Academic literature on the topic 'Matériaux énergétiques – Recherche'

Les applications les plus importantes de la conversion photovoltaïque ont longtemps été limitées au domaine spatial. Le développement des techniques et la prise de conscience des problèmes énergétiques et d’environnement concourent à un nouvel essor de cette source d’énergie. Son intérêt est d’autant plus grand que les sources traditionnelles industrielles sont éloignées, que l’habitat est distribué, et que les investissements liés à l’établissement d’un réseau de distribution sont plus élevés. La principale barrière à son développement terrestre a longtemps été le coût élevé des photopiles. Le panneau solaire à base de silicium fournit de l’électricité à 5FF le kW/h. Les recherches sur de nouvelles structures au silicium et sur de nouveaux matériaux permettent d’envisager de meilleurs rendements pour une fiabilité et des coûts attractifs.

Exposées au problème de la rareté de l’eau, les populations des régions arides et semi-arides ont développé des techniques traditionnelles de collecte et de stockage des eaux pluviales pour diverses utilisations en périodes sèches. Au Maroc, les réservoirs traditionnels connus sous le nom de « notfia » figurent parmi les techniques les plus fréquemment rencontrées. Leur usage est exclusivement domestique. L’irrégularité croissante des précipitations en partie liée au changement climatique incite à repenser ce type d’aménagement et à l’améliorer dans une perspective d’utilisation pour l’irrigation des cultures. La plupart des travaux de recherche réalisés sur ce sujet se limitent généralement à une description de leur fonctionnement hydraulique. Cet article a pour originalité de s’intéresser à la conception structurelle et aux procédés de construction de ces « notfias » en vue d’étudier la possibilité de leur usage en irrigation. L’état de l’art qui a été réalisé dans ce but révèle une tendance au remplacement des matériaux locaux et des techniques de constructions durables par des procédés de construction en béton conventionnel de ciment et en béton armé. En plus de son impact négatif sur l’environnement, l’utilisation de ciment n’est pas toujours économiquement rentable par rapport aux techniques traditionnelles. Cet article propose, comme perspectives de recherche, de valoriser les méthodes anciennes de construction de ces ouvrages, généralement moins onéreuses et plus durables, tout en adaptant leur conception, notamment les propriétés de l’impluvium (surface, pente, texture) et du réservoir (capacité de stockage, possibilité de vidange gravitaire sans coût énergétique) pour un usage agricole. Le potentiel et les limites de valorisation agricole de l’eau stockée devraient également être explorés (surfaces et cultures irrigables en fonction de l’eau disponible et de sa variabilité interannuelle et saisonnière).

Une forme d'énergie rentable, propre et renouvelable, peut être obtenue de nos jours par une exploitation technique adéquate de certaines propriétés physicochimiques des matériaux et fluides dits avancés ou smart. En effet, sous l’action énergétique des phénomènes extérieurs, tels que la lumière ou les champs électrique ou magnétique, certains fluides peuvent être rendus capables de changer d’une manière réversible de propriétés rhéologiques: viscosité, seuil ou contrainte d’écoulement,…. Ces fluides dénommés photo, électro ou magnéto rhéologiques, relativement à la nature du phénomène d'excitation, sont très efficaces pour faire fonctionner ou commander des mécanismes énergétiques et procédés techniques et industriels importants. Dans cet article, la technologie de ces fluides, ainsi que ses principales applications dans les différents domaines énergétiques et technico-industriels est passée en revue. En particulier les meilleures performances obtenues à ce jour et aussi les limitations des fluides électro et magnéto-rhéologiques (FER et FMR) sont comparées et commentées afin de mieux orienter les futurs travaux de recherche dans le domaine.

Un simple prototype de cuiseur solaire de type boîte a été réalisé et testé expérimentalement. Il a été réalisé avec des moyens et des matériaux rustiques et disponibles en milieu saharien. Les tests ont été effectués sur la plate-forme des essais de l’Unité de Recherche en Energies Renouvelables en Milieu Saharien d’Adrar qui est située au 27.88°N et -0.17°W du Sahara Algérien. Les résultats obtenus sont concluants et encourageants. Les températures atteintes sont très satisfaisantes pour la cuisson alimentaire saine et le rendement énergétique du cuiseur varie entre 25 % et 55 %.

