Letteratura scientifica selezionata sul tema "Systèmes énergétiques couplés"

Ce document pose la problématique du stockage associé aux systèmes photovoltaïques couplés au réseau. L’ajout d’un élément de stockage permet de contrôler l’injection sur le réseau pour une plus grande pénétration de l’énergie solaire dans la part de production d’électricité. Ce document fait tout d’abord une présentation rapide des systèmes photovoltaïques connectés au réseau et de la problématique de leur intégration à grande échelle. Les applications possibles avec un système de stockage connecté au réseau sont ensuite exposées ainsi que les différentes technologies existantes. Enfin, le problème de la gestion des flux énergétiques au sein de ces installations est abordé.

La technologie des géostructures énergétiques consiste à adapter les structures géotechniques, comme les pieux de fondation, les parois moulées ou les tunnels, afin de les transformer en échangeurs de chaleur avec le sol. De fait, ce sont des systèmes géothermiques à basse enthalpie, avec le gros avantage de réduire les coûts initiaux d’installation grâce à l’utilisation des structures géotechniques qui seraient réalisées dans tous les cas. Les échanges de chaleur entre la géostructure et le sol induisent des variations de température cycliques sur les deux, et l’efficacité du système doit répondre à la fois à des critères énergétiques (bonne production de chaleur ou de froid) et géotechniques-structurels (analyse des contraintes et déformations thermiques du sol et de la structure en béton), qui dépendent fortement des conditions locales du site accueillant la construction. Il s’agit donc d’un système complexe avec un comportement dépendant de différents phénomènes thermiques, hydrauliques et mécaniques, éventuellement couplés, à la fois dans le sol et dans la structure. Dans un premier temps, une vue globale des différents aspects qui jouent un rôle important dans le comportement géotechnique et énergétique des géostructures thermoactives est présentée, depuis l’échelle de l’élément de sol jusqu’à celle de l’ouvrage. Ensuite, un cas récent d’application de la technologie aux parois moulées de la gare Jules Ferry de Rennes, en France, est décrit et analysé. D’abord, les premières mesures des Tests de Réponse Thermique Opérationnels (T.R.T.O.) réalisés sur le site d’étude sont discutées. Ensuite, l’analyse porte sur les résultats de la modélisation thermo-hydraulique (TH) par éléments finis du cas d’étude et la comparaison avec les mesures in situ. Le modèle numérique permet de reproduire correctement les données expérimentales quand un écoulement souterrain est pris en compte. Les résultats montrent une bonne efficacité énergétique de la technologie qui se confirme très prometteuse.

Le développement des systèmes de climatisation a un impact environnemental de plus en plus important de par leurs consommations énergétiques. Le ‘dessiccant cooling’ représente une technologie innovante permettant de rafraîchir une ambiance par les changements d’état de l’eau et l’exploitation de l’énergie solaire. Notre travail consiste en l’étude d’un système de rafraîchissement évaporatif par dessiccation couplé à une installation solaire, permettant ainsi de réduire la consommation électrique et utilisant une énergie propre et gratuite. Les résultats trouvés montrent que le système permet de contrôler l’humidité et fournit donc des conditions de confort acceptables, ce qui confirme qu’il est bien adapté pour des zones humides, telles que les villes côtières de notre pays.

Ce modeste travail porte sur l’étude des différents modes de transferts énergétiques entre l’environnement habitable et l’atmosphère. Il s’agit d’échanges d’énergie et de masse qui s’opèrent entre les deux systèmes et qui impliquent donc leur interdépendance. Le microclimat affecte les conditions thermiques intérieures de l’enveloppe habitable, et ainsi sur son comportement énergétique, de différentes façons. Tout d’abord, les rayonnements directs et diffus, reçoivent par les murs de l’enveloppe habitable, influençant le comportement thermique de l’environnement habitable. D’autre part, la température et la vitesse de l’air extérieur influent sur les échanges conductifs et convectifs entre l’habitat et son milieu. Pour cette raison, nous avons modélisé les transferts de chaleur qui se déroulent dans un modèle d’habitat assimilé à une cavité parallélépipédique. Les équations de transfert ont été déduites de bilans thermiques établis en chaque façade de l’enveloppe habitable. Les équations ont été résolues par la méthode implicite aux différences finies à l’aide de l’algorithme de Gauss couplé à une procédure itérative parce que les coefficients de transferts de chaleur par convection et par rayonnement sont fonction des températures des milieux considérés.

