Letteratura scientifica selezionata sul tema "Économies d'énergie – Simulation, Méthodes de"

L'un des plus urgents problèmes auquel ont à faire face plusieurs pays en voie de développement est l'accès à l'eau potable. La plus grande partie de la population touchée par ce problème se retrouve en milieu rural, éloignée des grands réseaux de distribution d'électricité. Pour tenter de résoudre cette crise, l'introduction de systèmes de pompage photovoltaïques (PV), dans le cadre de programmes de pré-électrification rurale, offre une solution attrayante pour satisfaire les besoins en eau, en terme d'autonomie, de fiabilité et de performance. Un système de pompage photovoltaïque comprend un champ de modules PV qui transforme l'énergie solaire en électricité. Un onduleur (aussi appelé convertisseur) transforme ensuite le courant continu (CC) généré par le champ en courant alternatif (CA), ce dernier permettant d'alimenter un groupe moto-pompe (GMP) qui peut être immergé - dans un puits ou un forage - ou de surface (sur une rivière). II existe aussi des GMP à courant continu. Au lieu de stocker les surplus d'énergie produite dans de dispendieux accumulateurs (batteries), ce sont les surplus d'eau pompée que l'on emmagasine dans un réservoir. Ce système, dit « au fil du soleil », a obtenu d'excellentes performances en conditions réelles d'opération. Cependant, avec les méthodes de conception actuelles, la taille du réservoir est souvent grossièrement estimée. Dans le cas d'un réservoir trop petit, il en résulte une insatisfaction des usagers lorsque des débordements de réservoir se produisent. Ce gaspillaged'eau fait subir à la population des privations en ce qui concerne la consommation personnelle et affecte la rentabilité de l'opération quand les excédents d'eau sont habituellement vendus ou destinés à l'irrigation. Lorsque le réservoir est sur-dimensionné, les villageois ont alors à faire face à des coûts de construction trop élevés. La démarche entreprise dans cet article a pour but d'offrir une méthode de conception du réservoir qui ne se base pas uniquement sur le jugement et/ou les expériences passées. L'analyse du comportement des différentes composantes d'un système de pompage solaire a permis de mettre au point des modèles informatiques qui ont ensuite été validés grâce à des données obtenues sur le terrain au Sénégal. Le logiciel développé dans ce travail a pour but d'offrir une grande flexibilité pour la simulation de différents types d'équipement dans divers milieux d'opération. La qualité des résultats dépend étroitement de la précision des paramètres décrivant l'équipement et des données météorologiques. Grâce au logiciel, on pourra prédire le fonctionnement de nouvelles installations et assurer le suivi des systèmes déjà en place. La personne qui doit concevoir le système PV, de concert avec la communauté villageoise, sera capable de déterminer la taille optimale du réservoir (et peut-être valider les résultats obtenus avec les règles empiriques) permettant ainsi de mieux évaluer les coûts et les risques de pénurie qui sont liés à l'exploitation d'un système de pompage PV.

