Literatura académica sobre el tema "Intégration thermodynamique"

Ce travail s'appuie sur l'étude de plusieurs bases de données en vue d'extraire des modèles de prévision de la production de CH4 enfonction des régimes et des fermentations ruminales. La méthanogenèse est décrite en relation avec les principaux principes de la stoechiométrieet de la thermodynamique des fermentations ruminales. Il apparaît en particulier une relation étroite entre la productionde CH4 et le rapport des acides acétique/propionique du jus de rumen (Ac/Pr). Les variations du profil des AGV et de la productionde CH4 traduisent des phénomènes d'adaptation des microorganismes du rumen à la quantité d'énergie disponible. Au sein desdifférents critères alimentaires de prévision de la production de CH4, la teneur en matière organique digestible (MOD) est intéressante: elle est globalement bien liée à la MO fermentescible du rumen, donc au CH4 produit, et à la valeur énergétique des aliments.Cependant, le rapport CH4/MOD varie également en fonction de certains facteurs de variation qui modifient aussi le rapport Ac/Prdans le rumen : le niveau alimentaire, la qualité du fourrage, la teneur en concentré du régime et l'apport de matières grasses.Une dernière partie du texte est consacrée à l'étude de modèles plus mécanistes qui s'appuient sur les principes de stoechiométrie desAGV, ces modèles constituant une étape vers une modélisation intégrative de l'ensemble des phénomènes digestifs et fermentaires durumen.

L’objectif de ce mémoire de thèse est de contribuer à la connaissance du comportement mécanique en grandes déformations du Polyéthylène à Haute Densité anisotrope obtenu par extrusion de plaques. Nous présentons le protocole et les résultats expérimentaux de traction séquencée, comportant des décharges, recharges et relaxations monotones et cycliques. Ces campagnes d’essais sont également centrées sur la mesure en temps réel de la variation de volume liée aux phénomènes d’endommagement. Les résultats sont présentés pour différentes orientations d’éprouvettes prélevées dans des plaques extrudées. La modélisation thermodynamique de l’ensemble des résultats, a fait l’objet d’un développement original conduisant à la prédiction unifiée de grandeurs en 3D : contrainte vraie axiale, déformations vraies transversales. Le modèle prévoit également le développement de l’endommagement et permet de mettre en évidence une variable tensorielle de dommage. L’identification des paramètres du modèle thermodynamique sur la base de données expérimentales conduit à des grandeurs physiques conformes aux caractéristiques de la microstructure. Ce travail ouvre la perspective d’un enrichissement de l’approche thermodynamique dans la direction de la prévision de l’anisotropie plastique induite des polymères semi-cristallins
The aim of this thesis is to contribute to the knowledge of the mechanical behavior in large strains of anisotropic High Density PolyEthylene (HDPE), obtained by extrusion of plates. We present the experimental procedure and the results for traction, with unloading, reloading and relaxation in monotonous and cyclic conditions. This work is also concerned with the measure in real time of the volume strain due to the phenomena of damage. The results are given for various orientations of specimen within the extruded plates. The thermodynamic modeling of the whole the results, is the subject of an original development leading to the unified prediction of measures in 3D: axial true stress, transverse true strains. The model also predicts the development of the damage and offer the possibility to introduce a tensorial damage variable. The identification of the model parameters on the basis of experimental data leads to physical quantities in conformity with the characteristics of the microstructure. This work opens the prospect for an enrichment of the thermodynamic approach in the direction of the prediction of the induced plastic anisotropy of semi-crystalline polymers

Les procédés de stockage de chaleur haute température par voie thermochimique solide/gaz présentent un grand intérêt pour des applications à des centrales solaires thermodynamiques. Le couple réactif CaO/Ca(OH)2 est adapté à cette application pour des déstockages entre 350 et 550°C sous des pressions de vapeur entre 0,2 et 2bar. Les paramètres de transferts de chaleur et de masse de lits de Ca(OH)2+GNE ont été évalués au travers de corrélations et d'expérimentations. Des expérimentations ont permis d'atteindre des puissances en réaction de déstockage supérieures à 200kW.m-3 pour des durées compatibles avec les centrales solaires (1 à 15h). Un modèle 2D a été développé, validé et exploité afin d'étudier les influences couplées des différents paramètres sur les performances du TCS. Enfin, l'intérêt de différentes configurations d'intégration du TCS dans la centrale solaire ont été mis en évidence en termes de performances et de puissances thermiques échangées avec les sources et puits
