Letteratura scientifica selezionata sul tema "Performances hygrothermiques et énergétiques"

Dans le cadre de la transition énergétique et du processus de décarbonation de l’économie, les énergies « bas-carbone » sont appelées à jouer un rôle de premier plan. On pense bien sûr aux énergies renouvelables telles que le photovoltaïque et l’éolien, ainsi qu’au nucléaire dont l’empreinte carbone reste à ce jour relativement basse. Cependant, s’agissant de l’implémentation de leurs infrastructures de base, ces systèmes énergétiques restent pour l’heure encore fortement dépendants des énergies fossiles. Ces dernières présentant encore de nos jours des ratios énergétiques (EROI) relativement favorables, ce qui influe sur les EROIs des systèmes photovoltaïques et éoliens, et qui conduit à surestimer leurs performances énergétiques. Un regard attentif des principes physiques à la base de l’évaluation des EROIs de ces deux systèmes, fondés tous les deux sur l’exploitation de flux énergétiques, permet par ailleurs de mieux cerner leur potentiel réel sur le plan des performances énergétiques. Un éclairage est tout particulièrement apporté concernant le photovoltaïque pour ce qui concerne le périmètre à prendre en compte dans l’évaluation de l’énergie consommée dans le cadre de l’implémentation de ce système énergétique. Enfin, la façon dont intervient la notion de rendement dans l’évaluation des EROIs, une notion particulièrement sensible pour ce qui concerne la production de l’hydrogène, fait ressortir toute l’importance qu’il y a à disposer d’une base énergétique sous-jacente à la fois abondante, bon marché, et présentant des EROI relativement élevés, autant d’éléments indispensables à la bonne marche de l’économie, et qui complique singulièrement le processus de sa décarbonation.

Ce travail a été consacré à l’estimation des performances énergétiques d’un local assimilé à être à usage d’habitation ou administratif dans le contexte algérien en particulier et maghrébin en général, afin d’analyser les performances en terme d’économie et de confort en fonction de l’enveloppe. Pour cela on a fait appel à un des outils de simulation les plus puissants permettant de prendre en compte le plus finement possible les différents problèmes thermiques présents dans notre système. Il s’agit de TRNSYS avec IISIBAT compte tenu de sa souplesse, sa structure modulaire et de l’ampleur de son domaine d’application.

Les performances zootechniques de vaches laitières alimentées avec un ensilage de maïs appauvri en épis lors de la récolte ont été comparées à celles de lots témoins recevant l’ensilage normal. En conditions d’apports énergétiques proches de la satisfaction des besoins (3 essais), la réduction de la teneur en grain de 50 à 44 % de la matière sèche n’a eu d’incidence majeure ni sur les quantitées ingérées, ni sur les productions laitières (22,9 et 22,8 kg de lait brut, en moyenne des essais, respectivement pour les lots appauvris et normaux) ou les reprises de poids. Lorsque les apports énergétiques étaient insuffisants (1 essai), on a observé une dégradation des taux butyreux et protéiques. Les estimations de valeurs énergétiques de ces ensilages, fournies par diverses méthodes (composition de la plante, digestibilité in uiuo, digestibilité in vitro par des enzymes ou du jus de rumen), ne permettaient pas de prédire ces résultats. L’appauvrissement en épis s’est traduit par une meilleure utilisation par l’animal de la partie non grain du maïs (0,71 UFL contre 0,66 UFL dans nos conditions). Il semble ainsi possible pour le sélectionneur d’améliorer notablement le rendement en biomasse de cette culture destinée à l’alimentation des vaches laitières en acceptant une diminution de la teneur en grain qui ne serait finalement pas préjudiciable à la qualité.

L'utilisation de l'énergie animale permet, le plus souvent, aux paysans d'Afrique sub-saharienne d'augmenter leur production agricole et d'améliorer leur qualité de vie. L'utilisation efficiente de l'animal de trait dépend d'une bonne maîtrise de ses capacités de travail, des conditions d'élevage et des facteurs qui peuvent influencer ses performances. Ces aspects sont passés en revue dans cet article dans le contexte de l'utilisation de l'énergie animale pour l'agriculture en Afrique sub-saharienne. L'espèce animale utilisée conditionne la quantité d'énergie disponible au niveau du paysan. Les performances des ânes, des chevaux et des boeufs de trait ont été comparées lors d'essais sur les capacités de travail. Les équidés sont plus adaptés à un travail rapide de faible intensité où leur plus grande vitesse de travail est mise à profit. A des intensités de travail plus fortes, où la vitesse est moins importante, le surplus pondéral des boeufs devient plus avantageux. La récupération du rythme cardiaque après le travail constitue une bonne indication de la fatigue et de l'état physique des équidés dans des conditions normalisées d'expérimentation. Bien que les dépenses énergétiques liées au travail soient généralement faibles, la qualité du fourrage peut être si indigente que les animaux se trouvent dans l'incapacité d'en ingérer en quantité suffisante pour couvrir leurs besoins énergétiques lors de travaux et perdent ainsi du poids pendant la saison des travaux.