L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer le processus de refroidissement des bandes d'acier dans les lignes continu de recuit et de galvanisation. Le processus de refroidissement dans ces lignes est d'un intérêt métallurgique majeur. Des capacités de refroidissement insuffisantes peuvent entrainer la production d'acier de qualité inadéquate. Premièrement, le refroidissement par jets de gaz impactant sur l'acier est étudié. Le transfert de chaleur par ce procédé est limité d'une part pas la consommation du ventilateur et d'autre part par els phénomènes instationnaire qui apparaissent au niveau de la plaque pour de vitesse de jets élevées. Ainsi, la configuration du système de soufflage ainsi que les propriétés du gaz refroidissant sont analysés afin d'augmenter le taux de refroidissement en maintenant la consommation énergétique au plus bas. Une configuration optimale est ainsi définie. Par la suite, un modèle numérique est développé pour simuler l'interaction fluide-structure à l'origine des oscillations de la plaque. Ce modèle a permis de comparer des jets obliques à des jets impactant perpendiculairement. La configuration oblique confère plus de stabilité. Cependant, les taux de refroidissement maximaux par impact de jets ne sont pas suffisants pour obtenir des qualités d'acier spécifiques. C'est pour cela qu'une technique de refroidissement plus efficace basée sur le transfert de chaleur par ébullition est introduite. En effet, en raison du changement de phase qui se produit, des flux élevés de chaleur sont dissipés pour des vitesses d'impact minimes. Et, afin de contourner les réactions d'oxydation avec l'eau, un autre liquide à changement de phase est choisi pour le refroidissement, c'est le Pentane. Pour un refroidissement homogène et des économies du débit de fluide, le refroidissement par pulvérisation de gouttelettes (spray) est utilisé. Ainsi, un banc d'expérimentations est mis en place pour caractériser les échanges thermiques d'un spray de Pentane à température de surface élevée. L'effet des différents paramètres hydrodynamiques du spray sont étudiées et une corrélation est proposée. Elle permet de prédire le flux de chaleur évacué par un spray de pentane en fonction de la température de surface et des propriétés hydrodynamiques du spray. La corrélation est par la suite implémentée afin de prédire le taux refroidissement d'une tôle d'acier défilant dans une section de refroidissement par spray de pentane. Les performances de cette dernière sont par la suite comparé à un refroidissement par impact de jet pour le même cahier de charge. Le refroidissement par spray de pentane confère non seulement de meilleurs taux de refroidissement mais optimise aussi les consommations d'énergie
The main scope of this dissertation is to ameliorate the cooling process of the steel strips in continuous annealing and galvanizing lines. Cooling in continuous annealing and galvanizing lines is of great metallurgical interest. Insufficient cooling capacity can result in inadequate steel grades. Cooling by impinging gas jets over the steel surface is first investigated. The heat transfer rates of this process are limited on one side by the blowing device power consumption and on the other by the occurring non stationary phenomena for high impingement velocities. On one side, the blowing device configuration and blown gas properties are analyzed in order to increase the cooling rates while keeping the power consumption at its lowest. The study is undertaken throughout literature, experimental measurements, and numerical results. An optimized configuration is defined. On the other, a numerical model is developed to simulate the fluid-structure interaction that generates the detrimental oscillations of the strip. A configuration of oblique jet impingement is compared to normal impingement. It was proven to confer more stability. However, the maximum cooling rates reached by gas convection are insufficient regarding the cooling rates to obtain special steel grades. A more efficient technique based on boiling heat transfer is investigated. Due to phase change that occurs in boiling heat transfer, high heat fluxes are dissipated for small flow velocities. In order to sidestep the oxidation problems encountered with water, another liquid coolant is chosen, Pentane. For homogenous cooling patterns and savings in flow requirements, spray nozzles are used to impinge Pentane over the hot surface. An experimental bench is then set-up to characterize the cooling rates of a pentane spray for high surface temperature, i. E. Film boiling regime. The effect of the spray hydrodynamic parameters on the heat transfer process is analyzed and a correlation is developed. T he correlation predicts the evacuated heat flux from the hot surface as a function of the surface temperature and spray hydrodynamic parameters. The developed correlation is implemented in a simulation model in order to predict the cooling rate of a Pentane spray cooling section. The latter is then compared to gas jet cooling section for the same terms of reference. Aside from yielding higher cooling rates, Pentane spray cooling results in savings in power consumption