Cette étude contribue à la définition d'une démarche de conception de multimatériaux d'une part en s'inspirant des méthodes de conception de produits manufacturés, et d'autre part en confrontant la démarche à une étude de cas. Le travail a consisté en une étude bibliographique des méthodes de conception les plus répandues pour en dégager des principes généraux applicables à une démarche de conception de multimatériaux. L'application de certains aspects de ces principes au cas d'un réservoir permettant le déconfinement de matières énergétiques a conduit à la conception d'une paroi multicouche renforcée par un filet de fibres de polyéthylène. Des essais de traction et de fluage à diverses températures ont permis la caractérisation thermomécanique des constituants nécessaire au dimensionnement et à la simulation du comportement de la structure. Enfin, la dernière étape a résidé dans la fabrication d'un réservoir cylindrique adapté à la vérification expérimentale de ses fonctions.

Les matériaux énergétiques sont, par définition, des matériaux susceptibles de dégager un volume important de gaz, en se décomposant via les phénomènes suivants : combustion, déflagration ou détonation. Ils sont notamment utilisés dans les secteurs industriels de l’automobile (déploiement d’airbag), du militaire (propulsion de missiles tactiques et stratégiques, munitions) et du spatial (boosters de lanceurs spatiaux type Ariane 5). La maîtrise de leur fabrication nécessite que soient vérifiées certaines contraintes spécifiques rencontrées lors de leur mise en œuvre dans un malaxeur bivis. En effet, ce procédé de malaxage en continu induit de fortes évolutions de gradients de pression et de cisaillement au sein du matériau énergétique (entrefers réduits...) qui peuvent initier les constituants fluides et solides. Par conséquent, dans un souci de parfaite maîtrise des risques industriels, les conditions tribologiques menant à l’initiation d’un matériau énergétique, ici le propergol, lors de sa fabrication, doivent être étudiées. Malheureusement, à cause de la confidentialité industrielle liée à ce secteur d’activité, la bibliographie de la tribologie des propergols est limitée. Il apparait toutefois que peu d’études portent effectivement sur le comportement tribologique du troisième corps, c’est à dire le propergol. Ce dernier étant hétérogène (mélange de constituants fluides et de solides), il est donc nécessaire d’appréhender les écoulements internes qui l’animent sous sollicitations tribologiques. Ainsi, pour reproduire les sollicitations mécaniques élémentaires (compression et cisaillement) appliquées par les deux premiers corps que sont les vis et le fourreau, et subies par le troisième corps lors du malaxage, il a été choisi d’utiliser une approche couplée expérimentale et numérique. Cette dernière s’organise autour de l’instrumentation d’un dispositif de sécurité permettant la sollicitation par frottement du propergol et de la modélisation par éléments discrets du triplet tribologique (parois supérieure et inférieure des premiers corps, et troisième corps). Il est ainsi apparu un comportement tribologique caractéristique du troisième corps : des ségrégations entre les constituants mènent à un arrangement selon trois couches superposées dans l’épaisseur du troisième corps. Ces ségrégations sont issues de la mise en place de débits internes, spécifiques à chaque nature et géométrie de constituants. Ces débits sélectionnent les constituants présents dans l’aire de contact et favorisent l’existence de conditions tribologiques favorables à l’initiation du troisième corps (assèchement de l’épaisseur, localisation des efforts appliqués au troisième corps ...). L’ensemble de ces débits permet de reconstituer un circuit tribologique d’initiation d’un propergol et ainsi d’envisager des solutions techniques permettant d’endiguer la mise en place des conditions défavorables à la fabrication en sécurité d’un propergol dans un malaxeur bivis
By definition, energetic materials can deliver a huge amount of gas and cause different kinds of phenomena, such as: burning, deflagration or detonation. These materials are mainly used in the automotive industry (airbag deployment), military devices (missiles, ammunition) and space launchers (Ariane 5 boosters and pyrotechnic devices). The manufacturing process, although well controlled by the historical “batch” process, presents several challenges when it is transferred to the continuous mixing process, using a twin-screw mixer device. Indeed, this last device induces extreme evolutions of pressure gradients and shearing gradients (reduced air-gap...). Plus, the energetic material is composed of fluid components and different diameters of solid components that can ignite by shearing. Consequently, tribological conditions leading to the ignition of an energetic material, a solid propellant, are studied during its manufacturing in a twin-screw mixer. Unfortunately, because of the industrial confidentiality on solid propellants, the bibliography on the solid propellants tribology is limited. However it appears that too few studies have effectively dealt with the tribological behaviour of this third body. By nature, this last is a composite material; therefore it is necessary to understand internal flows that evolve from tribological stresses. Thus, a coupled approach experimental and numerical is chosen in order to reproduce the mechanical elementary stresses applied by the two first bodies (top of screw thread and bore of the barrel element), and undergone by the third body during its manufacturing in a twin-screw mixer (compression and shearing). This approach consists of the instrumentation of a security test that shears the solid propellant and a discrete element simulation of the tribological triplet (inferior and superior first bodies, and the third body). The distinctive tribological behaviour of this third body appears obvious: different types of component segregations lead to a three superposed layer arrangement of the solid propellant thickness. These segregations come from the creation of internal component flows, specific to the nature and the geometry of the third body components. These flows select the components that remain within the contact area and also establish the tribological conditions that favour the third body ignition (gradient of mobility between solid components, draining of the third body thickness, localization of the efforts applied to the third body…). Ultimately, this study rebuilds the ignition tribological circuit(s) of a solid propellant and offers technical solutions to prevent the materialisation of unfavourable conditions to a safe solid propellant manufacturing in a twin-screw mixer