Satisfaire les besoins en énergie de nos sociétés, dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique et de perspectives d’épuisement des stocks de combustibles fossiles et de ressources minérales, requiert de mettre en œuvre des solutions alternatives à bas-carbone. Le coût du MWh est sans doute un critère utile, mais, comme nous le montrons dans cet article, des critères physiques sont indispensables pour évaluer les solutions technologiques et les scénarios énergétiques envisageables. Le principal de ces critères fondés sur des grandeurs physiques est le taux de retour énergétique (EROI), qui mesure l’efficacité d’un système à fournir à la société une énergie utile pour des secteurs d’activité autres que le secteur énergétique lui-même.

Le chauffage par le plancher est une technique qui procure de bonnes conditions de confort tout en minimisant les consommations énergétiques. La possibilité d’utilisation de cette technique en Algérie s’inscrit dans le contexte actuel de maîtrise de l’énergie, d’utilisation des énergies renouvelables et de développement durable. Ce travail a porté sur l’étude expérimentale d’un système solaire actif - PSD, technique qui a été utilisé pour le chauffage du local d’une cellule solaire implantée à Oran. Un système de mesure (métrologie) a été mis en place pour étudier les performances énergétiques du plancher solaire direct (PSD) pendant une période où les besoins en chauffage sont exprimés (du mois de novembre 2007 au mois de mars 2008). Les résultats expérimentaux obtenus ont permis d’évaluer l’économie apportée par le PSD en matière de besoins de chauffage (taux de couverture solaire) et d’énergie d’appoint nécessaire. Une étude comparative a été faite en utilisant les résultats de simulation numérique.

La prairie pâturée, source de nutriments la plus économique pour les vaches laitières, devrait constituer la base de systèmes économes et durables. Dans ces systèmes, la gestion de l’alimentation des troupeaux laitiers au pâturage est un challenge majeur. L’objectif de cet article de synthèse est de présenter et de hiérarchiser les principaux facteurs déterminant des apports énergétiques et azotés des vaches laitières au pâturage en milieu tempéré, afin de mettre en évidence les voies d’actions possibles permettant des performances par vache élevées tout en maximisant l’utilisation et la valorisation de l’herbe par hectare. La gamme de variation possible des besoins alimentaires des vaches et de leur capacité d’ingestion est comparée avec celle de la valeur alimentaire des prairies pâturées et des effets induits par la gestion du pâturage. Ces comparaisons montrent que les vaches fortes productrices ne peuvent pas atteindre leur potentiel de production laitière lorsqu’elles sont nourries à l’herbe seule. Les bilans énergétiques théoriques des vaches peuvent cependant être estimés dans une large gamme de disponibilité et de qualité de prairies. Des modèles prévisionnels permettent aussi de calculer les apports de concentrés nécessaires pour couvrir ces besoins dans une large gamme de pratiques. Les effets de la pression de pâturage, de la complémentation, de l’utilisation des légumineuses ou de la gestion du temps d’accès journalier au pâturage sont notamment présentés et discutés. Il est conclu que les connaissances acquises en termes de régulation de l’ingestion et de la digestion des vaches laitières au pâturage permettent aujourd’hui de définir les voies de maîtrise de l’alimentation du troupeau et des performances des systèmes laitiers bovins herbagers.

Pour s’adapter aux évolutions de la qualité de ses ressources en eau et aux renforcements de la réglementation relative aux eaux destinées à la consommation humaine, le Syndicat des eaux d’Île-de-France (Sedif) s’est engagé dans une réflexion sur l’évolution à long terme des filières de ses usines de production d’eau potable. Les études d’évolutions des usines de potabilisation proposent d’insérer, au sein des filières existantes, une étape de filtration sur membranes d’affinage, à l’horizon 2030. Les procédés membranaires, et plus particulièrement les membranes d’osmose inverse basse pression (OIBP), sont considérés comme un affinage de pointe pour la potabilisation de l’eau de surface, permettant notamment d’appréhender la problématique des micropolluants émergents. Dans ce contexte, il a été choisi de tester des membranes d’OIBP afin de caractériser, d’une part, leurs efficacités en matière de rétention (de micropolluants, de la dureté…) et, d’autre part, leurs performances hydrauliques et énergétiques. Cet article présente les résultats des essais des campagnes de caractérisation des membranes d’OIBP sur un pilote de filtration sur membrane plane installé au centre d’essais de Choisy-le-Roi. Quatorze membranes couvrant l’ensemble du domaine recherché en matière de perméabilité à l’eau et de rétention en sels ont été étudiées. Parmi celles-ci, quelques-unes sont particulièrement adaptées aux besoins du Sedif, car elles présentent un bon compromis entre rétention en micropolluants et consommation énergétique. Les conclusions de ces essais de caractérisation sur coupons ont permis de sélectionner deux modèles de membranes afin de les tester, lors d’une étude actuellement en cours, à l’échelle 4 pouces sur le pilote membranaire trois étages de Choisy-le-Roi. En effet, les résultats obtenus sur ces deux membranes prometteuses doivent être validés à échelle semi-industrielle. Cette étude permet d’aborder également d’autres enjeux relatifs aux membranes d’OIBP tels que le colmatage, la reminéralisation, l’optimisation du fonctionnement à trois étages…