Cet article est consacré à la modélisation mathématique d’un système frigorifique solaire en vue de déterminer ses paramètres énergétiques. Le système en question est à absorption-diffusion fonctionnant avec le couple ammoniac-eau et l’hydrogène comme gaz inerte. Au cours de cette étude et pour la première fois, est utilisé dans le calcul de ce type de machine, un nouveau modèle mathématique pour le calcul des propriétés thermodynamiques du couple binaire ammoniac eau. A l’issue de cette étude, une analyse comparative des résultats a été effectuée sur la base des données de Bourseau.

Ce numéro de la revue INRA Productions Animales contient un dossier consacré aux dernières avancées de la recherche sur le foie gras. En effet, la démocratisation de la consommation de ce produit haut de gamme a été permise notamment par les efforts de recherche et développement sur l’élevage des palmipèdes à foie gras et la maîtrise de la qualité du produit. Ce dossier est l’occasion de faire en préalable quelques rappels sur cette belle histoire ! Un peu d’histoire La pratique du gavage est une tradition très ancienne, originaire d’Egypte, dont les traces remontent à 2 500 avant JC. Elle avait pour objectif d’exploiter la capacité de certains oiseaux à constituer des réserves énergétiques importantes en un temps court pour disposer d’un aliment très riche. Si les basreliefs datant de l’ancien empire égyptien attestent de la pratique du gavage, il n’existe pas de preuves que les égyptiens consommaient le foie gras ou s’ils recherchaient la viande et la graisse. Ces preuves sont apparues pour la première fois dans l’empire romain. Les romains gavaient les animaux avec des figues et pour eux le foie constituait le morceau de choix. Le nom de jecur ficatum, signifiant « foie d’un animal gavé aux figues », est ainsi à l’origine du mot foie en français. La production de foie gras s’est développée dans le Sud-ouest et l’Est de la France aux XVIIe et XVIIIe siècles avec le développement de la culture du maïs. Le foie gras est aujourd’hui un met inscrit au patrimoine culturel et gastronomique français (article L. 654-27-1 du code rural défini par la Loi d’Orientation Agricole de 2006). Le contexte de la production de foie gras Avec près de 72% de la production mondiale en 2012, la France détient le quasi monopole de la production de foie gras. Les autres pays ayant des productions significatives sont la Hongrie et la Bulgarie en Europe Centrale, avec environ 10% pour chacun de ces pays, mais aussi l’Espagne avec 3% de la production. L’Amérique du nord et la Chine représentent les deux autres pôles de production les plus significatifs, mais avec moins de 2% du marché. La production française a connu un essor considérable, sans doute le plus important de toutes les productions agricoles, passant de 5 880 tonnes en 1990 à plus de 19 000 tonnes en 2012. A l’origine, le foie gras était principalement obtenu par gavage des oies, longtemps considérées comme l’animal emblématique de cette production. Aujourd’hui, le canard mulard, hybride d’un mâle de Barbarie (Cairina Moschata) et d’une cane commune (Anas Platyrhynchos), est plus prisé (97% des palmipèdes gavés en France). En France, l’oie a vu de ce fait sa part relative pour la production de foie gras diminuer, et c’est la Hongrie qui contrôle 65% de la production mondiale de foie gras d’oie. Toutefois, cette espèce ne représente que 10% de la production mondiale. La France est également le principal pays consommateur de foie gras avec 71% du total, l’Espagne se classant au second rang avec environ 10%. Compte tenu de son image de produit de luxe et d’exception, le foie gras est consommé un peu partout dans le monde lors des repas de haute gastronomie. Les grandes avancées de connaissance et l’évolution des pratiques d’élevage L’amélioration des connaissances sur la biologie et l’élevage des palmipèdes à foie gras a permis de rationnaliser les pratiques d’élevage et d’améliorer la qualité du produit. Plusieurs laboratoires de recherche et structures expérimentales, ayant leurs installations propres et/ou intervenant sur le terrain, ont contribué à l’acquisition de ces connaissances : l’INRA avec l’Unité Expérimentale des Palmipèdes à Foie Gras, l’UMR Tandem, le Laboratoire de Génétique Cellulaire, la Station d’Amélioration Génétique des Animaux et l’UR Avicoles, l’Institut Technique de l’AVIculture, la Ferme de l’Oie, le Centre d’Etudes des Palmipèdes du Sud Ouest, le LEGTA de Périgueux, l’ENSA Toulouse, l’ENITA Bordeaux et l’AGPM/ADAESO qui a mis fin en 2004 à ses activités sur les palmipèdes à foie gras. Aujourd’hui ces structures fédèrent leurs activités dans un but de rationalité et d’efficacité. Les avancées des connaissances et leur transfert dans la pratique, associés à une forte demande du marché, sont à l’origine de l’explosion des volumes de foie gras produits. Ainsi, la maîtrise de la reproduction couplée au développement de l’insémination artificielle de la cane commune et à la sélection génétique (Rouvier 1992, Sellier et al 1995) ont permis la production à grande échelle du canard mulard adapté à la production de foie gras. En effet, ses géniteurs, le mâle de Barbarie et la femelle Pékin, ont fait l’objet de sélections spécifiques basées sur l’aptitude au gavage et la production de foie gras de leurs descendants. La connaissance des besoins nutritionnels des animaux et le développement de stratégies d’alimentation préparant les animaux à la phase de gavage ont également été des critères déterminants pour la rationalisation d’un système d’élevage (Robin et al 2004, Bernadet 2008, Arroyo et al 2012). La filière s’est par ailleurs structurée en une interprofession (le Comité Interprofessionnel du Foie Gras - CIFOG) qui soutient financièrement des travaux de recherches et conduit des actions (organisation de salons du foie gras par exemple) visant à