High-temperature heat storage processes using thermochemical solid/gas reaction exhibit great interest for applications in solar thermodynamic power plants. The reactive pair CaO/Ca(OH)2 is suitable for this recovery step application ranging from 350 to 550°C within steam pressures from 0.2 to 2 bar. Heat and mass transfer Ca(OH)2+GNE beds parameters were evaluated through correlations and experimentations. Experiments achieved recovery reaction powers above 200kW.m-3 for compatible durations with solar power plants (1 to 15 hours). A 2D model was developed, validated and exploited to study the coupled influences of different parameters on the performance of TCS. Finally, the benefit of different configurations of TCS integration within the solar power plant have been highlighted in terms of thermal performances and sources and sinks power exchanges

La fiabilité de fourniture est une caractéristique essentielle des systèmes électriques : elle évalue leur capacité à se prémunir d'incidents d'exploitation et repose sur leurs réserves dynamiques, caractérisées par le plan de tension et la fréquence et dont les temps caractéristiques varient entre quelques millisecondes et quelques heures. Or, les exercices de prospective long terme, s'intéressant à l'évolution des systèmes énergétiques sur plusieurs décennies, ne permettent pas d'apprécier cette fiabilité de fourniture et les systèmes électriques proposés sur l'horizon prospectif peuvent alors de ne plus la garantir. Ceci d'autant plus que l'intégration massive d'énergies renouvelables pourrait se faire au détriment de la fiabilité, du fait de la complexité induite par la gestion de l'intermittence. L'enjeu de notre étude est de rendre compatible l'évaluation de la fiabilité avec la dynamique temporelle associée aux exercices prospectifs de long terme. Nous proposons une représentation agrégée des systèmes électriques élaborée à travers une description thermodynamique de l'électromagnétisme. Cette approche nous permet d'établir deux indicateurs de fiabilité relatifs aux réserves dynamiques du système électrique et donc de quantifier de façon originale le niveau de fiabilité d'un système électrique en fonction du mix de production qui lui est associé. L'intérêt des indicateurs est démontré pour l'île de La Réunion où l'étude de la fiabilité du système électrique est réalisée sur les résultats issus de l'exercice de prospective long terme avec le modèle TIMES. Ce cas d'étude illustre particulièrement bien notre problématique puisque les acteurs publics de l'île se sont fixé pour objectif un mix de la production d'électricité en 2030 issu de 100% d'énergies renouvelables. L'analyse de ce scénario, et de quelques variantes, montre que les niveaux des réserves dynamiques diminuent avec l'intégration massive d'énergies renouvelables et qu'ils sont particulièrement préoccupants pendant la journée, lorsque la production intermittente est importante. On illustre ainsi comment, grâce à la mise en œuvre de nos indicateurs, il est désormais possible de discuter les conditions dans lesquelles la fiabilité continuerait à être assurée et à quel niveau, ce qui permet d'arbitrer entre l'ambition de décarbonation du mix électrique et la qualité de fourniture attendue
A reliable power supply is crucial for operating power systems. Defined as the ability of power systems to lock back into a steady-state condition after sudden disturbance (e. G. Load or production fluctuations), reliability is usually ensured through appropriate management of voltage and frequency and involves events whose time scales range from a few milliseconds to a few hours. However, energy planning models, which focus on power systems' long-term development (typically several decades), largely ignore reliability requirements and may consequently provide unrealistic options in this area. Yet this aspect is of tremendous importance, especially when high shares of renewable energy sources, and in particular intermittent energy sources, are expected in electricity production and may threaten supply reliability. To overcome this drawback, we propose assessing the reliability of supply when evaluating power systems' long-term development. We achieve a global description of power systems relying on variational principles deduced from thermodynamics. The approach provides two reliability indicators related to the dynamic properties of the whole system, namely the magnetic and kinetic reserves available in the system, thus quantifying in an original way the reliability of power supply for a given production mix. The relevance of the indicators is demonstrated through a prospective analysis of Reunion Island, which is targeting an electricity production mix with 100% renewable energy sources by 2030. We use a TIMES model to provide the electricity sector's responses to this scenario and to different assumptions. Results show that the levels of magnetic and kinetic reserves decrease with the integration of renewable energy sources, and that the levels of the reserves are critically low during the day, when intermittent energy sources can represent up to two thirds of the electricity production. This work thereby illustrates how we can use the two indicators to debate the most appropriate conditions for ensuring the reliability of supply, and makes it possible to choose between the targets of decarbonizing the electricity mix and maintaining an expected level of reliability