Pendant trente ans, l’architecture durable s’est concentrée sur les performances énergétiques des bâtiments et sur les économies d’énergies. Aujourd’hui, d’autres modèles économiques sont étudiés et le modèle linéaire va côtoyer d’ici quelques années le modèle circulaire. Pour des raisons principalement environnementales et économiques, la société retrouve de l’intérêt pour le réemploi et l’économie circulaire. Parallèlement, le processus collaboratif BIM modifie le flux de travail des acteurs de la construction. Cet article s’inscrit dans le cadre d’une recherche sur la relation entre la circularité de (et dans) l’architecture et le processus BIM. Nous voulons à travers lui dégager des pistes pour inclure ce modèle dans la pratique quotidienne des architectes grâce au BIM tout en tenant compte des freins et des leviers liés à ce dernier.

Dans un contexte de réchauffement climatique et de fin programmée des énergies fossiles, le secteur du bâtiment vise à réduire de 38% sa consommation d’énergie et à atteindre 10% de matériaux bio-sourcés utilisés dans la construction à l’horizon 2020. Ainsi, le béton de chanvre peut jouer un rôle majeur grâce à son bilan environnemental et à ses propriétés hygrothermiques qui lui permettent d’assurer un rôle d’amortisseur thermique et de stabilisateur de confort. Or le comportement hygrothermique du béton de chanvre à l’échelle du bâtiment est peu abordé dans la littérature et jamais pour les bâtiments tertiaires. L’objectif principal de ce projet est de combler ce vide en étudiant et en optimisant les performances énergétiques d’un bâtiment en béton de chanvre destiné à usage de bureaux et/ou de salles d’enseignement. Afin d’assurer le confort thermique intérieur différentes solutions techniques seront couplées au bâtiment et comparées entre elles : - une ventilation double flux thermodynamique associant une pompe à chaleur à une centrale double flux. - Une ventilation simple flux associé à un puits canadien qui récupère la chaleur du sous-sol pour préchauffer l’air de ventilation en hiver ou le rafraîchir en été. - Une ventilation double flux associé à un puits canadien. Par le biais de la simulation numérique et de mesures faites d’abord à l’échelle des composants, il sera ainsi possible d’évaluer le potentiel de chaque composant sur l’énergétique et le confort hygrothermique de bâtiments tertiaires intégrant principalement le périmètre du projet Grand Campus de Reims mais également pouvant être élargi à la spécificité d’autres climats français
In a context of global warming and planned end of fossil fuels, the construction industry aims to reduce by 38% its energy consumption and to achieve 10% of bio-based materials used in construction in 2020. Thus, the hemp concrete can play a major role thanks to its positive environmental impact and its hygrothermal properties that allow it to ensure a role of heat damper and comfort stabilizer. Or hygrothermal behavior of hemp concrete throughout the building is little discussed in the literature and never for commercial buildings. The main objective of this project is to fill this gap by studying and optimizing the energy performance of a hemp concrete building designed for offices and / or classrooms. To ensure inside thermal comfort, different technical solutions will be coupled to the building and compared with each other: - A double flow thermodynamical ventilation combining a heat pump with a double flow central. - A simple flow ventilation associated to a pipe system which recovers heat from the basement to preheat ventilation air in winter and cool in the summer. - A double flow ventilation associated to a Canadian well. Through computer simulation and measurements made initially at the level of components, it will be possible to evaluate the potential of each component on the energy and hygrothermal comfort of commercial buildings mainly integrating the project boundary Grand Campus Reims but also can be extended to other French specificity climates

Les transferts d'humidité dans les matériaux de construction ont une influence importante sur leur durabilité et sur les performances hygriques et thermiques des bâtiments. De nombreux mécanismes d'endommagement chimiques et physiques de ces matériaux sont en effet dus à l'infiltration d'eau. En conséquence, leur structure poreuse peut évoluer au cours du temps, et des fissures microscopiques comme macroscopiques peuvent s'y développer. La description des matériaux à l'échelle microscopique est cependant une source d'erreur importante dans les codes de simulation actuels des transferts d'humidité et de chaleur, notamment en raison du fait que les milieux sont considérés comme homogènes, et que les effets du vieillissement des matériaux sont négligés. Il importe donc de trouver un moyen d'inclure les effets de l'endommagement dans les simulations de transferts d'humidité et de chaleur à l'échelle du bâtiment. Des méthodes existent pour la prédiction du comportement de milieux soumis à des sollicitations hygriques et mécaniques, mais supposent que l'ensemble des facteurs extérieurs influant sur l'endommagement soient connus tout au long des simulations. Une nouvelle méthodologie a été proposée pour compléter ces approches prédictives, en combinant des mesures expérimentales d'endommagement avec la simulation de transferts couplés d'humidité et de chaleur. Une étude préliminaire a d'abord été menée, consistant à mesurer la perméabilité vapeur équivalente d'éprouvettes de mortier multi-fissurées. Cette démarche a permis d'identifier les besoins expérimentaux et numériques de la suite du travail, visant à modéliser les écoulements dans un réseau discret de fissures sur la base de leur caractérisation. Une méthodologie expérimentale combinant corrélation d'images numériques et émissions acoustiques a ensuite été développée, permettant de disposer de cartographies d'endommagement et de proposer une démarche pour la mesure de réseaux de fissures dans les matériaux de construction en place. La méthode optique, associée à une procédure de traitement d'images, a permis de disposer de données précises de la géométrie de réseaux de fissures. De plus, une méthode a été proposée pour permettre l'interprétation des mesures d'émissions acoustiques en termes de quantification, localisation et identification des phénomènes d'endommagement. Un code de simulation a ensuite été écrit, permettant d'intégrer ces mesures de fissuration dans la modélisation des écoulements couplés d'humidité et de chaleur en milieu poreux. Ce modèle a été validé sur la base de mesures expérimentales : la corrélation d'images numériques a été appliquée durant la fracturation d'éprouvettes de béton, dans lesquelles l'infiltration d'eau a ensuite été suivie par radiographie aux rayons X. Les résultats numériques obtenus sont en bonne conformité avec les mesures expérimentales en termes de prédiction de la concentration d'eau en deux dimensions. Enfin, la méthodologie a été appliquée à une série de cas test, dans le but de modéliser les performances hygrothermiques de parois multi-couches, incluant des matériaux endommagés, soumises à des conditions climatiques réelles. On a ainsi pu estimer les conséquences potentielles de l'endommagement sur l'accumulation d'eau dans des parois, sur l'amplitude des cycles de sorption et de séchage, ainsi que sur les transferts thermiques.

