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Computational Fluid Dynamics (CFD) is increasingly used to describe the airflow in urban environments. In this study, we aim to simulate and to validate the airflow in a full-scale urban area submitted to controlled climatic conditions through an impressive climatic chamber. This non-standard equipment named 'Sense-City' is made up of a 400 m2 realistic district with buildings and street layout. The Sense-City urban area is highly instrumented, which allows notably the validation of physical models and simulations and the test of innovative urban solutions. Using a URANS model, with the k-omega SST model as the closure model, a CFD analysis is made on the turbulent airflow in Sense-City at a reasonable computational cost. The simulated velocities and turbulent kinetic energy are compared with measurements collected at a pedestrian level using a 3D ultrasonic anemometer. We show that the numerical simulations correctly predict the flow direction and flow characteristics such as dead flow zones, i.e. almost null flow velocity areas. Geometry simplifications, uncertainties on the boundary conditions and the use of a coarse mesh and time discretization to fulfill operational purposes have led to a Root Mean Square Error (RMSE) score of 0.26 m/s on the velocity magnitude.

Managing the city and the territories is a complex task requiring expertise in a broad range of fields. During the 21st century, the city and the territories must face major environmental and social challenges such as water scarcity, global warming, air quality and many others global issues. Physical modeling and numerical simulation are promising to give help decision tool to collectivities and to provide new services to citizens. In my research works, I have proposed adjoint numerical methods to limit the number of sensor to be deployed using optimal sensor placement strategy and inverse methods to get more representative numerical simulations describing urban physical phenomena. This transversal approach has been applied to various areas such as air and water quality, thermal building problem and structural health monitoring. Finally, experiments have been designed and conducted to test and to validate the proposed numerical methods using real measurements notably from the Equipment of Excellence Sense-City.; La gestion de la ville et des territoires est une tâche complexe nécessitant de multiples compétences dans des domaines très variés. Au cours de ce XXIème siècle, la ville et les territoires doivent faire face à des enjeux majeurs sur le plan environnemental et sociétal : la rareté de l'eau, le réchauffement climatique, la qualité de l'air et bien d'autres problématiques sont au coeur des préoccupations mondiales. La modélisation physique et la simulation numérique sont des outils prometteurs pour mieux gérer la ville et les territoires et fournir de nouveaux services aux citoyens. Dans mes travaux, j'ai proposé des méthodes numériques adjointes de positionnement optimal de capteurs afin de déployer le minimum d'instrumentation et des méthodes inverses afin d'améliorer la qualité des simulations numériques décrivant les phénomènes physiques urbains. Cette approche transversale a été appliquée à de nombreux domaines comme la qualité de l'air et de l'eau, la thermique du bâtiment et la surveillance de la santé des structures. Enfin, des expérimentations ont été conçues et réalisées afin de tester et de valider les méthodes numériques proposées en exploitant des mesures réelles issues notamment de l'équipement d'excellence Sense-City.

Managing the city and the territories is a complex task requiring expertise in a broad range of fields. During the 21st century, the city and the territories must face major environmental and social challenges such as water scarcity, global warming, air quality and many others global issues. Physical modeling and numerical simulation are promising to give help decision tool to collectivities and to provide new services to citizens. In my research works, I have proposed adjoint numerical methods to limit the number of sensor to be deployed using optimal sensor placement strategy and inverse methods to get more representative numerical simulations describing urban physical phenomena. This transversal approach has been applied to various areas such as air and water quality, thermal building problem and structural health monitoring. Finally, experiments have been designed and conducted to test and to validate the proposed numerical methods using real measurements notably from the Equipment of Excellence Sense-City., La gestion de la ville et des territoires est une tâche complexe nécessitant de multiples compétences dans des domaines très variés. Au cours de ce XXIème siècle, la ville et les territoires doivent faire face à des enjeux majeurs sur le plan environnemental et sociétal : la rareté de l'eau, le réchauffement climatique, la qualité de l'air et bien d'autres problématiques sont au coeur des préoccupations mondiales. La modélisation physique et la simulation numérique sont des outils prometteurs pour mieux gérer la ville et les territoires et fournir de nouveaux services aux citoyens. Dans mes travaux, j'ai proposé des méthodes numériques adjointes de positionnement optimal de capteurs afin de déployer le minimum d'instrumentation et des méthodes inverses afin d'améliorer la qualité des simulations numériques décrivant les phénomènes physiques urbains. Cette approche transversale a été appliquée à de nombreux domaines comme la qualité de l'air et de l'eau, la thermique du bâtiment et la surveillance de la santé des structures. Enfin, des expérimentations ont été conçues et réalisées afin de tester et de valider les méthodes numériques proposées en exploitant des mesures réelles issues notamment de l'équipement d'excellence Sense-City.