La fiabilité de fourniture est une caractéristique essentielle des systèmes électriques : elle évalue leur capacité à se prémunir d'incidents d'exploitation et repose sur leurs réserves dynamiques, caractérisées par le plan de tension et la fréquence et dont les temps caractéristiques varient entre quelques millisecondes et quelques heures. Or, les exercices de prospective long terme, s'intéressant à l'évolution des systèmes énergétiques sur plusieurs décennies, ne permettent pas d'apprécier cette fiabilité de fourniture et les systèmes électriques proposés sur l'horizon prospectif peuvent alors de ne plus la garantir. Ceci d'autant plus que l'intégration massive d'énergies renouvelables pourrait se faire au détriment de la fiabilité, du fait de la complexité induite par la gestion de l'intermittence. L'enjeu de notre étude est de rendre compatible l'évaluation de la fiabilité avec la dynamique temporelle associée aux exercices prospectifs de long terme. Nous proposons une représentation agrégée des systèmes électriques élaborée à travers une description thermodynamique de l'électromagnétisme. Cette approche nous permet d'établir deux indicateurs de fiabilité relatifs aux réserves dynamiques du système électrique et donc de quantifier de façon originale le niveau de fiabilité d'un système électrique en fonction du mix de production qui lui est associé. L'intérêt des indicateurs est démontré pour l'île de La Réunion où l'étude de la fiabilité du système électrique est réalisée sur les résultats issus de l'exercice de prospective long terme avec le modèle TIMES. Ce cas d'étude illustre particulièrement bien notre problématique puisque les acteurs publics de l'île se sont fixé pour objectif un mix de la production d'électricité en 2030 issu de 100% d'énergies renouvelables. L'analyse de ce scénario, et de quelques variantes, montre que les niveaux des réserves dynamiques diminuent avec l'intégration massive d'énergies renouvelables et qu'ils sont particulièrement préoccupants pendant la journée, lorsque la production intermittente est importante. On illustre ainsi comment, grâce à la mise en œuvre de nos indicateurs, il est désormais possible de discuter les conditions dans lesquelles la fiabilité continuerait à être assurée et à quel niveau, ce qui permet d'arbitrer entre l'ambition de décarbonation du mix électrique et la qualité de fourniture attendue.

Le développement de systèmes de récupération d’énergie (ou energy harvesting systems en anglais) va de pair avec l’émergence de l’Internet des Objets et notamment la prolifération de réseaux de capteurs devant répondre aux besoins croissants en informations, que ce soit dans le domaine de l’industrie, de la sante, de la domotique ou de l’environnement qu’il soit urbain ou naturel. Les progrès réalisés ces dernières années dans le domaine des Technologies de l’Information et de la Communication ont permis de lever certains verrous technologiques au déploiement de ces réseaux de capteurs intelligents et autonomes, notamment grâce a l’amélioration des performances intrinsèques des composants microélectroniques (vitesse, consommation), la conception de circuits plus économes en énergie, ou bien la mise en place de standards de communications radio adaptes a ces contraintes énergies. Etant donné l’ubiquité des sources d’énergie, la fabrication de générateurs permettant d’alimenter directement ces capteurs à partir de ces sources représente une alternative viable à l’utilisation de batteries pour prolonger la durée de vie de ces capteurs communicants. Diverses technologies de générateurs ont ainsi été proposes pour s’adapter aux différentes formes que peut prendre l’énergie, qu’elle soit d’origine thermique, mécanique, solaire ou électromagnétique.Le présent travail est une contribution au développement de certains dispositifs de récupération thermiques basés sur l’exploitation des propriétés thermiques et mécaniques de bilames thermostatique. Ce type de générateurs, propose et développe au sein de STMicroelectronics à Crolles, se veut être une alternative fiable et bas cout a l’utilisation de matériaux thermoélectriques exploitant l’effet Seebeck pour générer de l’énergie électrique. Divers dispositifs ont déjà été fabriqués, démontrant la capacité des moteurs thermiques à base de bilames thermostatiques à alimenter des capteurs autonomes en fonctionnement synchrone et asynchrone. L’objectif de cette thèse est alors de