rendre accessibles toutes les avancées de la filière. Ainsi, l’amélioration du matériel d’élevage (gaveuse hydraulique et logement de gavage) a engendré des gains de productivité considérables (Guy et al 1994). Par exemple, en 20 ans, la taille d’une bande de gavage est passée de deux cents à mille individus. Enfin, la construction de salles de gavage, dont l’ambiance est parfaitement contrôlée autorise désormais la pratique du gavage en toute saison. Des études ont aussi permis de déterminer l’influence des conditions d’abattage et de réfrigération sur la qualité des foies gras (Rousselot-Pailley et al 1994). L’ensemble de ces facteurs a contribué à ce que les possibilités de production soient en cohérence avec la demande liée à un engouement grandissant pour le foie gras. Les pratiques d’élevage actuelles Aujourd’hui, le cycle de production d’un palmipède destiné à la production de foie gras comporte deux phases successives : la phase d’élevage, la plus longue dans la vie de l’animal (11 à 12 semaines chez le canard ou 14 semaines chez l’oie) et la phase de gavage, d’une durée très courte (10 à 12 jours chez le canard ou 14 à 18 jours chez l’oie). La phase d’élevage se décompose elle même en trois étapes (Arroyo et al 2012). Pendant la phase de démarrage (de 1 à 4 semaines d’âge) les animaux sont généralement élevés en bâtiment clos chauffé et reçoivent à volonté une alimentation granulée. Pendant la phase de croissance (de 4 à 9 semaines d’âge), les animaux ont accès à un parcours extérieur. Ils sont nourris à volonté avec un aliment composé de céréales à 75% sous forme de granulés. La dernière phase d’élevage est consacrée à la préparation au gavage (d’une durée de 2 à 5 semaines) grâce à la mise en place d’une alimentation par repas (220 à 400 g/j). Son objectif est d’augmenter le volume du jabot et de démarrer le processus de stéatose hépatique. Pendant la phase de gavage les animaux reçoivent deux (pour le canard) à quatre (pour l’oie) repas par jour d’une pâtée composée à 98% de maïs et d’eau. Le maïs est présenté soit sous forme de farine (productions de type standard), soit sous forme d’un mélange de graines entières et de farine, soit encore sous forme de grains modérément cuits (productions traditionnelles ou labellisées). En France, on distingue deux types d’exploitations. Dans les exploitations dites en filière longue et de grande taille (au nombre de 3 000 en France), les éleveurs sont spécialisés dans une des phases de la production : éleveurs de palmipèdes dits « prêt-à-gaver », gaveurs ou éleveurs-gaveurs. Ce type de production standard est sous contrôle d’un groupe ou d’une coopérative qui se charge des opérations ultérieures (abattage, transformation, commercialisation ou diffusion dans des espaces de vente à grande échelle). Il existe également des exploitations en filière courte qui produisent les animaux, transforment les produits et les commercialisent directement à la ferme et qui sont généralement de plus petite taille. Ces exploitations « fermières » ne concernent qu’une petite part de la production (10 à 15%), mais jouent un rôle important pour l’image de production traditionnelle de luxe qu’elles véhiculent auprès des consommateurs. Pourquoi un dossier sur les palmipèdes à foie gras ? Au-delà des synthèses publiées précédemment dans INRA Productions Animales, il nous a semblé intéressant de rassembler et de présenter dans un même dossier les avancées récentes concernant la connaissance de l’animal (articles de Vignal et al sur le séquençage du génome du canard et de Baéza et al sur les mécanismes de la stéatose hépatique), du produit (articles de Théron et al sur le déterminisme de la fonte lipidique du foie gras à la cuisson et de Baéza et al sur la qualité de la viande et des carcasses), ainsi que les pistes de travail pour concevoir des systèmes d’élevage innovants plus durables (article de Arroyo et al). L’actualité et les enjeux pour demain La filière est soumise à de nombreux enjeux sociétaux qui demandent de poursuivre les efforts de recherche. En effet, pour conserver son leadership mondial elle doit rester compétitive et donc maîtriser ses coûts de production tout en répondant à des attentes sociétales et environnementales spécifiques telles que la préservation de la qualité des produits, le respect du bien-être animal ou la gestion économe des ressources. Ainsi, la production de foie gras est parfois décriée eu égard à une possible atteinte au bien-être des palmipèdes pendant l’acte de gavage. De nombreux travaux ont permis de relativiser l’impact du gavage sur des oiseaux qui présentent des prédispositions à ce type de production : la totale réversibilité de l’hypertrophie des cellules hépatiques (Babilé et al 1998) ; l’anatomie et la physiologie des animaux de même que l’absence de mise en évidence d’une élévation du taux de corticostérone (considéré comme marqueur d’un stress aigu) après l’acte de gavage (Guéméné et al 2007) et plus récemment la mise en évidence de l’aptitude à un engraissement spontané du foie (Guy et al 2013). Le conseil de l’Europe a toutefois émis des recommandations concernant le logement des animaux qui préconisent, la disparition des cages individuelles de contention des canards pendant le gavage au profit des cages collectives. Par ailleurs, il recommande la poursuite de nouvelles recherches pour développer des méthodes alternatives au gavage. Parallèlement, à l’instar des autres filières de productions animales, la filière foie gras doit aussi maîtriser ses impacts environnementaux (voir aussi l’article d’Arroyo et al). Les pistes de recherches concernent prioritairement la maîtrise de l’alimentation, la gestion des effluents et des parcours d’élevage. Il reste donc de grands défis à relever pour la filière foie gras afin de continuer à proposer un produitqui conjugue plaisir et durabilité.Bonne lecture à tous !