Les industries sont aujourd’hui contraintes d’innover et d’améliorer leur durabilité sous une pression économique, politique et sociale accrue dans un marché très concurrentiel, avec une société de plus en plus sensible aux enjeux environnementaux. Dans ce contexte, de nombreuses initiatives ont été menées aussi bien au niveau académique qu’industriel pour améliorer la gestion de l’énergie dans la phase de production. En parallèle des avancées technologiques, les économies d’énergie liées à l’organisation de la production ne sont pas toujours exploitées du fait d’un manque de données liées au comportement énergétique des systèmes. Pour répondre à cette problématique, la simulation à évènements discrets est une solution fiable, mais plusieurs verrous empêchent encore son utilisation industrielle : les approches de la littérature manquent de généricité et de procédures fiables pour intégrer les données réelles de consommation énergétique dans les cas les plus complexes. L’objectif de notre travail est de proposer un outil de simulation permettant de prédire la consommation énergétique des systèmes de production et servir d’outil d’aide à la décision couplant des objectifs énergétiques et productivistes généralement peu conciliables. Cet outil est basé sur une approche générique et flexible permettant de modéliser et simuler les flux de production et les flux énergétiques dans une plateforme unique. De plus, une méthodologie d’intégration des données de consommation complexes, basée sur une approche stochastique, est proposée. La validation de notre approche et de l’outil a été réalisée sur des unités industrielles du domaine de la transformation des polymères et élastomères
Todays, industries are compelled to innovate and improve their sustainability under economic, political and social pressure in a highly competitive market and within an increasing societal conscience towards environmental issues. In this context, several initiatives have been carried out at both academic and industrial levels to improve energy performance in the production phase. In parallel with technological advances, energy savings by production organization are not always exploited because of a lack of comprehension on the energy behavior of manufacturing systems. To solve this problem, Discrete Event Simulation is a reliable solution, but several barriers still prevent its industrial use: literature approaches lack genericity and reliable procedures for integrating energy consumption data in complex cases. The objective of our work is to propose a simulation tool allowing to predict the energy consumption of manufacturing systems, it serves as a tool to help decision-making to enhance energy performance and productivity usually considered as conflicting goals. This tool is designed following a generic and flexible approach to model and simulate workflows and energy flows in a single platform. In addition, a methodology for integrating complex energy consumption data, based on a stochastic approach, is proposed. Validation of our approach and our tool is carried out in the field of polymer processing

Plus d'un milliard de mètres carrés de logements devraient être construits dans les villes chinoises d'ici 2020. Dans le même temps, la demande de services énergétiques des ménages chinois va très vraisemblablement augmenter avec la progression continue des niveaux de vie. Le chauffage représente d'ores et déjà près de 40% de la consommation énergétique dans le résidentiel en Chine. La performance énergétique des bâtiments représente de ce fait un enjeu majeur pour les villes chinoises en matière de sécurité énergique et de lutte contre le changement climatique dans les décennies à venir. Plusieurs réglementations relatives à l'exigence de la performance thermique du logement sont entrées en vigueur successivement en Chine depuis les années 1990. Pourtant, les conséquences économiques et environnementales de leur application n'ont pas été examinées systématiquement dans une perspective de long terme. La thèse cherche à répondre à deux questions fondamentales : 1. Existe-t-il une trajectoire optimale d'évolution des normes relatives à la performance énergétique du bâtiment dans le contexte d'une urbanisation extrêmement rapide en Chine? 2. Si oui, quels sont des instruments politiques et économiques à mettre en place pour limiter la croissance de la demande énergétique et des émissions de CO2 dans ce secteur dans le contexte économique et institutionnel chinois ? En s'appuyant sur un exercice de modélisation prospective, nous examinons les différentes stratégies de maîtrise de la demande énergétique dans le bâtiment ainsi que leurs coûts économiques dans une ville chinoise à l'horizon 2030. Notre analyse quantitative dans la première partie de thèse montre que l'application des normes thermiques actuelles dans le bâtiment en Chine non seulement ne permet pas d'atteindre un niveau optimal du point de vue sociétal, mais serait aussi le choix le plus coûteux à long terme parmi les options techniques dont nous disposons aujourd'hui. Nous proposons donc que la réglementation thermique soit renforcée significativement. Plusieurs instruments économiques et politiques sont analysés dans la seconde partie des travaux de recherche. Nous élaborons trois modèles principaux permettant d'accompagner l'apprentissage des technologies plus efficaces et la transformation du secteur du bâtiment : 1). Mise en place d'un financement carbone au travers de l'intégration du mécanisme du développement propre du Protocole Kyoto dans le secteur du bâtiment ; 2). Flexibilité de la réglementation sur l'usage du sol dans l'élaboration du plan d'urbanisme de la ville ; 3). Création d'une incitation économique pour faciliter le tiers-financement d'actions de maîtrise de l'énergie dans les bâtiments, notamment par l'implication des compagnies de chaleur. A cet égard, la réforme tarifaire du chauffage urbain doit être menée à bien