démontrer la possibilité de miniaturiser de tels moteurs thermiques grâce aux techniques de fabrications utilisées en microélectronique. Afin de garantir le fonctionnement de ces systèmes a micro-échelle, un important travail de fond a d’abord été effectue sur la compréhension et la modélisation des phénomènes de couplages thermomécaniques a l’origine du comportement bistable des membranes bimétalliques. Ce travail a débouché sur la démonstration théorique du fonctionnement des moteurs thermiques a base de bilames et sur l’évaluation de leur performances énergétiques (énergie disponible, efficacité thermique, efficacité de Carnot relative). Dans la continuité de ce premier modèle, d’autres travaux ont été menés pour évaluer les performances de moteurs thermiques exploitant différents phénomènes de couplage électromécanique en vue de convertir l’énergie mécanique générée par les bilames thermostatiques en énergie électrique exploitable par les capteurs autonomes. La simulation du comportement des micro-générateurs à l’aide de ces divers modèles a debouché sur des lois d’échelles sur les performances des moteurs thermiques. Finalement, divers procédés de fabrications ont ete développé pour permettre la fabrication de microstructures thermiquement bistables
The development of energy harvesting systems is linked to the emergence of the Internet of Things (IoT) and especially the proliferation of Wireless Sensors Networks that should respond to the growing needs for monitoring data in domains as diverse as the industry, the urban or natural environments, the home, or the human body etc. Recent progress in the field of information technologies have enabled to remove some of the technical obstables to the deployment of these smart and autonom devices, in particular thanks to the improvement of the performances of microelectronic components, the design of ultra-low-power circuits, or the creation of wireless communications standards adapted to the energy needs of wireless sensors. Given the great availability of energy sources, energy harvesters are reliable alternatives to batteries in order to extend the autonomy of these sensors. Various technologies of generators have been developped to adapt to the type of local energy sources (heat, vibration, light, radio-frequencies).The present work is a contribution to the development of thermal energy harvesters exploting the thermal and mechanical properties of bimetal thermostats. This type of technology developped at STMicroelectronics are intended to be a reliable and low-cost alternative to the use of thermoelectric materials exploing Seebeck effect to generate electricity from heat. Various devices were already fabricated at the macro-scale, demonstrating their ability to power wireless sensor nodes. In the continuity of these works, this PhD thesis aims to demonstrate the operation of these generators at the sub-millimetric scale. As a consequence, an important work on the modeling of the thermo-mechanical instability of bimetallic strips was made to understand the operation of bimetallic strip heat engines. This work enabled to theoretically demonstrate the capability of bimetallic to transform heat into mechanical energy and to evaluate the performances of such heat engines. Coupling between bimetallic strip heat engines and electro-mechanical transducers was also modeled to compare the performances of the current prototypes of generators. We then modeled the thermo-mechanical behavior of composite beams at the microscale and established scaling rules of the performances of the bimetallic strip heat engines, We finally developped microlectronic fabrication process to manufacture thermo-mechanically bistable beams at the microscale

We study the continuous extractive distillation of minimum boiling azeotropic mixtures with a heavy entrainer (class 1.0-1a) for the acetone-methanol with water and DIPE-IPA with 2-methoxyethanol systems. The process includes both the extractive and the regeneration columns in open loop flowsheet and closed loop flowsheet where the solvent is recycled to the first column. The first optimization strategy minimizes OF and seeks suitable values of the entrainer flowrate FE, entrainer and azeotrope feed locations NFE, NFAB, NFReg, reflux ratios R1, R2 and both distillates D1, D2. OF describes the energy demand at the reboiler and condenser in both columns per product flow rate. It accounts for the price differences in heating and cooling energy and in product sales. The second strategy relies upon the use of a multi-objective genetic algorithm that minimizes OF, total annualized cost (TAC) and maximizes two novel extractive thermodynamic efficiency indicators: total Eext and per tray eext. They describe the ability of the extractive section to discriminate the product between the top and to bottom of the extractive section. Thermodynamic insight from the analysis of the ternary RCM and isovolatility curves shows the