Building Simulation 2019, Rome, Italie, 02-/09/2019 - 04/09/2019; Some woodborers such as termites have harmful effects on the safety of structures. As the woodborers produce some specic Volatile Organic Compounds (VOC), they can be used as an indicator to early detect their presence. Thus, innovative solutions combining gaz sensors outputs and Computational Fluid Dynamics (CFD) are studied to localize indoor source emissions. These strategies can also be applied to localize noxious indoor pollutants like formaldehyde. In this paper, we focus on the optimal placement of air quality sensors in view of localizing a maximum of source emissions on the environment surfaces. We propose an adjoint-based numerical strategy taking into account the sensor features such as the Limit Of Detection (LOD). This strategy is applied to a real 3D room and validated by an experimental campaign.

Congrès Français de Thermique, Nantes, France, 03-/06/2019 - 06/06/2019; Le présent travail introduit une méthode inverse d'identification de paramètres vis-à-vis d'une quantité d'intérêt en thermique du bâtiment. Cette méthode peut présenter un intérêt pour l'identification de caractéristiques thermiques d'enveloppes de bâtiments existants en vue de réaliser des diagnostics de performances énergétiques représentatifs de leur comportement réel.Contrairement aux méthodes standard de résolution de problèmes inverses telles que la méthode de régularisation de Tikhonov, qui ont pour objectif de recaler l'ensemble des paramètres du modèle afin de reproduire, le plus fidèlement possible, les données mesurées, la méthode d'identification de paramètres vis-à-vis d'une quantité d'intérêt est formulée pour la prédiction robuste de quantités physiques prédéfinies. Cette méthode n'identifie que les paramètres du modèle auxquels la quantité d'intérêt recherchée est sensible. Elle permet ainsi de minimiser l'instrumentation et de réduire le temps de calcul. Une première application à l'échelle de l'enveloppe a permis de constater que la méthode d'identification de paramètres de modèles vis-à-vis d'une quantité d'intérêt présente une plus faible sensibilité au bruit de mesure par rapport aux méthodes usuelles. Afin de réduire les temps de calcul, la méthode inverse est couplée à une méthode de réduction de modèles de type PGD (Proper Generalized Decomposition). La stratégie développée a été appliquée à un modèle R6C2 sur un chalet de l'équipement d'excellence « Sense-City » et les résultats obtenus ont été comparés à ceux de la méthode de Tikhonov. On constate que la méthode proposée permet l'identification robuste des quantités d'intérêt recherchées en quelques itérations, avec une erreur inférieure à 5% et en ne recalant que les paramètres auxquels elles sont sensibles. Pour valider ces résultats sur un modèle représentatif de bâtiments réels, comprenant plusieurs zones thermiques et un plus grand nombre de paramètres, une application sur le bâtiment R+1 de la mini-ville « Sense-City » est actuellement en cours d'étude.

CoE Technology Domain Workshop on Urban Solutions & Ressource Resilience, Singapore, SINGAPOUR, 11-/03/2016 - 11/03/2016; While today's galloping urbanization weighs heavily on both People and Environment and while Climate Change increases natural risks worldwide, Internet of Things Technologies stand at the forefront of the efforts toward Greener Cities. But progress is slow, because beyond enhanced connectivity, what our Cities really need are Decision-Support Tools, Smart Technologies that can detect events, analyze their impacts on urban sustainability and propose mitigation solutions. Here, we present two French R&D initiatives aiming at fostering Smart Technologies for Sustainable Cities. Within the 2011-2019 Sense-City project funded by the French 'Investment for the Future Programm', we propose massively distributed networks of micro and nanosensors for environmental monitoring, structural health monitoring, energy performances monitoring and people exposure monitoring. Aiming at shortening the time-to-market of innovative technologies, Sense-City also offers a large scale urban test space under climatic conditions to assess performances in real-life, systemic conditions. Our work within Sense-City is emphasizing the need for new urban technologies to be highly stable and robust, while the use of nanotechnologies often creates new challenges in terms of reliability. Within the PLATINE project funded by Paris Region SESAME program and started in September 2014, we offer a platform for reliability assessment and optimization of nanodevices. Coupling an in-situ electro-thermo-mechanical characterization bench, ex-situ multi-scale imaging and spectroscopy techniques and advanced modelling techniques, we propose materials and methods to assess and optimize device life time for urban operation.

