans devoir recompiler toute l’application. Deux de ces modules de calcul étaient à implémenter lors de mon stage. Enfin, le langage Visual Basic était imposé pour les modules de calcul. En effet, les diffèrent modules doivent être modifiable par des utilisateurs non-informaticien et comme, plusieurs personnes connaissaient déjà ce langage, ce choix s’imposait.

Les WebServices permettent de faire communiquer deux sous-systèmes d'architectures semblables ou différentes de manière standard dans le but d'échanger des services ou traitements applicatifs.

Pour permettre le choix des matériaux, une base de données avait été mise en place lors d’un précédent projet. Objectif est de pouvoir se référer à des valeurs communes à l’ensemble du CSTB, recensées et capitalisées dans une base de données. Le second aspect est la possibilité de pouvoir faire évoluer un modèle en fonction des nouveaux matériaux disponibles, ou mettre à jour un modèle en fonction de l’évolution de la Réglementation Thermique. Enfin, l’objectif à terme, est l’utilisation de données qui pourront être certifiées pour assurer la précision des calculs menés au sein du laboratoire. Cette base de données est en faite un ensemble de plusieurs bases de données de matériaux utilisés par d’autres applications. Pour permettre d’accéder de façon plus facile et pour unifier toutes ces bases, un serveur Web Services avait été mis en place avec une structure de données unifiées pour toutes les bases. Mais celle-ci souffrait de quelques problèmes de conception, mon travail était aussi de trouver une meilleure structure de données permettant, par exemple, de représenter tous ces matériaux sous forme hiérarchique.

Concernant l’application, une librairie permettant l’accès au serveur devait être mise en place pour plusieurs raisons. La première est que d’autres applications dans le futur auront le besoin d’accéder à cette base de données. La librairie permettra d’éviter la réécriture de l’accès au Web Services et de permettre une meilleure maintenance en cas de modification du serveur Web Services. La seconde est que les bases de données matériaux devaient pouvoir être accessibles tout le temps même en cas de déconnection. La librairie devait gérer la sauvegarde locale et la mise à jour des bases de données.

Pour garder l’homogénéité des applications dévéloppé au C.S.T.B., tous les programmes devaient être développés sous Microsoft Visual .NET avec le langage C# .NET à l’exception des modules de calcul pour les raisons décrites précédemment.

En résumer, mon travail consistait à écrire une librairie facilitant l’accès au Web Services et ayant une gestion de sauvegarde locale de la base de données pour une utilisation en mode déconnecté. Après l’écriture de la librairie, je devais développer une application permettant de saisir le plus facilement possible un bâtiment. Cette application devait gérer des modules de calcul que l’utilisateur peut ajouter sans modifier l’application. Enfin, je devais trouver une meilleure structure de données pour représenter les matériaux.

Introduction Travail réalisé