benefit of lowering the operating pressure of the extractive column for 1.0-1a class separations. A lower pressure reduces the minimal amount of entrainer and increases the relative volatility of original azeotropic mixture for the composition in the distillation region where the extractive column operates, leading to the decrease of the minimal reflux ratio and energy consumption. The first optimization strategy is conducted in four steps under distillation purity specifications: Aspen Plus or Prosim Plus simulator built-in SQP method is used for the optimization of the continuous variables: R1, R2 and FE by minimizing OF in open loop flowsheet (step 1). Then, a sensitivity analysis is performed to find optimal values of D1, D2 (step 2) and NFE, NFAB, NFReg (step 3), while step 1 is done for each set of discrete variables. Finally the design is simulated in closed loop flowsheet, and we calculate TAC and Eext and eext (step 4). We also derive from mass balance the non-linear relationships between the two distillates and how they relate product purities and recoveries. The results show that double digit savings can be achieved over designs published in the literature thanks to the improving of Eext and eext. Then, we study the influence of the Eext and eext on the optimal solution, and we run the second multiobjective optimization strategy. The genetic algorithm is usually not sensitive to initialization. It allows finding optimal total tray numbers N1, N2 values and is directly used with the closed loop flow sheet. Within Pareto front, the effects of main variables FE/F and R1 on TAC and Eext are shown. There is a maximum Eext (resp. minimum R1) for a given R1 (resp. Eext). There exists an optimal efficiency indicator Eext,opt which corresponds to the optimal design with the lowest TAC. Eext,opt can be used as a complementary criterion for the evaluation of different designs. Through the analysis of extractive profile map, we explain why Eext increases following the decrease of FE and the increase of R1 and we relate them to the tray numbers. With the sake of further savings of TAC and increase of the environmental performance, double-effect heat integration (TEHI) and mechanical heat pump (MHP) techniques are studied. In TEHI, we propose a novel optimal partial HI process aiming at the most energy saving. In MHP, we propose the partial VRC and partial BF heat pump processes for which the coefficients of performance increase by 60% and 40%. Overall, optimal partial HI process is preferred from the economical view while full VRC is the choice from the environmental perspective.

Dans cette étude de doctorat, la technique de dépôt tridimensionnel de fibres (3DFD) a été appliquée pour développer et fabriquer des structures de support catalytique multi-canaux avancées. En utilisant cette technique, le matériau, la porosité, la forme et la taille des canaux et l'épaisseur des fibres peuvent être contrôlées. L'objectif de cette recherche est d'étudier les performances des supports structurés 3D conçus pour la méthanation du CO2 en termes d'activité, de sélectivité de stabilité et d’étudier l'impact des propriétés spécifiques introduites dans la conception structurale des supports
In this doctoral study, the three dimensional fibre deposition (3DFD) technique has been applied to develop and manufacture advanced multi-channelled catalytic support structures. By using this technique, the material, the porosity, the shape and size of the channels and the thickness of the fibres can be controlled. The aim of this research is to investigate the possible benefits of 3D-designed structured supports for CO2 methanation in terms of activity, selectivity and stability and the impact of specific properties introduced in the structural design of the supports

Actuellement, la plupart des fabricants de pompes à chaleur (PAC) fournissent les valeurs de coefficients de performances (COP) obtenus en laboratoire en conditions contrôlées et standardisées. Une méthode prometteuse, appelée méthode de mesure des performances dans la suite, d’évaluation des performances de PAC in situ, basée sur le bilan énergétique du compresseur, a été présentée par Tran et al. (2013). Cette méthode détermine le débit de fluide frigorigène et est compatible avec différents types de PAC, notamment air-air, et des cycles frigorifiques plus complexes.Tran et al. (2013) ont déterminé que l’incertitude sur l’évaluation de pertes thermiques du compresseur contribue à hauteur de 40% sur l’erreur d’estimation de la puissance thermique. L’objectif de cette thèse est d’établir une méthode simplifiée quant à l’instrumentation pour mesurer les pertes thermiques in situ. Pour cela, deux modèles numériques détaillés sont développés afin d’examiner la distribution de température sur l’enveloppe de deux types de compresseurs, scroll et rotary. Les mesures expérimentales fournies par un fabricant de compresseurs, Mitsubishi Heavy Industries (MHI), sont utilisées pour calibrer et valider les modèles numériques. Ces derniers permettent de définir deux protocoles de mesures différents pour les deux compresseurs. Ensuite, le protocole établi pour le compresseur rotary est intégré dans la méthode de mesures des performances. Les puissances thermiques calculées sont comparées avec des valeurs de référence, obtenues à partir d’un prototype en banc d’essai à EDF Lab Les Renardières
