[PDF] Méthodologie et outils pour la conception dun habitat intelligent

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Université Joseph Fourier / Université Pierre Mendès France / Université Stendhal / Université de Savoie / Grenoble INP

THÈSE Pour obtenir le grade de

Spécialité : Informatique

Arrêté ministériel : 7 août 2006

Présentée par

Mathieu GALLISSOT

Thèse dirigée par Jean CAELEN

préparée au sein du et de l'École Doctorale Mathématiques, Sciences et

Technologies

Modéliser le concept de confort

: du multisensoriel au comportement

Thèse soutenue publiquement le

26 Avril 2012

devant le jury composé de :

M. Norbert NOURY

M. Eric CAMPO

M. Christophe KOLSKI

Mme. Joëlle COUTAZ

Professeur à l'Université Joseph Fourier, Présidente

M. Claude MATINAL

Fondateur de SIRLAN Technologies, Invité

M. Jean CAELEN

Directeur de Recherches CNRS, Directeur de Thèse iii

Résumé

La notion de confort dans les habitats est une problématique majeure pour résoudre des

problèmes écologiques (consommation et émissions des bâtiments), économiques (réduction de

i définissent le développement durable. Cependant, cette notion de confort est complexe, par le nombre de Notre étude vise à modéliser cette notion de confort dans

modèles. Notre approche du bâtiment intelligent nous a permis de définir un cadre

communicants qui composent un habitat : hétérogénéité des applications, des protocoles de

communication, de savoir- une plate- n : la plateforme Domus. Ainsi, en reconstituant un une forte densité -forme rche : définissant ainsi une nouvelle approche du confort : le confort adaptatif. Dans nos travaux, nous avons voulu nous intéresser au confort multisensoriel. Celui-ci permet agrémentent un e théorique de ces effets multisensoriels. , dans la plateforme Domus et les résultats de nos évaluations expérimentales, en seconde partie, sur le confort " confort-mètre des habitants. v

Abstract

The notion of comfort in homes is a major problem to solve environmental problems (consumption and emissions of buildings), economic (reduction of operating costs) and social (maintenance and home care) that define sustainable development. However, this notion of comfort is complicated by the number of parameters that integrates both human (perception) and physical (measurement) parameters. Our study aims to model the concept of comfort in a smart home. Smart homes emerged in the early 2000s, and are positioned as heir to home automation, benefiting from technological advances illustrated by ubiquitous computing and artificial intelligence, ambient intelligence concepts formants. The first part of this study was to define habitat intelligent, formalizing the gains (home automation) and research issues, in terms of knowledge representation by the models. Our approach to intelligent building allowed us to define a framework for interoperability: a middleware able to focus and control the parameters of an environment. This interoperability is required by the heterogeneity of communicating objects that make up a habitat: heterogeneity of applications, communication protocols, know- how and practices. This first part of the study allowed us to instrument an experimental platform: the platform Domus. Thus, by restoring an apartment, and by providing it with smart objects, we could implement, through interoperability, an intelligent environment, environment characterized by high information density and capacity reaction. The realization of this platform is needed to address various topics related to housing, such as comfort. Indeed, ambient intelligence brings a new dimension in this research framework: ubiquity. The increasing density of sensors allows us to collect more information, not only the environment but also on the user and its behavior, thus defining a new approach to comfort: Adaptive comfort. Most of the work focusing on thermal comfort, we are interested in multi-sensory comfort. This allows one hand to take into account all the parameters that enhances an environment (air, sound, sight) but also allows our attention to cross-sensory effects that can induce these terms on the occupier. For example, it is suspected the temperature light (red light / heat, light blue / cold) to affect the perception of heat. Experiments have shown the practical approach and the theoretical approach of multi-sensory effects. The results of this study will be led to participate in the definition of "comfortmeter", a tool to sense comfort for both habitat and the inhabitant. vii

Remerciements

Je remercie messieurs Norbert NOURY et Eric CAMPO qui ont bien voulu rapporter mes travaux. Je remercie également Mme Joëlle COUTAZ et M Christophe KOLSKI de bien avoir voulu

êtres membres du jury.

is leur volonté de la remercier, ces deux personnes qui ont autant compté que mes encadrants : Olivier GANDIT et

Brigitte MEILLON.

Je remercie Sybille CAFFIAU, et, par la même occasion, le service de fournitures

bureautiques du Laboratoire. La première pour avoir passé un temps précieux à la relecture de

-ci. Le second, pour avoir

fourni à la première la quantité nécessaire de stylos rouges que les commentaires impliquaient.

