Optimisation d’un réseaux de capteurs pour le diagnostic énergétique d’un bâtiment

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Optimisation d’un réseaux de capteurs pour le diagnostic énergétique d’un bâtiment
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement institutionnel, Contrat Doctoral, Financement régional, Contrats université sur projets,)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
XLIM site de Brive
Laboratoire d’accueil : XLIM/C2S2

Présentation de l’équipe de recherche
La thèse se déroulera au sein du laboratoire XLIM UMR CNRS-Université de Limoges dans le département Composants, Circuits, Signaux et Systèmes Haute Fréquence (C2S2). 70 chercheurs permanents et non permanents, ainsi qu’une équipe technique et administrative travaillent dans ce département sur les circuits Radio-fréquences ainsi que sur les réseaux de capteurs. L’équipe de recherche a été évaluée A+ par l’AERES en 2011.

Résumé de la thèse en français
La thèse porte sur le déploiement d’un réseau de capteurs pour le diagnostic énergétique d’un bâtiment universitaire. Elle s’inscrit dans la thématique Bâtiment intelligent et durable de l’Université de Limoges. Il s’agit au cours de cette thèse, dans un premier temps, d’optimiser l’architecture d’un réseau de capteurs Zigbee ainsi que les méthodes d’interrogation de ces capteurs, pour minimiser la consommation énergétique des noeuds du réseau. On s’appuiera notamment sur des concepts de « compressive sensing » pour augmenter la durée de vie des noeuds autonomes qui pourra être éventuellement renforcée par des organes de récupération d’énergie.

Résumé de la thèse en anglais
This thesis deals with the roll out of Wireless SEnsor Network for the energetic monitoring of an existing building of the University. This work wil be incorporated in the framework of the smart building program of the University of Limoges. The work aims to optimize the architecture of a Zigbee network as well as data collection methods to minimize the energy consumption of the network’s nodes. Methods based on the compressive sensing concepts will be investigated to reduce the number of nodes and to extend the lifetime of the nodes. Those methods will eventually be complemented with energy harvesting techniques

Description complète du sujet de thèse
Un diagnostic énergétique fin d’un bâtiment pour identifier les relations entre la consommation d’énergie et les usages de ce bâtiment, nécessite une analyse approfondie de l’état, thermique, hygrométrique et lumineux du bâtiment ainsi que la détection d’évènements liés à son usage. Pour ce faire il est nécessaire d’instrumenter le bâtiment avec de nombreux capteurs (de 100 à 200 dans le cas de la thèse). Dans un bâtiment existant le recours à un réseau sans fil est pertinent du fait de sa relative facilité de déploiement quand on dispose de capteurs autonomes. Cependant la durée de vie de chaque noeud du réseau doit être garantie tout au long de l’utilisation de ce réseau, c’est-à-dire sur plusieurs années. Par ailleurs il est fondamental, pour des problèmes de coût,de complexité et de facilité de déploiement de minimiser le nombre de capteurs à installer. Cela peut être envisagé en utilisant des techniques de « compressive sampling » 1].
Cette technique sera évaluée pour le déploiement d’un réseau de 100 à 200 capteurs connectés avec la norme Zigbee. Par ailleurs on tirera parti des informations fournies par une équipe de Génie Civil sur le modèle thermique du bâtiment. Qui permettra d’appréhender la dimension temporelle du problème (rythme d’interrogation des capteurs ) toujours dans l’optique de réduire la consommation d’un noeud afin d’allonger sa durée de vie. On pourra éventuellement faire appel à des techniques de récupération d’énergie électromagnétique pour la charge des batteries.
A l’issue de la thèse, les données recueillies seront utilisées pour effectuer la corrélation entre l’état du bâtiment et son usage.

[1]R. Benlamri, M.Balouchestani, K. Raahemifar, and S. Krishnan, « Robust Wireless Sensor Networks with Compressed Sensing Theory, » in Networked Digital Technologies. vol. 293: Springer Berlin Heidelberg, pp. 608-619.

Objectifs scientifiques de la thèse
Les objectifs scientifiques de la thèse sont de deux ordres
– Mise au point d’une technique d’optimisation de l’architecture du réseau basée sur la technique du « compressive sensing »
– Optimisation de la durée de vie d’un capteur

Compétences à l’issue de la thèse
-déploiement et gestion d’un réseau de capteurs de grande dimension
– techniques de collecte et traitement de grand volumes de données (BDD)
– développement de noeuds de capteurs autonomes en énergie.

Mots clés (séparés par des virgules)
capteurs, réseaux, énergie, compressive sensing, optimisation
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
On souhaite que le candidat ait de solides compétences en réseaux principalement et en électronique RF de façon plus annexe.

Modalité de dépôt des candidatures
Contacter le directeur de thèse

Directeur de thèse
Raymond Quéré
Adresse mail du directeur de thèse : [raymond.quere@xlim.fr

Téléphone Directeur de thèse : +33681782633

Co-directeur de thèse
Michèle Lalande
Adresse mail du co-directeur de thèse : michele.lalande@xlim.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : +33555867321
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : OUI

Justification du cofinancement LABEX
Cette thèse s’inscrit dans l’axe gestion de l’énergie de la thématique Energie du LABEX. Elle vient en appui de programmes d’investissement obtenus dans le cadre de l’hôtel à projet (projet MEDYBAT)
Avec quelle thématique du comité de pilotage avez vous pris contact : Thème 7: Energie
Thèse pour Action transverse : NON

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