L'utilisation massive des énergies fossiles est en grande partie responsable des émissions de gaz à effet de serre. De plus, la croissance de la demande énergétique et la raréfaction des ressources fossiles conduisent à l'accroissement du coût de l'énergie. La réponse à cette problématique passe par deux moyens d'action indissociables : la réduction des consommations énergétiques et le recours aux énergies renouvelables. La fenêtre pariétodynamique permet d’agir sur les deux postes principaux de déperdition thermique d’un bâtiment que sont les baies et la ventilation. Le principe de la fenêtre pariétodynamique étudiée est de faire circuler de l’air en convection forcée entre trois verres avant d’être restitué à l’ambiance intérieure du bâtiment. Cela permet à l’air de récupérer à la fois une partie des déperditions thermiques à travers la fenêtre et une partie de l’énergie solaire absorbée par les verres. Afin d’étudier le comportement thermo-aéraulique et les performances de la fenêtre, nous avons développé un modèle numérique de cette dernière. Un dispositif expérimental a été mis en place et utilisé afin de valider le modèle numérique et de comparer en conditions réelles les performances de la fenêtre étudiée à celles d’une fenêtre à double vitrage classique. Ces résultats expérimentaux ont été complétés par une étude paramétrique numérique réalisée pour différentes conditions climatiques et de fonctionnement. Les principaux enseignements issus de ces études expérimentales et numériques sont que le préchauffage de l’air se fait essentiellement dans la lame d’air intérieure, la température de la première lame d’air restant proche de celle de l’air extérieur. De plus, et contrairement aux températures de la face intérieure et de l’air soufflé, celle de la face externe de la fenêtre est peu impactée par les paramètres étudiés. Concernant le cadre de la fenêtre, nous avons observé que celui-ci bénéficie aussi des échanges thermiques avec l’air circulant, mais dans une moindre mesure. Cela contribue à rendre la fenêtre peu déperditive. Enfin, en couplant le modèle développé à un logiciel de simulation thermique dynamique, nous avons évalué le potentiel d’intégration de fenêtres pariétodynamiques dans une maison individuelle. Nous mettons ainsi en évidence que le besoin de chauffage est réduit d'environ 20 à 30 % par l’utilisation de fenêtres pariétodynamiques à la place de fenêtres à double vitrage classique. En été, si l’ambiance intérieure du bâtiment est plus fraîche que l’environnement extérieur, la fenêtre pré-rafraîchit l’air neuf entrant
The massive use of fossil energies is largely responsible for greenhouse gas emissions. Moreover, the growth in energy demand and the depletion of fossil resources lead to an increase in energy costs. The response to this challenge requires two means of action which are linked : the reduction of energy consumption and the use of renewable energy. The airflow window acts on the two main ways of building heat losses that are windows and the ventilation. The principle of the studied airflow window is based on the circulation of fresh air, by forced convection, between the three glasses of the window before entering the building. This allows air to recover both a part of heat losses through the window and part of the solar energy absorbed by the glasses. To study the thermo-aeraulic behavior and thermal performances of the window, we have developed a numerical model of the studied airflow window. An experimental set up was used to validate the numerical model and compare, in real conditions, the studied window performances to the ones of a conventional double-glazed window. These experimental results were complemented by a numerical parametric study for different climatic and operating conditions.The main information from these experimental and numerical studies are that the preheating of the air takes place essentially in the inner air gap, temperature in the first air layer remaining close to the outdoor one. In addition, unlike the temperatures of the inside face and of the blown air, the outer face temperature of the window is not greatly affected by the studied parameters. On the window frame, we found that it also benefits of heat exchanges with the circulating air, but to a lesser extent. This makes the window energy efficient. Finally, by coupling the developed model to a thermal building simulation software, we evaluated the airflow windows integration potential in a house. We thus demonstrated that the heat load is reduced by about 20 to 30% by the use of airflow windows instead of conventional double-glazed windows. Moreover, in summer, when indoor is cooler than outdoor, we pointed out that the airflow window cools the incoming fresh air