De par leurs vastes domaines d’applications, l’élaboration de nouvelles molécules énergétiques constitue une partie importante de la recherche en chimie organique. En outre, les hétérocycles azotés se positionnent comme d’excellents candidats du fait de leur densité et leur fort taux en azote qui garantissent à la fois une grande insensibilité et des propriétés énergétiques intéressantes. Ainsi, le développement de méthodes de synthèse innovantes est nécessaire et constitue un véritable défi. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés au long de cette thèse au développement de nouvelles méthodes de synthèse d’hétérocycles polyazotés et fonctionnalisés. Ainsi, l’étude d’une récente stratégie de synthèse d’(aza)indazoles nitrés, via une réaction tandem Staudinger/aza-Wittig, a pu être réalisée pour nous permettre d’accéder à de potentiels candidats énergétiques. Aussi, une méthode originale de synthèse de dérivés tricycliques de triazapentalène a été développée, à partir de substrats insensibles et facilement accessibles. La génération d’un azote électrophile, indispensable pour réaliser cette transformation, a été assurée par diverses amines hétéroaromatiques en présence d’iode hypervalent. Finalement, la valorisation de ces nouvelles méthodes pour accéder à des cibles pyrotechniques originales est présentée dans la dernière partie de cette thèse
Due to their wide range of applications, the elaboration of original energetic materials represents an important part of research in organic chemistry. Besides, the stability and the high explosive performances of azaheterocycles, provided by their compact and nitrogen rich structures, make them promising candidates for energetic applications. Thus, the development of innovative methodologies is essential and remains very challenging. In this context, we aimed at developing new methodologies to access functionalized nitrogen rich heterocycles. For this purpose, we first investigated a recent strategy giving access to polynitrated (aza)indazoles via a Staudinger/aza-Wittig tandem reaction. A second part was dedicated to the development of an original way to synthesize tricyclic triazapentalene derivatives from non-hazardous and readily available precursors. The generation of electrophilic nitrogen, essential to achieve this transformation, was ensured by various heteroaryl amines in presence of hypervalent iodine in mild conditions.The last part of this work focused on the application of these strategies to access new energetic materials