More than one billion square meters of housing should be built in Chinese cities by 2020. At the same time, demand for energy services of Chinese households is very likely to increase as a result of continually improved living standards. Space heating already accounts for almost 40% of energy consumption in the residential sector in China. Thus the energy performance of buildings in Chinese cities represents a major challenge for ensuring energy supply security and combating climate change in the next decades. Several regulations relating to the requirement of the thermal performance of housing entered into force in China successively since the 1990s, the long term consequences of failure in enforcement and implementation have been examined from both energy security and climate protection perspectives. Nevertheless, few of studies in literature have addressed the issue from the perspective of economic investment decision. None of previous studies have studied the extent to which the current decision on more or less efficient standards in the large-scale urban infrastructure like buildings will have ultimately impact on the financing capacity in transforming the society toward low-carbon energy supply and consumption model, and the role the energy efficiency in buildings will play in enabling the public authority to harness the benefits resulting from reduced operation costs in early stage to facilitating the investment in new technology research and development and deployment in the future. The thesis seeks to answer two fundamental questions: 1. Is there an optimal development pathway to buildings energy performance standards in the context of extremely rapid urbanisation in China? 2. If so, what are political and economic instruments to put in place to limit growth in energy demand and CO2 emissions in this sector by taking the economic and institutional characteristics into account? Based on a modelling approach, we compare a variety of strategies to manage energy demand in buildings and their economic costs in a Chinese city by 2030. Our quantitative analysis in the first part of thesis shows that the adoption of current Chinese BEE standards not only fails to achieve an optimal level from societal point of view, but would also be the most costly amongst the technical options available today even without taking into account any cost of environmental externalities. Inclusion of carbon price will certainly favour the high-efficiency construction technology. More importantly, the city-level long-term modelling results show that even partial non-compliance of building energy efficiency today will result in tremendous difficulty in transforming the whole infrastructure under climate and economic constraints. Financing the new generation of low-carbon supply technologies such as renewable heating and carbon capture and storage (CCS) require taking into account the buildings thermal quality without any delays, otherwise the whole urban infrastructure would be saddled with high operation costs dilemma for several decades because both retrofitting and alternative energy supply in this case would be extremely costly and difficult to undertake. Therefore we strongly recommend that serious attention must be attached to efficiency issue today, and the current thermal regulations should be strengthened significantly and quickly to avoid irreversible carbon lock-in deadlock in the next two decades. Indeed, financial shortage appears not to be the insurmountable barriers to upgrading the current efficiency standards based on our modelling results, instead the institutional aspect may be the main obstacle to the no-lose strategy that allows benefits creation and redistribution. Several economic and policy instruments are analysed in the second part to accompany the actions of buildings performance amelioration with removal of institutional barriers. We develop three main models to accompany the learning of high-efficiency construction technology and processing industry : 1). Establishment of a carbon financing system via the integration of the Clean Development Mechanism of the Kyoto Protocol into the construction sector ; 2). Flexibility of land use regulations on property developing and city zoning ; 3). Creation of economic incentives to facilitate third-financing of energy efficiency in buildings, including the involvement of municipal heat companies. In this regard, district heating pricing reform must be carried out accordingly