Le présent travail proposé, traite les systèmes énergétiques, du type photovoltaïque autonome, couplé à des batteries de stockage, et destinés à la couverture des besoins d’un foyer rural du Bénin. Ces systèmes énergétiques appropriés ont été analysés, modélisés et optimisés. Les critères d’évaluation sont issus d’une enquête réalisée auprès des responsables qui s’occupent des questions d’électrification en milieu rural, des professionnels sélectionnés qui jouent un rôle majeur dans le processus décisionnel des projets d’électrification en milieu rural, des associations locales qui ont bénéficié de ces projets au Bénin, des techniciens et des usagers de ces systèmes. Ces critères sont hiérarchisés selon la méthode AMDEC. Une méthode d’optimisation adaptée a été réalisée. Elle fait appel à une nouvelle approche de pondération.

Cet article est une contribution modeste à l’analyse des phénomènes complexes de transferts couplés de chaleur et de masse se produisant entre un gaz en mouvement et un solide humide. Il s’intéresse au séchage d’un fruit (les figues) déposé en lit profond et exposé à une convection forcée d’air. Le milieu se comporte comme étant poreux et ce sont, par conséquent, les équations de transferts dans un milieu poreux qui décrivent le transfert couplé de chaleur et de masse. L’étude est développée à l’échelle macroscopique avec un empilement de sphères du fruit. Le modèle utilisé est un modèle de séchage E.D.P (Equations aux Dérivées Partielles) basé sur les équations des bilans massique et énergétique et notamment sur l’utilisation des corrélations proposées pour la constante de séchage K avec l’hypothèse du Non Equilibre Thermique Local (N.L.T.E), mais aussi du modèle de Henderson et Pabis pour exprimer la cinétique de séchage. L’analyse théorique du séchage du lit statique mène à un ensemble d’équations aux dérivées partielles qui sont discrétisées par la méthode des différences finies. Pour la résolution de ce système d’équations, la méthode itérative de Gauss Seidel est utilisée et un code de calcul en Fortran est ensuite développé. Les résultats obtenus montrent l’absence de la phase constante de séchage et permettent de mettre en évidence les variations des paramètres de l’air d’une part et celles du produit séché d’autre part, au cours du séchage. Ils montrent aussi, que la vitesse de l’air n’est pas constante pendant le séchage d’où l’importance de la prise en considération du phénomène de rétrécissement et, d’autre part, ils montrent par la variation de la température de l’air, que l’énergie mise en jeu servant pour le transfert massique sert également pour le transfert thermique.