Currently, most heat pump(HP) manufacturers provide coefficient of performance (COP) values obtained in laboratories under standardized controlled operating conditions. These COP values are not necessarily representative of those obtained on-field. A promising method, referred to as the performance assessment method, that measures heat pump performances in-situ based on compressor energy balance, was presented by Tran et al. (2013). The method determines refrigerant mass flow rate and has the capability of measuring performances of various HP types, such as air-to-air, as well as more complex refrigeration cycles. The method abstains from intrusive measurements, and is, therefore, perfectly suitable for in-situ measurements.As shown in the work of Tran et al. (2013), compressor heat losses account for 40% in the final uncertainty of performance values obtained with the performance assessment method. The objective of this thesis is to establish a rather simplified measurement method, in terms of instrumentation, that is used to determine compressor heat losses in-situ. For this purpose two detailed numerical models for assessing the temperature fields of the scroll and rotary compressor shells were developed. Experimental measurements obtained with the help of compressor manufacturer, Mitsubishi Heavy Industries (MHI), are used to validate and calibrate the numerical models. The developed numerical models allow to define two different measurement protocols for both compressors. Established compressor heat loss protocol for rotary compressor is then integrated in the performance assessment method and the obtained heating capacities are compared with reference measurements in an experimental test bench in EDF Lab Les Renardières

La question de l'énergie prend de plus en plus d'importance pour le secteur industriel, qui consomme beaucoup d'énergie. Pour remédier à cette difficulté, l'analyse exergétique et l'analyse exergoéconomique semblent être des techniques très efficaces puisqu'elles permettent aux opérations industrielles d'être plus efficaces tout en réduisant leur impact environnemental et en maximisant les bénéfices économiques. Dans ce contexte, l'objectif principal de l'étude présentée dans cette thèse est d'améliorer l'efficacité énergétique de la centrale de cogénération existante via différentes possibilités d'amélioration de la production d'électricité afin d'alimenter le réseau national à partir de bagasse excédentaire et ainsi de démontrer la valeur de cette approche pour l'analyse de l'efficacité énergétique des processus et des utilités. De plus, promouvoir une technologie intégrée de pointe pour la conversion des sous-produits de la canne à sucre disponibles en indicateurs énergétiques alternatifs bio fuel pour un avantage économique et pour alléger la charge environnementale a été réalisée.Cette thèse présente une méthodologie générique de la gestion énergétique des procédés thermiques couplés avec le simulateur de procédé ProSimPlus® qui est bien adaptée aux études d'efficacité énergétique dans une centrale de cogénération. Cette étude automatise entièrement l'analyse exergétique en présentant l'ensemble du bilan exergétique dans un seul logiciel, en plus d'utiliser des expressions génériques pour le travail et les flux de chaleur.Trois scénarios d'exploitation (cas I - le « réseau » et l'"usine » fonctionnant simultanément, le cas II - le réseau fonctionne et l'usine « OFF », et le cas III - le réseau « OFF » et l'usine « ON ») ont été utilisés pour examiner les analyses exergétiques et exergoéconomiques d'une installation de cogénération.En raison de l'imprévisibilité du marché de l'énergie en termes de disponibilité et de prix, le choix du mode de fonctionnement approprié pour équilibrer la faisabilité et la rentabilité des procédés chimiques est devenu un sujet important dans le domaine industriel. Le choix de la configuration d'exploitation optimale est crucial pour la stabilité d'une installation de traitement, en particulier lorsque l'alimentation du réseau n'est pas constante. Le simulateur de procédé ProSim Plus® a été utilisé pour créer un jumeau numérique de la section de cogénération à turbine à vapeur du côté des services publics de la sucrerie de Wonji-Shoa en Éthiopie, à partir de données réelles.De plus, L'analyse combinée du pincement et de l'exergie (CPEA) analyse initialement la représentation des courbes composites chaudes et froides (HCCC) du cycle de la vapeur et spécifie les besoins en énergie et en exergie. Les