Les économies d'énergie et la réduction des émissions des gaz à effet de serre dans le secteur du bâtiments ainsi que le maintien d’un confort hygrométrique prennent une importance majeur ces dernières décennies. L'utilisation de matériaux à changement de phase (MCP) ou de matériaux hygroscopiques d'origine végétale pour l'enveloppe des bâtiments est une solution prometteuse. Les MCP conduit à améliorer le confort thermique intérieur et à réduire la consommation d'énergie, tandis que les matériaux hygroscopiques biosourcés sont des matériaux respectueux de l'environnement et permettent la régulation de l'humidité intérieure et assure une isolation thermique optimale. Cependant, seules quelques études ont exploré l'application l’intégration de ces deux types de matériaux et analysé de manière exhaustive les performances énergétiques et hygrothermiques. Cette thèse propose une solution d'enveloppe passive qui intègre le PCM et le béton de chanvre biosourcé pour améliorer simultanément les performances énergétiques, et hygrothermiques du bâtiment. Les principaux objectifs de cette étude sont d'examiner la faisabilité des enveloppes intégrées, d'étudier de manière exhaustive les performances hygrothermiques et énergétiques ainsi que les avantages et les inconvénients de différentes configurations avec le PCM placé à différents endroits du béton de chanvre.Tout d'abord, des expériences ont été menées en comparant les performances hygrothermiques d'une enveloppe de référence (béton de chanvre uniquement) et de trois enveloppes intégrées avec du MCP placé à différents endroits dans deux conditions limites typiques. Les résultats ont montré la faisabilité des enveloppes intégrées. La présence de PCM a augmenté les inerties thermique et hygrique de l'enveloppe. Par conséquent, le déphasage a été augmenté et l'amplitude de la température et de l'humidité relative a été réduite. Les différentes configurations présentaient des avantages et des inconvénients différents. La configuration dans laquelle le MCP est placé au milieu du béton de chanvre est intéressante car elle présente une faible fluctuation et un dephasage interessant à la fois pour les variations de la température et de l'humidité relative, et conduit ainsi à de grandes économies d'énergie.Ensuite, le modèle physique i, de transfert de la chaleur et de l’humidité, à l’échelle de l'enveloppe a été développé. Ce modèle intègre la dépendance de la température et de la caractéristique hygroscopique du béton de chanvre. La précision du modèle a été validée par comparaison avec les données expérimentales. Sur la base du modèle validé, les simulations ont été effectuées dans un climat méditerranéen afin d'étudier de manière exhaustive les performances hygrothermiques et énergétiques de l'enveloppe intégrée. Les résultats ont mis en évidence le rôle indispensable du transfert d'humidité dans la détermination de la charge hugrothermique, ainsi que l'effet précieux de l'enveloppe sur l'amélioration des performances énergétiques et hygrothermiques. En outre, l'enveloppe intégrée avec le PCM proche de (mais pas en contact avec) l'intérieur a montré un grand potentiel pour économiser de l'énergie et s'adapter aux variations d'humidité du climat tout en garantissant l'équilibre de l'humidité dans le béton de chanvre. Enfin, l'analyse paramétrique a été réalisée du point de vue des propriétés du MCP (épaisseur, chaleur latente et plage de transition de phase), et le risque d'application (condensation et développement de moisissures) a été évalué. Les résultats de l'analyse paramétrique ont montré que les performances de l'enveloppe pouvaient être améliorées en augmentant l'épaisseur et la chaleur latente de MCP et en identifiant la plage de transition de phase appropriée du MCP. Les résultats de l'évaluation des risques ont confirmé que l'enveloppe ne présentait aucun risque de condensation et de développement de moisissures
With the development of society, the demand for energy saving and carbon emission reduction in buildings as well as the indoor thermal and humidity environment comfort is gradually increasing. Using Phase change materials (PCMs) or bio-based hygroscopic materials as building envelopes are promising solutions. PCMs can improve indoor thermal comfort and reduce energy consumption, while bio-based hygroscopic materials are environment-friendly materials that enable indoor humidity regulation and thermal insulation. However, only a few studies have explored the integrated application of the two types of materials and comprehensively analyzed the energy and hygrothermal performance. This dissertation proposed a passive envelope solution that integrates PCM and bio-based hemp concrete (HC) to simultaneously improve the energy, thermal, and hygric performances of buildings. The main objectives of this study are to investigate the feasibility of the integrated envelopes, to comprehensively study the hygrothermal and energy performance as well as the advantages and disadvantages of different configurations with PCM placed in different locations of the HC, and to conduct the parametric analysis and evaluate the application risks of the integrated envelope.First, experiments were conducted by comparing the hygrothermal performance of a reference envelope (HC only) and three integrated envelopes with PCM placed in different locations under two typical boundary conditions. The results demonstrated the feasibility of the integrated envelopes. The presence of PCM increased the thermal and hygric inertia of the envelope. As a result, the time delay was increased and the temperature/relative humidity amplitude was decreased. Different configurations had different advantages and disadvantages. The configurations with PCM placed in the middle of the HC was worth noting as it had small temperature/relative humidity fluctuation, long temperature time delay, and large energy savings.Then, the mathematical model of the integrated envelope that couples heat and moisture transfer and considers the temperature dependence of HC’s hygroscopic characteristic was developed. The accuracy of the model was validated by comparison with the experimental data. Based on the validated model, the simulations were performed in a Mediterranean climate to comprehensively investigate the hygrothermal and energy performance of the integrated envelope. The results highlighted the indispensable role moisture transfer plays in determining the indoor hygric environment and heat load, as well as the valuable effect of the integrated envelope on improving both energy and hygrothermal performance. Besides, the integrated envelope with PCM close to (but not in contact with) the interior showed great potential for saving energy and adapting to climate humidity variation while guaranteeing moisture equilibrium within the HC.Finally, the parametric analysis was performed from the perspective of PCM properties (thickness, latent heat, and phase transition range), and the application (condensation and mold growth) risk was evaluated. The results of the parametric analysis illustrated that the performance of the integrated envelope could be improved by increasing the thickness and latent heat and identifying the appropriate phase transition range of the PCM. The risk evaluation results confirmed that the integrated envelope was free from the risk of condensation and mold growth