On définit ici la "mobilité énergétique" : elle relie la puissance active injectée sur une bande de fréquences en un point d'une structure au niveau carré de la vitesse vibratoire obtenue en un autre point. On l'utilise sur une structure isolée pour définir une "additivité énergétique" d'injections simultanées de puissance active pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande. On l'utilise sur un assemblage, avec des "facteurs de connexion", pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande après couplage en fonction de ceux des sous-structures avant couplage. On remarque que la mobilité énergétique entre deux points non couplés change peu après couplage et que la mobilité énergétique est asymptotiquement invariante si au point excité on ajoute une masse concentrée. On définit aussi le concept de "sources de puissance active" par bande de fréquence et on souligne ses avantages. L'approche par mobilités moyennes énergétiques (EMMA) permet d'effectuer des calculs énergétiques prédictifs approchés et locaux avec uniquement des quantités moyennées par bande de fréquence. Suivent des simulations d'assemblages multipoint (rigides ou élastiques et dissipatifs) de plaques homogènes et hétérogènes, avec l'étude des différentes erreurs de méthode et une application expérimentale sur des assemblages de plaques et de cylindres.

Un système d'énergie est un ensemble d'infrastructures et de technologies permettant la production, le stockage et la distribution d'énergie. Les systèmes énergétiques couplés incluent plusieurs vecteurs énergétiques, par exemple de l'électricité et de la chaleur, et des interactions peuvent avoir lieu entre ces formes d'énergie. L'optimisation des systèmes énergétiques permet de dimensionner et piloter au mieux la génération et le stockage d'énergie, avec divers objectifs qui peuvent être liés au coût ou à l'impact environnemental du système. Dans ce travail nous modélisons et optimisons un système énergétique couplé sur une période de temps longue (une année), avec une résolution temporelle élevée. En parallèle, nous tenons compte de non linéarités dans les équations qui régissent le rendement électrique de la cogénération et celles décrivant le stockage thermique. Nous proposons de manière incrémentale différentes méthodes de résolution, allant d'un programme mathématique à une matheuristique, en passant par une heuristique. Nous montrons l'intérêt de ces approches pour réduire les coûts de ces systèmes, tout en augmentant la proportion de sources d’énergies renouvelables
An energy system is a set of infrastructures and technologies that allow for the production, storage, and distribution of energy. Coupled energy systems include multiple energy vectors, such as electricity and heat, and interactions can occur between these forms of energy. Optimization of these systems allows for the best possible design and operation of energy generation and storage, with various objectives that can be linked to cost or the environmental impact of the system. In this work, we model and optimize a coupled energy system over a long period of time (one year), with a high temporal resolution. In parallel, we take into account non linearities in the equations that govern the electrical efficiency of cogeneration and those describing thermal storage. We incrementally propose different resolution methods, ranging from a mathematical program to a matheuristic, through an heuristic. We show the interest of these approaches for reducing the costs of these systems, while increasing the proportion of renewable energy sources

Ce mémoire de thèse présente le développement de la méthode "statistical modal energy distribution analysis (SmEdA)" pour des systèmes vibro-acoustiques couplés. Cette méthode de calcul est basée sur le bilan énergétique dans des sous-systèmes fermés couplés, comme une structure ou une cavité. L'interaction entre de tels systèmes est décrite par des couplages entre les modes. La version initiale de SmEdA prend en compte seulement les modes qui ont une fréquence propre dans le bande d'excitation. Le travail présenté ici étudie l'effet des modes non résonants sur la réponse et identifie les cas dans lesquels un tel effet devient important. L'introduction des modes non résonants permet d'utiliser la méthode SmEdA dans des cas d'applications plus larges. En outre, une nouvelle méthode de post-traitement a été développée pour calculer des distributions d'énergie dans les sous-systèmes. Finalement, une nouvelle méthode d'approximation pour la prise en compte des modes de systèmes de grandes dimensions ou mal définis a été formulée. Toutes ces méthodes ont été comparées avec d'autres méthodes de calcul via des exemples académiques et industriels. Ainsi, la nouvelle version de SmEdA incluant le post-traitement pour obtenir des distributions d'énergie a été validé et les avantages et possibilités d'applications sont montrés.