La majorité des bâtiments existant aujourd'hui ne respectent pas les réglementations thermiques actuelles. Pour répondre aux exigences environnementales il est impossible, dans ce contexte, d'envisager une politique globale de démolition-reconstruction. Des campagnes de réhabilitation doivent être mises en place. Une solution innovante de réhabilitation énergétique est proposée permettant d'exploiter les ressources énergétiques urbaines, peu utilisées actuellement. Elle consiste à rajouter autour du bâtiment une enveloppe extérieure qui aurait pour fonction principale le captage d'énergie solaire. Un outil d'optimisation de la géométrie de l'enveloppe et de la distribution spatiale de panneaux capteurs à sa surface est développé. Sa validation est effectuée sur des cas simples, puis il est appliqué aux situations présentant de forts contrastes : optimisation pendant la période d'hiver ou d'été, à Oslo ou à Tunis, avec des obstacles proches masquant le Soleil. Afin de réaliser les formes complexes obtenues, il est proposé d'utiliser les gridshells comme système constructif. Ces structures obtenues par déformation élastique d'une grille de poutres en matériau composite initialement planes posent la question de la durabilité de ces matériaux soumis au chargement permanent. Pour étudier le comportement à long terme (fluage et rupture différée) de ces matériaux composés de fibres de renfort et matrice polymère viscoélastique, un modèle micro-mécanique est développé. Ce modèle de type shear-lag permet d'étudier l'influence des propriétés mécaniques des constituants sur la durée de vie du composite soumis à un chargement en traction et traction-cisaillement combinés

L’utilisation de la climatisation automobile engendre physiquement une surconsommation de carburant. Pour diminuer cette surconsommation, il existe deux leviers principaux. Le premier consiste à travailler en amont sur la définition technique de l’habitacle et du système de climatisation. Le second levier consiste à optimiser les stratégies de contrôle. Dans les deux cas, il s’avère incontournable de construire des modèles de thermique habitacle précis et rapides à évaluer. Ce qui fait l’objet de cette thèse CIFRE du Groupe Renault. Dans un premier temps, une méthodologie de réduction de modèles est exploitée pour passer d’un modèle éléments finis 3D à un modèle 0D. Ce modèle 0D est basé sur des bilans de masse et d’énergie sur les différentes parois et zones d’air de la cabine. Il prend la forme d’un système d’équations algébro-différentielles non-linéaire qui peut être transcrit en Bond Graph. De plus, le modèle 0D exploite un couplage faible entre la thermique et la mécanique des fluides issue des calculs CFD (aéraulique et aérodynamique externe). Dans un deuxième temps, on applique une méthode d’apprentissage automatique aux données générées par le modèle 0D en vue de construire un modèle 0D réduit. Un plan d’expériences est considéré à cette étape. Du fait de la non-linéarité des échanges thermiques, nous avons développé une approche qui s’inspire des méthodes Gappy POD et EIM. La base réduite utilisée est une base multiphysique qui tient compte de plusieurs contributions (températures, enthalpies, flux thermiques et humidités). Le modèle réduit obtenu est un modèle hybride qui couple quelques équations physiques d’origine à un réseau de neurones artificiel. La méthodologie de réduction a été déployée sur des véhicules Renault. Les modèles réduits ont été intégrés dans la plateforme GREEN de synthèse énergétique qui modélise différentes thermiques (moteur, transmission, circuit de refroidissement, batterie, HVAC, boucle froide, sous-capot) en vue de faire des études de gestion thermique qui revêtent une importance particulière pour les véhicules électriques et hybrides. Les modèles réduits ont été validés sur plusieurs scénarios (boucle de régulation pour le confort thermique, cycle d’homologation, couplage HVAC) et ont permis d’obtenir des gains CPU allant jusqu’à 99% avec des erreurs moyennes de 0,5°C sur les températures et 0,6% sur les humidités relatives
The use of automotive air conditioning leads to a fuel overconsumption. To reduce this overconsumption, we can either work upstream on the technical definitions of the cabin and the HVAC system or optimize control strategies. In both cases, it is essential to build a cabin thermal model that well balances accuracy and complexity. This is the topic of this PhD thesis driven by Renault Group. First, a model reduction methodology is used to build a 0D model starting from a 3D finite element cabin thermal model. This 0D model is based on mass and energy balances on the different cabin walls and air zones. It consists of a nonlinear differential algebraic equations system which can be reinterpreted as a Bond Graph. In addition, the 0D model is based on a weak coupling between the thermal equations and the fluid mechanics ones resulting from CFD calculations (internal airflow and external aerodynamics). Secondly, we apply a machine learning method to the data generated by the 0D model in order to build a reduced 0D model. A design of experiment is considered at this stage. Due to the nonlinearity of the heat exchanges, we have developed an approach which is inspired by the Gappy POD and EIM methods. We use a multiphysics reduced basis that takes several contributions into account (temperatures, enthalpies, heat fluxes and humidities). The resulting reduced model is a hybrid model that couples some of the original physical equations to an artificial neural network. The reduction methodology has been validated on Renault vehicles. The reduced order models have been integrated into a vehicle system-level energetic simulation platform (GREEN) which models different thermics (engine, transmission, cooling system, battery, HVAC, refrigerant circuit, underhood) in order to perform thermal management studies which are of particular importance for electric and hybrid vehicles. The reduced order models have been validated on several scenarios (temperature control for thermal comfort, driving cycles, HVAC coupling) and have achieved CPU gains of up to 99% with average errors of 0.5 °C on temperatures and 0.6% on relative humidities