La synthèse de composés énergétiques fortement azotés, à partir des réactifs et des processusissus de la chimie des hydrazines, a permis une nouvelle approche de composés de type HEDM(High Energy Density Materials) pour la propulsion spatiale. En effet, la formation de diazote(N−−−N) à partir d'une liaison N−−N libère de grandes quantités d'énergie, et davantage depuis uneliaison N−N. L'amination de la diméthylhydrazine dissymétrique (UDMH) a conduit à un sel de2,2-diméthyltriazanium, possédant trois atomes d'azote reliés uniquement par des liaisons sigma.L'anion inorganique de départ a ensuite été échangé avec des anions énergétiques à plus haut tauxd'azote -- 5-aminotétrazolate, 5-nitrotétrazolate, 5,5'-azobistétrazolate, azoture, nitroformiate etdinitroamidure. Pour des raisons de sécurité, l'échange d'ions impliquant l'anion azoture a étéréalisé par électrodialyse et la sensibilité à l'impact ainsi qu'à la friction de ces sels a été évaluéeselon les normes en vigueur. L'analyse des composés les plus riches en azote par calorimétrie decombustion a permis de déterminer leurs enthalpies de formation de manière fiable. Ces dernièresont ensuite été modélisées par des méthodes de chimie quantique et comparées aux procéduresreportées dans la littérature, dont les aspects théoriques ont été discutés. La procédure conduisantaux enthalpies de formation en meilleure adéquation avec les valeurs expérimentales a étéidentifiée ; sa précision excède d'ailleurs celle de résultats récents d'équipes reconnues. Ainsi, lesmoyens mis en place dans le cadre de cette thèse permettront de progresser plus efficacementdans cette nouvelle thématique au laboratoire.

La synthèse de composés énergétiques fortement azotés, à partir des réactifs et des processusissus de la chimie des hydrazines, a permis une nouvelle approche de composés de type HEDM(High Energy Density Materials) pour la propulsion spatiale. En effet, la formation de diazote(N−−−N) à partir d’une liaison N−−N libère de grandes quantités d’énergie, et davantage depuis uneliaison N−N. L’amination de la diméthylhydrazine dissymétrique (UDMH) a conduit à un sel de2,2-diméthyltriazanium, possédant trois atomes d’azote reliés uniquement par des liaisons sigma.L’anion inorganique de départ a ensuite été échangé avec des anions énergétiques à plus haut tauxd’azote — 5-aminotétrazolate, 5-nitrotétrazolate, 5,5’-azobistétrazolate, azoture, nitroformiate etdinitroamidure. Pour des raisons de sécurité, l’échange d’ions impliquant l’anion azoture a étéréalisé par électrodialyse et la sensibilité à l’impact ainsi qu’à la friction de ces sels a été évaluéeselon les normes en vigueur. L’analyse des composés les plus riches en azote par calorimétrie decombustion a permis de déterminer leurs enthalpies de formation de manière fiable. Ces dernièresont ensuite été modélisées par des méthodes de chimie quantique et comparées aux procéduresreportées dans la littérature, dont les aspects théoriques ont été discutés. La procédure conduisantaux enthalpies de formation en meilleure adéquation avec les valeurs expérimentales a étéidentifiée ; sa précision excède d’ailleurs celle de résultats récents d’équipes reconnues. Ainsi, lesmoyens mis en place dans le cadre de cette thèse permettront de progresser plus efficacementdans cette nouvelle thématique au laboratoire
High nitrogen content energetic compounds, envisioned as a first step towards High EnergyDensity Materials (HEDM) for space propulsion, were prepared from hydrazine derivatives. Indeed,the formation of nitrogen gas (N−−−N) from an N−−N bond yields a lot of energy and even morefrom an N−N bond. Hence, an amination reaction on unsymmetrical dimethylhydrazine (UDMH)yielded a 2,2-dimethyltriazanium salt, containing three consecutive single-bonded nitrogen atoms.The initial inorganic anion was then exchanged with the following nitrogen-rich anions in order toyield energetic salts: 5-aminotetrazolate, 5-nitrotetrazolate, 5,5’-azobistetrazolate, azide, nitroformateand dinitramide. For safety reasons, the ion metathesis of the azide salt was conductedby electrodialysis and the sensitivities of all compounds towards both impact and friction wereevaluated in accordance with standard procedures. Reliable heats of formation of the compoundswith the highest nitrogen content were obtained by oxygen bomb calorimetry. These values werethen computed with quantum mechanical methods and compared with known procedures reportedin the literature, whose theoretical backgrounds have been discussed. Consequently, theprocedure resulting in the best match between calculated and experimental heats of formation wasidentified. The precision of the method used herein exceeds that of recent results from renownedresearch groups in this field. Thus, the various techniques introduced during the course of thiswork will enable our laboratory to progress more efficiently in this area of research