Dans l’optique de la préservation de l’environnement et de la réduction des consommations énergétiques des bâtiments, le rafraîchissement par dessiccation utilisant l’énergie solaire apparait comme une alternative aux systèmes de climatisation traditionnels énergivores dont l’impact environnemental est très élevé. Les résultats expérimentaux ont montré un potentiel très intéressant de cette technique pour les climats à humidité absolues modérée et la possibilité de procéder exclusivement à partir de l’énergie solaire avec un rendement global de l’installation solaire supérieur à 0,5. En comparant la consommation énergétique totale avec celle d’une installation traditionnelle utilisant la compression de vapeur pour la même capacité de refroidissement on obtient des résultats réduits de moitié. La validation expérimentale des modèles développés a montré des écarts très faibles et la simulation numérique de la configuration en tout air neuf est avantageuse pour des humidités absolues relativement modérées tandis que la configuration en recirculation est plus intéressante pour les humidités élevées. On a proposé une méthode de dimensionnement et une méthode de régulation qui est en mesure de maintenir les conditions du bâtiment dans la zone de confort. L’étude du potentiel solaire dans le procédé de rafraîchissement par dessiccation a montré que les capteurs sous vide ont une fraction solaire supérieure à 90%. Enfin l’analyse de cycle de vie menée sur l’installation dessicante en comparaison avec une installation traditionnelle a mis en évidence la pertinence du recours à ce procédé dans l’optique de la préservation des ressources et de la protection l’environnement
In the perspective to protect the environment and to reduce building energy consumption, solar desiccant cooling appears as an alternative to vapour compression systems. This technology associates different elementary changes of moist air and presents its highest potential during sunny days. In this work we conducted an experimental and a numerical investigation of a desiccant plant powered by solar vacuum tube collectors. Experimental results showed a high potential for moderately humid climates and the possibility to proceed solely by solar energy with an overall efficiency of the solar installation of 0. 5. When comparing the total energy consumption of the desiccant system and that of a traditional vapour compression system for the same operating conditions and same cooling capacity we obtained a reduction by a factor of 2. Numerical investigation of the system for the conventional and the recirculation configurations showed that the first is interesting for relatively moderately humidity while the second is recommended for elevated humidity. The elaboration of the supply conditions lines yielded a proposal of a dimensioning method. We proposed a control strategy for the system that was able to keep the building conditions in the comfort zone. The investigation of solar energy use in the desiccant process showed that vacuum tube collectors have a solar fraction over 90% and an overall efficiency of 0. 5. Finally the life cycle assessment conducted on the experimental desiccant plant in comparison with the vapour compression system showed that desiccant cooling is a relevant process in the perspective of the energy savings and the protection of the environment protection

La performance des bâtiments est influencée par un certain nombre de facteurs, notamment les caractéristiques physiques, l'enveloppe, l'entretien du système, la qualité de l'air intérieur et le climat. Cependant, il est important de se souvenir du comportement des occupants qui détermine la performance globale du bâtiment. Les occupants sont l'un des facteurs qui ont le plus d'impact sur la performance globale des bâtiments. La phase d'exploitation est la phase la plus consommatrice d'énergie d'un bâtiment, car elle concerne les systèmes techniques, les équipements et les occupants. La différence entre les données énergétiques réelles et l'énergie prédite a été identifiée comme une lacune de connaissances principale dans la littérature. L'une des principales raisons de la différence entre les performances prédites et simulées des bâtiments est liée à la nature stochastique de leurs occupants : leur présence, les activités en cours, les caractéristiques dépendantes de l'activité et les implications qui en résultent pour le confort perçu. Les études précédentes se sont concentrées sur les enquêtes BO liées à l'énergie dans les bâtiments résidentiels. Cette recherche implique le développement et la validation de modèles stochastiques dans les bâtiments universitaires existants. Modèles spécifiques dans les domaines de l'occupation, des activités, de l'ombrage, des ouvertures de fenêtres, du thermostat et de l'utilisation de l'éclairage. Dans les outils de simulation conventionnels actuels, le comportement des occupants est modélisé sous forme de modèles d'occupation. L'objectif de cette étude est d'identifier les impacts directs et/ou indirects du comportement des occupants sur la performance globale du bâtiment. Le comportement dynamique des occupants est modélisé et simulé ainsi que les aspects