Les centrales solaires thermodynamiques avec stockage de chaleur constituent des systèmes de production d’électricité d’origine renouvelable à fort intérêt. Le stockage permet de lisser les fluctuations de la ressource solaire, d’opérer le décalage temporel de la production et d’augmenter le taux de charge de la centrale. Ce chapitre présente les différents systèmes de stockage qui sont actuellement utilisés ou qui font l’objet de travaux de recherche et de développement. Sont abordées les propriétés des matériaux de stockage et des fluides de transfert, ainsi que les performances énergétiques, environnementales et économiques.

À l’échelle de leur cycle de vie, toutes les constructions de Suisse – c’est-à-dire les bâtiments, les routes, les ouvrages d’infrastructure, etc. – représentent environ 50 % des besoins d’énergie finale de la Suisse. De plus, elles sont responsables de plus de 30 % des émissions de CO2, un gaz à effet de serre. Au cours des dernières décennies, les besoins énergétiques et les émissions de CO2 liées à l’utilisation des bâtiments ont fortement diminué. L’énergie grise contenue dans les bâtiments et les émissions de CO2 issues de la production des matériaux de construction, de la rénovation et du démantèlement sont cependant restées élevées. Le potentiel d’amélioration est considérable à cet égard. Le projet conjoint « Béton à basse énergie » jette les fondements d’une transformation de l’industrie de la construction en un secteur durable. Il se concentre notamment sur le béton en tant que matériau de construction engendrant des niveaux particulièrement élevés d’énergie grise et d’émissions de CO2. Les résultats de ce projet conjoint sont résumés et interprétés dans la présente synthèse « Constructions durables en béton ». Le projet conjoint s’est avant tout concentré sur les objectifs suivants : Réduire les émissions de CO2 et l’énergie grise par une diminution drastique du clinker dans le ciment. Réduire l’énergie grise en remplaçant l’acier d’armature et de précontrainte dans les structures en béton par du bois et des matériaux de synthèse. Allonger la durée de vie des ouvrages grâce à une surveillance professionnelle et des mesures de rénovation adéquates, ce qui réduit les moyennes annuelles d’énergie grise et d’émissions de CO2. Les recherches montrent que les émissions de CO2 causées par le béton et les structures en béton peuvent être réduites d’un facteur 4 et l’énergie grise mobilisée d’un facteur 3.