courbes composites d'exergie équilibrées générées sont utilisées pour visualiser les pertes d'exergie dans chaque composant des échanges thermiques de procédé et de service. Par conséquent, l'analyse combinée de l'exergie et du pincement révèle que davantage d'économies d'énergie peuvent être réalisées en réduisant la destruction de l'exergie dans la centrale de cogénération (∆Tlm).Enfin, un concept de conception prenant en compte les critères permettant d'identifier les limites supérieures théoriques de l'approche potentielle de conversion de la biomasse des sous-produits de la canne à sucre en indicateurs énergétiques a été présenté. Pour analyser le potentiel de captage du carbone de la biomasse, l'évaluation du modèle de conversion de masse stœchiométrique et des indicateurs d'efficacité énergétique a été formulée. Cela montre que la diversification multiproduit, des matières premières aux biocarburants, dans le cadre de systèmes de processus intégrés, pourrait potentiellement réduire le déficit énergétique et gérer le fardeau environnemental
The energy issue is becoming increasingly important for the industrial sector, which consumes a considerable amount of energy. In spite of the fact that the scientific community should continue to seek alternative energy sources, a short-term option would be to rely on more reasonable energy consumption. To address this difficulty, exergy and exergoeconomic analysis looks to be very effective techniques since it allows industrial operations to be more efficient while also reducing their environmental impact and maximize the economic benefits. In this context, the major objective of the study presented in this dissertation is to improve the energy efficiency of the existing cogeneration plant for further possibilities of electricity generation improvement to supply to the national grid system from surplus bagasse and also to demonstrate the value of this approach for analysis of energy efficiency of processes and utilities. Moreover, promoting advanced integrated technology for the conversion of available sugarcane byproducts (bagasse, molasses, and filter cake) to alternative energy indicators (bioethanol, alkane, and syn-gas or synthesis gases) for economic benefit and to alleviate the environmental load from the depilation of wastes especially in the downstream area.This dissertation presents a generic technique for energy balancing in thermal processes coupling with ProSimPlus® process simulator proved to be well-suited for energy efficiency studies in a cogeneration plant. This study fully automates exergy analysis by presenting the entire exergy balance within a single piece of software in addition to employing general expressions for work and heat streams. Furthermore, three operating scenarios (case I - both the “Grid” and the “Factory” operating simultaneously, Case II – the grid operates and the factory “OFF”, and Case III – the grid “OFF” and the factory “ON” scenarios) have been used to examine the exergy and exergoeconomic analyses of a cogeneration facility.Because of the unpredictability of the energy market in terms of availability and pricing, selecting the appropriate operating mode to balance feasibility and profitability of chemical processes has become a hot subject in the industrial arena. Choosing the optimal operating setup is crucial for the stability of a process plant, especially when the grid supply is not constant. The ProSim Plus® process simulator was used to create a digital twin of the steam turbine cogeneration section on the utility side of the Wonji-Shoa sugar mill in Ethiopia, using actual data. Moreover, a steam power plant was simulated in a ProSimPlus ® simulator, and operating parameters of the steam turbine were analyzed utilizing the exergy concept with a pinch-based technique. The Combined Pinch and Exergy Analysis (CPEA) initially analyses the depiction of the Hot and Cold Composite Curves (HCCCs) of the steam cycle and specifies the energy and exergy requirements. The fundamental assumption of the minimal approach temperature difference (〖∆T〗_lm) necessary for the pinch analysis is represented as a unique exergy loss that raises the heat demand (heat duty) for power generation. On the other hand, the exergy composite curves focus on the potential for fuel saving throughout the cycle having opportunities for heat pumping in the process. Finally, a conceptual design that considers the criteria to identify the upper theoretical limits of biomass conversion to enhance the potential approach to the conversion of sugarcane byproducts into energy indicators forwarded. In order to analyze the biomass carbon-capturing potential, the model assessment of stoichiometric mass conversion and energy efficiency indicators were formulated. Modeling plays up the importance of stoichiometric efficiency of biomass conversion into multi-product diversification of feedstock within integrated process schemes could have the potential to fill the energy gap and to manage environmental load