thermiques d'un bâtiment. Par conséquent, pour étayer cette étude, une revue chronologique de la littérature sur l'OB et ses effets sur la performance des bâtiments a été réalisée. Cette thèse décrit notre principale plateforme de validation qui intègre des modèles d'occupants stochastiques dans une plateforme de simulation multi-agents (SimOcc), qui communique directement avec la simulation du bâtiment. Par la suite, des simulations de construction ont été réalisées pour les bâtiments à l'aide de données réelles et d'outils logiciels TRNSYS. SimOcc est validé via une plateforme de co-simulation afin de démontrer l'efficacité du modèle de comportement stochastique intégré des occupants dans les bâtiments commerciaux. Un modèle croyance-désir-intention est utilisé pour développer un ensemble d'objectifs et de plans qu'un agent doit suivre pour influencer l'environnement en fonction de ses croyances sur les conditions environnementales actuelles. SimOcc utilise des techniques d'apprentissage automatique multi-agents pour apprendre à réagir aux processus de construction et les agents sont capables de choisir des stratégies sans avoir besoin de règles spécifiques au contexte. En utilisant ces techniques complémentaires, l'intégration de la présence et du comportement des occupants dans une plate-forme unique pour prendre en charge un support de simulation complet qui peut être facilement interfacé avec divers programmes de simulation de la performance des bâtiments est une contribution clé de cette connaissance de thèse
Building performance is impacted by several factors, including physical characteristics, envelope, system maintenance, indoor air quality and climate. However, it is important to remember the behavior of the occupants which determines the overall performance of the building. The operational phase is the phase that consumes the most energy from a building, as it involves technical systems, equipment and occupants. The difference between actual energy and predicted energy has been identified as a main knowledge gap in the literature. One of the main reasons for this difference is related to a misunderstanding of the stochastic nature of their occupants: their presence, current activities, activity-dependent characteristics and the resulting implications for perceived comfort. The focus of previous studies has been on energy-related occupant behavior (OB) investigations in residential buildings. This research involves the development and validation of stochastic models within existing academic buildings. Specific models used in the study areas are occupancy, activities, shading, window openings, thermostat and lighting usage. In current conventional simulation tools, occupant behavior is modeled as occupation patterns. The objective of this study is to identify the direct and/or indirect impacts of occupant behavior on the overall performance of the building. The dynamic behavior of the occupants is modeled and simulated along with the thermal aspects of a building. Consequently, to support this study, a chronological review of the literature on OB and its effects on building performance was conducted. This thesis describes our principle validation platform which integrates stochastic occupant models into a multi-agent simulation platform (SimOcc), which communicates directly with the building simulation. Subsequently, building simulations were completed for the buildings using real data and TRNSYS software tools. SimOcc is validated through a co-simulation platform in order to demonstrate the effectiveness of the built-in stochastic behavior model of occupants in educational buildings. A belief-desire-intention model is used to develop a set of objectives and plans that an agent should follow to influence the environment based on their beliefs about current environmental conditions. SimOcc uses multi-agent-based modeling to learn how to react to building processes and agents are able to choose strategies without the need for context-specific rules. Using these complementary techniques, the integration of occupant presence and behavior in a single platform to support comprehensive simulation support that can be easily interfaced with various building performance simulation programs is a key contribution of this thesis

Ces travaux sont centrés sur l’étude des potentialités d’utilisation de la pervaporation, procédé de séparation par membrane, en couplage avec des procédés de séparation ou de réaction. L’objectif principal est d’évaluer la faisabilité technico-économique, le gain potentiel mais aussi les limites de son application compatible avec une exploitation industrielle. La détermination de ce gain passe par la simulation des procédés qui nécessite une modélisation correcte des processus élémentaires. Une modélisation à plusieurs niveaux est proposée. Elle permet de prendre en compte les différents systèmes d’études : matériaux membranaires et cas d’application et de donner le choix du nombre de paramètres ajustables en fonction des données expérimentales disponibles. Cette démarche a été appliquée à deux applications différentes. Le premier cas correspond à la récupération de butanol à partir de milieu de fermentation. Cette étude a montré des gains sur la productivité de la fermentation par couplage direct du fermenteur avec la pervaporation équipée de membrane hydrophobe. Le second cas correspond à la séparation eau/acide acétique, avec pour objectif la minimisation de la consommation énergétique pour un cahier des charges fixé. Le couplage retenu met en œuvre une étape de distillation suivie d’une étape de pervaporation équipée d’une membrane hydrophile. Les performances de quatre membranes ont été déterminées expérimentalement pour cette application. Enfin, une méthodologie est proposée permettant de déterminer les performances minimales de membrane permettant d’atteindre, en fonction des spécifications du cahier des charges, un gain énergétique par rapport au procédé conventionnel