Je remercie par la même occasion Francis JAMBON, qui au sein de ce manuscrit. ulier Nicolas, éternel complice. Quand on écrit une thèse, on peut se demander comment en est-on arrivé là. Atypisme serait le mot sans doute approprié dans mon cas. La domotique est un projet de carrière de a priori aucun chemin tracé pour un pré- domaine. Je me dois donc de remercier toutes les personnes, qui pendant mon parcours, ont su

à Françoise MARCADET,

Antonio FREITAS, Angus BROWN, Tony MILLER, John AMBROSE, James MULLEN, Mark

ROBERTSON et Patrice BARBEL.

taines parties de ces travaux. Je tiens en particulier à remercier Marc FLEURY, Eric DUCROS, Stéphane DAVID, Jean-Pierre CHARDON, Jacques ISIDOR,

Christian CARRICART et Guy BOURNERIE.

sous la forme " Et

ton système, il pourra faire ceci ou cela ? ». Ils connaissent la réponse. Et bien que la question ait

été souvent malvenue (mais toujours préférable à la classique " Et alors, ta thèse, ça avance ? »),

e les attentes des habitants envers leurs habitats. Non

seulement les attentes, mais aussi leur relations avec ce lieu particulier, leur réticences face à la

technologie, et parfois, leur soif de connaissance (disons au moins curiosité) vis-à-vis des faces

cachées de la " science du bâti - de leur répondre un jour " oui, mon système peut faire ça ». ix

Sommaire

Résumé ........................................................................................................................................... iii

Abstract ............................................................................................................................................ v

Remerciements .............................................................................................................................. vii

Sommaire ........................................................................................................................................ ix

Table des figures ........................................................................................................................... xiii

Liste des tableaux ......................................................................................................................... xvii

1 Introduction Générale .............................................................................................................. 1

1.1 Problème ............................................................................................................................... 1

1.2 Approche ............................................................................................................................... 1

1.3 Organisation du mémoire ..................................................................................................... 2

PARTIE 1 ENT (POINT DE VUE TECHNIQUE) ............... 3

2 ..................................................................................... 5

2.1 La domotique ........................................................................................................................ 7

2.1.1 -ce que la domotique ? ........................................................................................... 8

2.1.2 .................................................................................................... 10

2.2 ....................................................................................................... 12

2.2.1 ................................................................... 12

2.2.2 ............................................................................. 15

2.3 ............................................................................................................. 17

2.3.1 - ? .......................................................................... 18

2.3.2 Les maisons intelligentes existantes ............................................................................... 19

2.4 ......................................................................................... 32

3 ........................................................................ 33

3.1 .................................................................................... 35

3.1.1 Les objets du bâtiment ................................................................................................... 35

3.1.2 Les objets blancs ............................................................................................................. 37

3.1.3 Les objets bruns et gris ................................................................................................... 37

3.1.4 Synthèse sur les objets fonctionnels ............................................................................... 38

3.2 ................................................................................... 39

3.2.1 - ? ................................................................................. 39

3.2.2 .................................. 41

3.2.3 Perception des objets .................................................... 45

3.3 Discussion : problèmes de divergences ............................................................................... 48

3.3.1 ........................................................................................... 49

3.3.2 Divergences Objet à Service............................................................................................ 50

3.3.3 Le besoin de convergence ............................................................................................... 51

4 ........................................................................................................... 53

4.1 ................................................................................................ 55

4.1.1 Interopérabilité et compatibilité..................................................................................... 55

4.1.2 .......................................................... 57

4.1.3 Exemple fil rouge : la lampe variée ................................................................................. 58

x

4.2 ............................................ 62

4.2.1 Ingénierie dirigée par les modèles (IDM) ........................................................................ 63

4.2.2 Intergiciel ........................................................................................................................ 63

4.2.3 Les passerelles de service ............................................................................................... 64

4.3 ............................................ 66

4.3.1 Méthodologie et démarche ............................................................................................ 66

4.3.2 Le langage pivot : KNX ..................................................................................................... 67

4.3.3 Architecture .................................................................................................................... 72

4.4 .................................................................................................... 74

4.5 Synthèse .............................................................................................................................. 76

5 ............................................................................... 77

5.1 .............................................................. 79

5.1.1 La plateforme expérimentale LIG/MultiCom .................................................................. 79

5.1.2 .................................................................................................... 80

5.1.3 ....................................................................................... 83

5.2 Intégration des différentes technologies ............................................................................ 84

5.2.1 KNX .................................................................................................................................. 85

5.2.2 X2D .................................................................................................................................. 85

5.2.3 DMX ................................................................................................................................ 86

5.2.4 RFID ................................................................................................................................. 87

5.2.5 UPnP (Universal Plug and Play) ....................................................................................... 89

5.2.6 Synchronization NTP (Network Time Protocol) .............................................................. 93

5.3 ......................... 94

5.3.1 Interfaces homme/habitat .............................................................................................. 94