Cette thèse est consacrée à l'exploration du diagramme de phases de l'or à haute pression et haute température. Pour cela, le calcul de l'énergie libre est fondamental afin de comparer la stabilité relative des phases dans des conditions thermodynamiques spécifiques. Cependant, cette grandeur dépend explicitement de la fonction de partition, ce qui la rend difficile à calculer en simulation atomistique. Elle est souvent décomposée en contributions froide et thermique. Parmi ces contributions, les vibrations du réseau cristallin, les phonons, jouent un rôle crucial. En effet, les températures explorées induisent l'apparition d'effets anharmoniques, nécessitant l'emploi de la dynamique moléculaire ab initio, ici basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Cette méthode est la plus appropriée pour prendre en compte ces effets, que les potentiels interatomiques phénoménologiques existants ne parviennent pas à reproduire. Couplée à l'intégration thermodynamique, cette approche constitue une méthode de référence pour le calcul de l'énergie libre. Toutefois, elle reste très coûteuse en temps de calcul et est donc prohibitive pour construire le diagramme de phase complet de l'or. Des méthodes alternatives existent, comme l'approximation quasi-harmonique, mais leur validité à haute température est difficile à évaluer. L'objectif de cette thèse est donc de proposer une méthode efficace pour calculer l'énergie libre tout en conservant la précision de la DFT. Pour ce faire, une procédure d'échantillonnage accélérée par apprentissage automatique est employée. Elle permet d'entraîner des potentiels numériques de substitution, mobilisés a posteriori pour extraire les énergies libres de Gibbs des structures considérées via un calcul d'intégration thermodynamique hors équilibre. Les résultats obtenus ont été validés par comparaison avec ceux du potentiel effectif dépendant de la température. Dans une première partie, cette approche a été appliquée pour construire le diagramme de phases de l'or solide de 0 à 1 TPa et jusqu'à 10 000 K. Elle montre la stabilisation d'une phase cubique centrée (bcc) à haute température, autour de 200 GPa. Une explication de la transition cubique faces centrées (fcc)-bcc avant la fusion a été proposée, se basant sur les effets des constantes de forces interatomiques. Par ailleurs, les domaines de stabilité des phases fcc et hexagonale compacte (hcp) prédits par cette étude sont en bon accord avec la plupart des résultats expérimentaux récents. Dans la seconde partie, cette procédure a été étendue au calcul de la courbe de fusion de l'or
This thesis is dedicated to exploring the phase diagram of gold under high pressure and high temperature. Calculating the free energy is fundamental for comparing the relative stability of phases under specific thermodynamic conditions. However, this quantity explicitly depends on the partition function, making it challenging to calculate in atomistic simulations. It is often decomposed into cold and thermal contributions. Among these contributions, the lattice dynamics, or phonons, play a crucial role. The temperatures explored induce indeed anharmonic effects, necessitating the use of expensive ab initio methods, based on density functional theory (DFT) which are the most appropriate method to account for these effects that existing empirical potentials cannot reproduce. Coupled with thermodynamic integration, it is the reference method for calculating free energy. However, this method remains very time-consuming and is thus prohibitive to explore the whole phase diagram of gold. Alternative methods exist, such as the quasi-harmonic approximation, but its validity at high temperature is difficult to assess. The goal of this thesis is to propose a method that maintains DFT accuracy while reducing computation time. To achieve this, an accelerated sampling procedure using machine learning is employed. This procedure allows for the training of surrogate potentials, which are then used a posteriori to extract the Gibbs free energies of the considered structures via a non-equilibrium thermodynamic integration calculation. The results obtained have been validated by comparison with those from the temperature-dependent effective potential. In the first part, this approach was applied to construct the phase diagram of solid gold from 0 to 1 TPa and up to 10,000 K. It shows the stabilization of a body-centered cubic (bcc) phase at high temperatures, around 200 GPa. An explanation for the cubic face-centered (fcc)-bcc transition before melting was proposed, based on the effects of interatomic force constants. Furthermore, the stability domains of the fcc and hexagonal close-packed (hcp) phases predicted by this study are in good agreement with most recent experimental results. In the second part, this procedure was extended to calculate the melting curve of gold