The potential economical interest of using pervaporation, a membrane separation process, in hybrid processes (with separation or reaction unit) has been investigated. The main objective is to determine benefits and limitations of its use for an industrial application. The determination of the interest is predicted by simulation which requires a good understanding and a good representation of the elementary phenomenon of mass transfer and thermodynamic. A multilevel pervaporation modelling is developed, which takes into account the system variability (membranes and compounds) and allows choosing the number of fitted parameters according to the available experimental data. Two different industrial applications are studied. First, the recuperation of butanol from a fermentation medium is exposed. This case study has shown the gain on fermentation productivity when pervaporation, equipped with hydrophobic membrane, is used in direct coupling with fermenter. Next, the dehydration of acetic acid is studied with the aim of reduction the energy consumption of the conventional process. The configuration which has been selected involves a distillation column followed by a pervaporation module, equipped with a hydrophilic membrane. Performances of four membranes have been experimentally determined by for this application. Finally, a simulation methodology is developed, which can be applied to determine the membrane performances that need to be achieved to replace conventional processes with a hybrid process while respecting industrial specifications

Le « bâtiment à énergie positive » est un concept de bâtiment très performant. Il peut constituer l'une des réponses possibles aux défis énergétiques et environnementaux d'aujourd'hui. Pourtant il est encore peu connu et peu mis en œuvre. À la lumière de quelques réalisations, ce concept a été défini et caractérisé, puis différents outils et méthodes ont été identifiés pour permettre l'analyse des performances d'un bâtiment. Compte tenu des spécificités techniques des bâtiments à énergie positive, deux solutions technologiques ont été plus particulièrement étudiées : un système de ventilation intégrant un échangeur air-sol a été modélisé puis validé à partir de données de mesure ; un système de chauffage aéraulique à micro-cogénération a été modélisé à partir de données issues d'un banc d'essai dédié. Les modèles de ces deux systèmes ont été intégrés à un outil de simulation thermique du bâtiment. L'analyse énergétique et environnementale a été appliquée à trois bâtiments réels très performants équipés de différents systèmes de chauffage, à partir de l'outil amélioré et des méthodes les plus adaptées. Le choix du système de chauffage mais aussi les critères d'évaluation retenus influencent fortement les résultats obtenus. Le bâtiment à énergie positive (bilan en énergie primaire) représente la meilleure solution pour la majorité des impacts environnementaux étudiés. L'analyse des impacts sur le cycle de vie et le calcul de la demande cumulative d'énergie permettent de caractériser finement ses performances environnementales.

Des solutions innovantes doivent être développées pour envisager l'avenir des systèmes électriques face à un nombre grandissant de contraintes. En particulier, le stockage d'énergie est pressenti comme un soutien indispensable à l'essor massif dans les réseaux de distribution de sources de production exploitant les énergies renouvelables. Les présents travaux visent à apporter des éléments de réflexion sur cette option technique qui arrive à maturité et suscite l'intérêt. Dans un premier temps, des méthodes d'étude sont proposées pour cerner le potentiel et les opportunités du stockage distribué. Une grille de caractérisation des technologies est introduite et sa mise en œuvre souligne des performances intéressantes à des coûts qui, cependant, demeurent élevés. Pour rendre leur utilisation réaliste, la valeur de ces dispositifs pour les systèmes électriques est donc critique. Nous l'analysons en deux étapes : une classification de leurs services pour les différents acteurs en présence est définie avant d'aborder la mutualisation de fonctions, requise pour favoriser l'atteinte d'une rentabilité, via une approche originale. Cette démarche aboutit à l'identification de configurations porteuses qui méritent des études plus poussées. Pour ce faire, un modèle général de comportement des unités de stockage est développé dans un second temps. Interfacé à un logiciel de simulation dynamique des réseaux, il permet d'évaluer l'utilisation de telles installations pour diverses offres de services. Ces outils sont appliqués et validés expérimentalement sur la caractérisation d'une réserve impulsionnelle fournie par le stockage pour réduire les délestages dans les systèmes insulaires