A notre époque, la maîtrise des consommations énergétiques est un enjeu très important pour la préservation des ressources naturelles terrestres. Outre le domaine des transports, des gains énergétiques significatifs existent dans le domaine des bâtiments résidentiels ou tertiaires. Alors que la construction basse consommation est aujourd'hui une réalité, la rénovation n'est que très rarement mise en pratique. Ainsi, l'objectif de cette thèse est d'évaluer les gains énergétiques potentiels issus de la rénovation d'un bâtiment ancien pour être en cohérence avec son environnement et ses modes d'exploitation. Au coeur de ce travail se trouvent les problématiques du système bâtiment, et du confort des occupants. Au regard de ces connaissances, nous proposons une architecture globale de contrôle du bâtiment répondant à des missions de confort optique et thermique, et de réduction des consommations énergétiques. Pour cela nous nous appuyons sur l'approche systémique et l'Automatique qui permettent depuis la modélisation jusqu'à l'élaboration de lois de commande de faire coopérer toutes les installations domotiques. L'évaluation du contrôle est réalisée en simulation sur un bâtiment ancien équipé d'un chauffage central, de luminaires et de stores vénitiens intérieurs pilotés. L'architecture de contrôle présentée est issue d'une analyse systémique du bâtiment et se base sur une approche hiérarchique en adéquation avec les exigences des utilisateurs et les différentes échelles de représentation. Afin d'expérimenter cette architecture de contrôle, un modèle physique de bâtiment multi-échelle a été réalisé en utilisant une approche Bond-Graph et permet d'estimer le comportement optique et thermique du bâtiment en séparant les dynamiques lentes et rapides. La synthèse des lois de commande a ensuite été effectuée en réduisant ce modèle de simulation et a permis d'implémenter deux lois de commandes. La première s'exprime à l'échelle du bâtiment par une commande prédictive du chauffage central et considère l'évolution future de la température extérieure et de la puissance radiative solaire. La seconde prend place au niveau des pièces sous la forme d'une commande optimale des radiateurs, des stores et des luminaires afin d'assurer la température opérative moyenne et l'éclairement moyen souhaité par les occupants. L'étude des gains énergétiques offerts par la rénovation du système de contrôle a permis de mettre en valeur l'intérêt de l'architecture de contrôle présenté. Les résultats ont montré que l'implantation d'une commande prédictive sur le chauffage central permet de réduire de plus de 20% ses consommations énergétiques. Par ailleurs, le contrôle optimal dans les pièces offre un gain d'environ 20% sur le confort thermique et de 75% sur le confort optique.

Cette étude se concentre sur l’amélioration des performances thermiques des échangeurs de chaleur intégrés dans les plaques bipolaires de pile à combustible de type PEMFC. La conception courante des échangeurs de chaleur dans ce type d’applications est basée sur un réseau de conduites droites usinées dans les plaques bipolaires. Dans ce travail, nous avons mené une étude numérique et expérimentale dans le but d’analyser et de développer un nouveau système de refroidissement destiné à cette application. L’étude consiste à proposer une nouvelle conception qui permettra de créer au sein de l’écoulement des trajectoires chaotiques. Plusieurs géométries ont été conçues et testées. Une première sélection de géométries a été faite en calculant le rapport entre le nombre de Poiseuille et le nombre de Nusselt. Les géométries qui ont le meilleur compromis (diminution de pertes de charges-augmentation de performances thermiques) sont celles qui présentent le rapport le plus faible. Ce critère est issu d’une approche basée sur le premier principe de la thermodynamique. Dans une deuxième étape, les géométries retenues ont été caractérisées par deux approches concomitantes (approche basée sur le deuxième principe et approche exergétique). L’approche par le deuxième principe révèle que l’énergie détruite due à la dissipation visqueuse est négligeable en régime laminaire. L’analyse de dégradation d’énergie pour les différentes géométries considérées montre que la géométrie avec laquelle le coefficient de transfert thermique convectif est le plus intensifié est également celle pour laquelle la dégradation d’énergie est la plus faible
This study focuses on improving the thermal performance of heat exchangers integrated into the bipolar plates of the PEMFC type fuel cells. The current design of heat exchangers in these applications is based on a network of straight channels machined in the bipolar plates. We present a numerical and experimental study of a new cooling system dedicated to this application. In this work, we propose a new design that can generate chaotic fluid trajectories. Several geometries are designed and tested. An initial selection of geometries was made by calculating the ratio between the Poiseuille number and the Nusselt number. When this ratio is the weakest, the compromise heat transfer- pressure losses is the best. This criterion is issued from the first law of thermodynamics. In a second step, the selected geometries were characterized by two approaches (the second law and Exergy approach). The second law approach reveals that the energy dissipated due to the viscous dissipation is negligible in laminar flow. The analysis of the degradation of energy for different geometries shows that the geometry for which the convective heat transfer coefficient is higher is also the one in which the degradation of energy is the lowest

