Par Roger CADIERGUES le 04 Juillet 2019
21 avril 2008
Il est normal, avec les outils informatiques actuels, que nous soyons tentés par les techniques de simulation numérique lorsque nous voulons évaluer les performances d'un système quelconque. Pour aussi séduisante que soit cette démarche elle n'en est pas moins viciée par quelques pièges qu'on risque facilement d'oublier. La simulation numérique des systèmes fut la grande affaire de différentes structures de recherche et développement de nos secteurs durant les années 1962-87. Soit quelques 25 ans de travaux divers alors qu'on pourrait facilement croire, à lire certains aujourd'hui, qu'il suffit de deux ou trois ans pour régler le problème.
Pourquoi ces retards ?
Les débuts furent assez laborieux car il fallait travailler sur des mini-ordinateurs, les micro-ordinateurs n'étant pas encore nés. Mais ce n'est pas tellement l'informatique qui fut le véritable obstacle.
Quels furent donc ces vrais obstacles ?
Le premier fut que le travail informatique lui-même (les programmes) se
heurtait, par son volume, à des difficultés de diffusion. C'est
ainsi que René Gilles, qui fut un de nos premiers artisans français
en la matière, n'a presque rien publié. Ses archives - aujourd'hui
plus ou moins dispersées - ne sont pas directement exploitables, ni diffusables,
alors qu'elles constituent virtuellement un ensemble incontournable. Ce n'est
d'ailleurs là qu'un des premiers parmi les assez nombreux obstacles qu'il
a fallu vaincre tant bien que mal, les obstacles essentiels concernant surtout
la prise en compte des différents éléments de calcul :
la climatologie (les années-types), la thermique des bâtiments
(la simulation des régimes variés), le comportement des systèmes
de chauffage et le comportement des systèmes de climatisation.
Reprenons-les un à un, les données climatologiques d'abord. L'exemple
de René Gilles est, à cet égard, très illustratif.
Il a commencé par visiter une centaine de stations météorologiques
françaises, où il a relevé (tout seul) les données
horaires de trois années types. Avec, pour chaque heure : la température,
l'humidité, le vent, les données solaires. Ce qui fait un lot
de fichiers considérable, lot complété d'ailleurs ultérieurement
par des fichiers météorologiques issus de stations d'outre-mer,
dans des territoires où René Gilles fut appelé à
intervenir comme ingénieur-conseil. En fait, dans les simulations courantes,
seules les températures et les données solaires horaires sont
généralement utilisées, mais c'est déjà beaucoup.
Dans de nombreux pays, les organisations météorologiques (françaises
incluses) proposent actuellement des fichiers horaires d'années types.
Leur accès est parfois délicat, mais l'obstacle climatologique
le plus sérieux reste l'avenir (après réchauffement) sur
lequel je reviendrai ultérieurement. Pour le moment nous allons examiner
les autres difficultés.
Quelles sont-elles ?
La seconde, comme je l'ai dit, tient à la thermique des bâtiments, et à la manière de prendre en compte les régimes variés de températures. Sur ce point la France a eu la chance de bénéficier très tôt d'une méthode de qualité : celle des fonctions d'influence, due à André Nessi et Léon Nisolle, publiée dans trois livres parus entre 1925 et 1933. En fait André Nessi fut l'inspirateur de la demande, mais Léon Nisolle en fut le véritable auteur. Ce dernier, professeur à l'Ecole Centrale, était un homme d'une très grande modestie, ce qui fait qu'on l'a généralement oublié. Alors qu'il a mis au point, avant beaucoup d'autres, les solutions précises de nos problèmes de fond. A l'époque des publications Nessi-Nisolle, les outils numériques modernes n'existant pas, la solution pratique fut grapho-mécanique mais on peut, aujourd'hui, facilement numériser la méthode des fonctions d'influence (ex. Guide n° 2 de l'AICVF). Ceci dit, lorsque René Gilles a commencé à utiliser les simulations, et à aborder le problème des régimes variés, il a utilisé une autre méthode (canadienne celle-là), utilisée depuis, systématiquement, dans toute l'Amérique du Nord : la méthode de G.B. Mittalas et D.G. Stephenson, Il s'agit d'une procédure mise au point durant les années 1967-72, après plusieurs années de travail, Comme me l'a indiqué plus tard Donald Stephenson, devenu durant un an mon collaborateur, G.B. Mittalas et D.G. Stephenson n'avaient pu avoir accès aux ouvrages de Nessi et Nisolle, et avaient ainsi perdu de nombreux mois. Des mois qui leurs auraient été épargnés si les ouvrages d'André Nessi et Léon Nisolle leurs avaient été accessibles.
Les méthodes canadiennes sont-elles supérieures à celles de Nessi et Nisolle ?
Il n'y a pas de différence de performance entre les deux, ce sont simplement deux manières de faire : on peut donc choisir l'une ou l'autre. La seule différence importante est que la méthode d'influence numérisée est très facile à comprendre, alors que la méthode de Mittalas et Stephenson repose sur la résolution d'une équation complexe (transcendante pour les mathématiciens) dont il faut chercher les racines … sans être sûr de les trouver toutes (c'est assez négligeable en fait). Ce sujet étant délicat, j'y reviendrai la semaine prochaine.
Roger CADIERGUES