Avec la popularisation de l’Internet des Objets, de plus en plus de produits intelligents apparaissent dans notre vie. Le projet McBIM (Matière communicante au service du BIM-Building Information Modelling) vise à concevoir un nouveau type de « béton communicant » qui est le béton équipé d'un réseau de capteurs sans fil embarqué (RSCF). Ce béton communicant est capable de mesurer des phénomènes physiques, de stocker des informations et d'échanger des données avec des plateformes BIM. Pour démontrer l'utilité du concept sur l'ensemble du cycle de vie, l'exigence de service à long terme pose des défis relatifs à la durée de vie du réseau intégré dans la matière. Dans le même temps, la grande quantité de données de surveillance posent des défis relatifs à la gestion d'informations. Dans ces travaux, nous proposons de coupler le béton communicant physique à sa représentation digitale. Ce système externe et intelligent doit pouvoir permettre à terme de prolonger la durée de vie du réseau. La partie physique étudie des méthodes d'économie d'énergie applicables à la collecte de données dans les réseaux de capteurs, afin de comprendre comment prolonger la durée de vie de réseau et construire un modèle de consommation d'énergie du réseau. Le routage du réseau, le traitement des données dans le réseau (In-Network Processing) et la synchronisation des nœuds sont pris en compte pour construire un modèle de consommation énergétique du réseau embarqué, modèle validé avec une plate-forme Arduino-XBee. L'expérience montre que le modèle d'estimation de l'énergie fournit une approximation précise de l'énergie restante, pouvant être utilisée en ligne par les nœuds ou à distance par un utilisateur. La gestion de l'énergie du réseau et des modes de collecte peut-être réalisée par un système multi-agents dédié. La partie digitale est construite avec un système multi-agents, pouvant non seulement stocker les données de surveillance, mais également fournir des stratégies de collecte de données. La composition des éléments communicants peut intervenir en phase de construction ou d'exploitation. Une architecture multi-agents récursive est proposée pour répondre à cette exigence de flexibilité. Ce système multi-agents est implémenté sur une plateforme de simulation 3D pour visualiser le béton communicant et vérifier la validité de notre modèle énergétique analytique. L'architecture multi-agents récursive fournit des solutions efficaces pour estimer l'énergie résiduelle dans la matière, afin de prolonger la durée de vie du réseau et répondre aux changements environnementaux
With the popularization of the Internet of Things, more and more intelligent products appear in our daily life. The McBIM project (Materials communicating with the Building Information Modelling) aims to design a new type of “communicating concrete”: concrete elements equipped with embedded wireless sensor network (WSN). This communicating concrete can measure the physical environment, store the information and exchange data with BIM platforms. One objective is to demonstrate the usefulness of the concept over the whole building lifecycle and the energy management is one of the facing challenges. Meanwhile, the product, user information as well as the large amount of monitoring data bring challenges regarding data management. To solve both issues, this work proposes to couple the physical communicating concrete to an external, digital and intelligent system in order to extend network lifetime. In this thesis, these physical and digital parts are both studied. In the physical part, energy saving methods are reviewed, to understand how to extend the network lifetime. Network routing, in-network data processing and time synchronization are considered to build an energy model for periodic data collection. This energy model is validated with an Arduino-XBee based platform. The experiment shows that the analytic energy estimation model provides an approximate but accurate remaining energy level. It can be used online by nodes or remotely by user to the remaining energy. Energy-related data and collection modes can be managed by the digital part, based on a multi-agent system (MAS). The MAS can not only store monitoring data of communicating elements but also provide energy efficient data collection or organization strategies. Composition of communicating elements may happen in construction or exploitation lifecycle’s phase to reduce energy consumption. A recursive multi-agent architecture is proposed to meet high flexibility requirements. This multi-agent system is implemented on a 3D simulation platform to visualize the communicating concrete and verify the usefulness of our analytic energy model. The recursive multi-agent architecture provides energy efficiency solutions to extend network lifetime and respond to environmental changes