Étant de plus en plus isolés, les bâtiments très performants sont très sensibles aux apports solaires transmis par les vitrages ainsi qu'aux apports internes. Dans ce contexte, l'inertie thermique peut être utile en stockant l'énergie excédentaire et en réduisant les variations de température, améliorant ainsi le confort thermique.Évaluer la performance énergétique, environnementale et le confort thermique des bâtiments nécessite des outils de simulation thermique dynamique (STD) fiables. Historiquement, les modélisateurs ont essayé de trouver un compromis approprié entre précision et efficacité. Des hypothèses simplificatrices ont alors été intégrées dans les outils STD et ont un lien étroit avec l'inertie thermique. La validité de telles hypothèses, notamment la globalisation des échanges convectifs et radiatifs GLO intérieurs, ou la distribution forfaitaire des apports solaires transmis par les vitrages nécessitent particulièrement d'être remises en questions dans le contexte des bâtiments très isolés.Ainsi, un modèle découplant les échanges convectifs et radiatifs GLO ainsi qu'un modèle de suivi de la tache solaire (modèles détaillés) ont été implémentés dans une plateforme de simulation mettant en œuvre l'analyse modale et une discrétisation par volumes finis.Une première comparaison entre les modèles détaillés et simplifiés a été réalisée sur des cas d'études du "BESTEST", intégrant aussi des résultats d'outils STD de référence au niveau international (EnergyPlus, ESP-r, TRNSYS). Un travail similaire a été réalisé sur le cas d'une maison passive instrumentée (plateforme INCAS à Chambéry) en utilisant des techniques d'analyses d'incertitudes et de sensibilité.Les résultats montrent qu'une tendance à la baisse concernant les besoins de chauffage et de refroidissement existe en ce qui concerne les modèles détaillés considérés ici. D'autre part, il semble que ces modèles détaillés ne contribuent pas à diminuer significativement les écarts entre les simulations et les mesures.

Ce travail a pour objectif l'étude thermique et énergétique d'un composant solaire de type passif : le mur solaire composite. En liaison avec l'architecte J. Michel, nous avons conçu un composant comportant une contre-cloison isolante disposée à l'arrière d'un mur stockeur équipé d'une couverture transparente. La contre-cloison est munie d'oui͏̈es en bas et en haut permettant une circulation d'air entre le logement et l'espace situé entre la contre-cloison et la face intérieure du mur stockeur. L'énergie est transférée au local par conduction à travers le mur stockeur puis par convection en utilisant un phénomène de thermocirculation d'air entre le mur stockeur et la paroi isolante. Le suivi énergétique de 2 pavillons solaires construit en site réel à Verdun, a révélé des problèmes de gestion des murs solaires composites. Pour les résoudre, un mur expérimental disposant d'un instrumentation complète a été construit sur la plate-forme d'essai du GENEC de CADARACHE. Ce dispositif a permis la mise en évidence des séances de mauvais fonctionnements des murs. Pour y remédier, 2 systèmes ont été conçus, testés, puis implantés sur les murs solaires en site réel. Pour développer un modèle de simulation, une étude expérimentale a été réalisée. L'utilisation de fluxmètres thermiques a permis,concernant la lame d'air ventilée, de choisir une corrélation adaptée à la caractérisation des échanges convectifs, d'étudier les échanges par rayonnement, de réaliser un bilan énergétique sur l'air et concernant la paroi stockeuse, de déterminer les caractéristiques thermophysiques qui interviennent dans les transferts thermiques par conduction. Ces résultats ont été précieux pour le développement et la validation d'un modèle de simulation thermique d'un mur solaire de conception quelconque. Grâce à celui-ci, nous avons pu mettre en évidence les paramètres sensibles ayant la plus forte incidence sur l'efficacité énergétique du mur solaire composite, ses caractéristiques pour différents sites climatiques. La dernière partie consiste en la comparaison des performances énergétiques de différents concepts de murs solaires et leur positionnement par rapport à des éléments de façade de bâtiments plus classiques.

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.

Ce chapitre aborde la problématique de la prise de décision pour un accès efficace à un réseau d’accès ou un canal radio dans le cadre de l’IoT. Le module de prise de décision doit être multicritère et prendre en compte le contexte dynamique de l’environnement radio, les besoins de l’application en matière de QoS et les contraintes énergétiques d’un objet.