5.3.2 Interface pour le développement de services .............................................................. 100

5.3.3 ................................................................................................... 102

5.4 ....................................................................................... 104

5.4.1 ...................................................................................................... 104

5.4.2 Synthèse ........................................................................................................................ 105

Discussion .................................................................................................................................... 107

PARTIE 2 NT (POINT DE VUE HUMAIN) .................... 109

6 De la pierre au foyer ............................................................................................................. 111

6.1 -ce que le confort ? ................................................................................................. 113

6.2 La mesure du confort lié au bâti ........................................................................................ 114

6.2.1 Les critères Institutionnels ............................................................................................ 114

6.2.2 Les Réglementations Thermiques ................................................................................. 115

6.2.3 Démarche Haute Qualité Environnementale (HQE) ..................................................... 117

6.2.4 Discussion sur les critères de mesure du confort lié au bâti ......................................... 118

6.3 La mesure du confort par les habitants ............................................................................. 118

6.3.1 Le confort thermique .................................................................................................... 120

6.3.2 Le confort visuel ............................................................................................................ 126

6.3.3 ........................................................................................................... 131

6.3.4 Le confort acoustique ................................................................................................... 132

6.3.5 Synthèse ........................................................................................................................ 133

6.4 Discussion : le confort multisensoriel ................................................................................ 134

6.4.1 Liens entre conforts ...................................................................................................... 135

6.4.2 Le confort global ........................................................................................................... 136

7 ............................. 139

7.1 ........................................... 141

7.2 Le confort ............................................................................... 143

7.2.1 ........................................................................... 143

xi

7.2.2 ................................................................................................... 144

7.2.3 ................................................................... 146

7.3 ........................................................................ 148

7.3.1 Mesure par questionnaire ............................................................................................ 148

7.3.2 ..................................................... 149

7.4 Synthèse et Ouverture ........................................................... 152

8 Evaluation expérimentale ..................................................................................................... 155

8.1 .................................................................................................... 157

8.1.1 Acquisitions des données subjectives ........................................................................... 158

8.1.2 Acquisition de données physiques ................................................................................ 159

8.2 Expérimentation " in vitro » .............................................................................................. 160

8.2.1 Participants ................................................................................................................... 160

8.2.2 Déroulement ................................................................................................................. 161

8.2.3 Consignes aux participants ........................................................................................... 162

8.2.4 ................................................................. 162

8.2.5 Données recueillies et sélection ................................................................................... 165

8.2.6 Résultats et analyses ..................................................................................................... 169

8.2.7 ................................................................................. 180

8.3 Expérimentation " in simu » ............................................................................................. 180

8.3.1 Participants ................................................................................................................... 181

8.3.2 Déroulement et consignes ............................................................................................ 181

8.3.3 Données récoltées et sélection ..................................................................................... 181

8.3.4 .................................................................................................. 182

8.4 ................................................................................................... 183

Discussion .................................................................................................................................... 185

CONCLUSION ET PERSPECTIVES ............................................................................. 187

Synthèse ....................................................................................................................................... 189

Perspectives ................................................................................................................................. 191

Bibliographie ................................................................................................................................ 193

ANNEXES ......................................................................................................................... 207

9 .................................................................................................................. 209

9.1 Éclairage ............................................................................................................................ 209

Simple ........................................................................................................................... 209

9.1.1 209

9.1.2 Varié .............................................................................................................................. 210

9.1.3 Sonde luminosité .......................................................................................................... 210

9.1.4 Eclairage dynamique ..................................................................................................... 211

9.2 Ouvrants ............................................................................................................................ 211

9.2.1 Volets roulants et rideaux ............................................................................................. 211

9.2.2 Stores vénitiens ............................................................................................................. 212

9.3 Chauffage, Ventilation et climatisation ............................................................................. 212

9.3.1 Ventilation .................................................................................................................... 212

9.3.2 Température ................................................................................................................. 213

9.3.3 Humidité relative .......................................................................................................... 213

9.3.4 Concentration en CO2 ................................................................................................... 213

9.4 Mesures ............................................................................................................................. 214

9.5 ....................................................................................................... 214

9.6 Détection de Présence ...................................................................................................... 214

xii

9.7 Chaîne de caractères ......................................................................................................... 215

9.8 Annotation ......................................................................................................................... 215

10 Equipement de la plate-forme Domus .................................................................................. 217

10.1 Eclairage conventionnel .................................................................................................... 218

10.2 Prises ................................................................................................................................. 220

10.3 Ouvrants ............................................................................................................................ 222

10.4 ..................................................................................................... 224

10.5 Eclairage dynamique ......................................................................................................... 226

10.6 Multimédia ........................................................................................................................ 228

10.6.1 Autres capteurs ............................................................................................................. 229

11 Protocole expérimental ........................................................................................................ 231

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