ORGAGEC 2015, CHAMPS-SUR-MARNE, FRANCE, 19-/11/2015 - 20/11/2015; Sense-City, un démonstrateur réaliste de technologies innovantes pour la ville durable. Sense-City, qu'est-ce que c'est ? Derrière ce terme anglophone qui signifie "Ville Sensible" se cache un large espace expérimental pour la validation des technologies qui rendront nos Villes plus durables. De la mesure de la qualité de l'air au suivi de performances énergétiques du bâtiment, de la détection de véhicules à l'étude des trajectoires des usagers de la route, de la détection des réseaux enterrés à l'instrumentation des infrastructures, tout est pensé pour préparer la ville du futur, un lieu de vie agréable, convivial et résilient, capable de s'auto-diagnostiquer en permanence pour devenir plus économe en ressources, plus propre et plus sain. Les enjeux sont majeurs : selon les chiffres du ministère de l'écologie, le secteur du bâtiment représentait en 2012, 44 % de la consommation énergétique française et 123 millions de tonnes de CO2 émises annuellement. Selon l'OMS, la pollution de l'air causerait 350 000 décès prématurés en Europe par an. Si cette pollution n'existait pas, les Européens vivraient en moyenne 8,6 mois de plus. En s'attachant à transformer la ville en un système mesurable et mesuré, le consortium Sense-City propose des solutions qui permettront de mitiger l'impact de l'urbanisation croissante de nos sociétés sur les personnes et l'environnement. Le projet s'inscrit ainsi dans la droite ligne du plan de la transition énergétique pour la croissance verte. Celui-ci prévoit notamment un volet pour la rénovation des bâtiments et un autre pour la promotion de transports propres. Né dans le cadre de la première vague d'appel à projets des investissements d'avenir lancé en 2010 pour redynamiser la recherche française, Sense-City se matérialise aujourd'hui sous la forme d'un premier scénario urbain, la "mini-ville communicante", qui adresse tout particulièrement la maison et la route intelligentes. Cette plateforme de 250m² s'insère sur le site de l'Ifsttar, à Champs-sur-Marne, au coeur du cluster Descartes et du pôle d'excellence de la Ville durable du Grand Paris. Depuis déjà 4 ans, académiques et industriels préparent ensemble les concepts, outils et méthodes qui sont déployés dès aujourd'hui dans la "mini-ville communicante". De nouveaux produits de la recherche et du développement continueront d'être implémentés sur toute la durée de vie de cette plateforme. Avec plus de 60 capteurs en place dès les premiers mois de vie de la mini-ville, nous proposons une démonstration systémique, concrète et réaliste, des potentialités des nouvelles technologies de mesures pour la Ville Durable.

Efficacity Workshop, Marne-la-Vallée, FRANCE, 05-/11/2015 - 05/11/2015; Nos cités, de la mégalopole à la commune rurale, sont des systèmes d'une extraordinaire complexité technologique et humaine dont l'équilibre est menacé par l'augmentation de la population et la raréfaction des ressources. L'urbanisation massive met en danger l'environnement, tandis que le changement climatique global, par les risques naturels (climatiques, hydrologiques ou géologiques) qu'il génère, menace les personnes et les biens. Connecter la ville, c'est-à-dire concevoir et déployer des systèmes capables d'acheminer entre des acteurs multiples un très grand volume d'informations de natures hétérogènes et analysées à des fins diverses, est au coeur des espoirs pour rendre nos cités plus durables : résilientes au changement climatique, économes en énergie et actrices de la transition énergétique, attractives pour les personnes et les entreprises, respectueuses de la santé et de l'environnement. Si de multiples acteurs sont d'ores et déjà conscients de cette nécessité, les progrès restent lents, car, au-delà de la seule connectivité, c'est l'intelligence urbaine qui créera la ville durable, grâce à des capacités coordonnées de Perception, Décision et Action : mesurer les phénomènes ; analyser leur impact sur la durabilité urbaine pour définir des stratégies d'amélioration ; agir efficacement sur la cause du phénomène. Dans ce contexte très évolutif à impact sociétal fort, le projet Sense-City, un 'Equipement d'Excellence' doté de 9 M€, a pour but d'accélérer la recherche et l'innovation dans le domaine de la ville durable, en particulier dans le domaine de micro et nanocapteurs. Le projet est centré autour d'une 'mini-ville climatique', une enceinte environnementale mobile unique en Europe de 400m² capable d'accueillir des maquettes réalistes des principales composantes de la ville, à savoir les bâtiments, les infrastructures, les réseaux de distribution ou encore le sous-sol. Cet espace, disponible en version préliminaire dès janvier 2015 et en version finalisée courant 2016, permet de valider en conditions réalistes les performances de technologies innovantes pour la ville durable, en particulier micro- et nano-capteurs, à l'issue de leur développement en laboratoire et en amont de leur industrialisation. Plateforme R&D implantée au coeur de la Cité Descartes à Paris Est et ouverte tant aux académiques qu'aux industriels et aux collectivités, Sense-City participe au positionnement de la Cité Descartes comme un pôle tertiaire phare pour la ville du futur. Les domaines d'intérêt couvrent les performances énergétiques des bâtiments et des quartiers, la qualité sanitaire du bâti (pollution de l'air intérieur), la qualité et la durabilité des réseaux urbains (transport, fluides), la qualité de l'air extérieur, des sols et des eaux, le contrôle des zones de stockage des déchets, la durabilité et la sécurité des infrastructures. Les partenaires du projet, IFSTTAR, ESIEE-CCIP, LPICM (UMR CNRS Ecole Polytechnique), CSTB, INRIA et UPEM, maîtrise l'ensemble de la chaîne de valeur pour le développement de produits innovants pour la ville durable, du prototypage de nano ou microcapteurs jusqu'à la validation en conditions réelles, sans oublier les étapes d'intégration, de packaging et de déploiement des capteurs ou encore les étapes de traitement, modélisation et représentation des informations.