La qualité de l’air à l’intérieur des bâtiments basse consommation devient une problématique préoccupante dans le contexte actuel de règlementations thermiques de plus en plus exigeantes. Une des solutions envisagées pour concilier qualité de l’air intérieur et performance énergétique dans les bâtiments est l’intégration de systèmes d’épuration dans les réseaux de ventilation. Peu de retour d’expériences in situ permettent d’évaluer l’intérêt de ces systèmes pour répondre à la problématique. La solution envisagée dans ces travaux est l’évaluation par la simulation numérique. Ce choix a nécessité le développement d’un outil numérique capable de représenter de façon couplée les phénomènes thermiques, aérauliques et ceux liés à la qualité de l’air intérieur par une représentation multipolluant, à l’échelle d’un bâtiment ou d’une partie d’un bâtiment. Cet outil a été développé dans l’environnement Dymola sous le langage Modelica. Des expérimentations ont été menées dans ces travaux dans le but de compléter l’outil numérique par des lois empiriques caractérisant, d’une part les phénomènes de sorption des polluants gazeux par les matériaux de revêtement intérieur, d’autre part le comportement, à la fois énergétique et sanitaire, de six solutions d’épuration. Pour illustrer la capacité d’étude acquise grâce aux développements numériques et expérimentaux qui ont été réalisés dans le cadre des travaux de thèse, une zone de bureaux d’un bâtiment tertiaire a été simulée pour deux zones climatiques et pour deux types de pollution extérieure sur une année type complète. Les trois solutions d’épuration ayant montrées des performances tangibles lors de la phase expérimentale ont été simulées sous plusieurs conditions de fonctionnement puis comparées à deux cas de surventilation des locaux (sans épuration de l’air). Un indice global combinant performance sanitaire et énergétique a été ainsi défini dans le but de hiérarchiser les différentes stratégies simulées. Les résultats obtenus permettent de valider la méthodologie employée, notamment en montrant à la fois l’intérêt de contextualiser les solutions envisagées pour les évaluer, et l’importance de travailler, lors des expérimentations, à des conditions représentatives de la réalité des environnements intérieurs. Plusieurs voies d’amélioration de l’outil numérique développé sont également proposées en conclusion, ainsi que différents points de discussion qui méritent l’attention de travaux futurs dans le domaine
Indoor air quality in low-energy buildings has become these recent years an important topic with the rigorous performance expectations in terms of envelope airtightness and energy consumption set by the RT2012 thermal building code. One possible solution to conciliate indoor air quality and energy performance is to integrate air-cleaning systems in the building ventilation system. Because of the lack of scientific results regarding the suitability of those systems to solve this problematic, an investigation using numerical simulation has been conducted in the present work. This choice led to the development of a numerical tool that resolves in a coupled way, the heat and mass transfers, considering a multi-pollutant representation at the scale of the building/rooms. This tool was developed in the Dymola environment, using the Modelica programming language. Several experiments were also performed in the present work to acquire complementary data about the sorption of gaseous pollutants by indoor covering materials and about the cleaning effectiveness and energy consumption of six air-cleaning systems. To illustrate the capabilities of the numerical tool, simulations have been performed for an office building zone. The building has been located in two climatic zones and submitted to two levels of outdoor pollution, for a whole year. Three of the tested solutions that have shown the best air-cleaning performances in the experimental phase have been simulated under various operating conditions. Two cases of higher amount of fresh air, i.e. without any air-cleaning system, have been also included to the study. One index has then been defined to compare the performance of the different solutions considering both the exposure reduction to eight pollutants and the induced energy consumption. The results obtained in the present study confirm the adequacy of the proposed methodology. In particular, the importance of evaluating the solutions in their real context and not simply relying on their intrinsic performances to judge their performances when applied to indoor environments has been demonstrated. Another important issue is the need to conduct experimental characterizations of sorption processes and air-cleaning system under environmental conditions representative of real indoor spaces, i.e. low pollutant concentration and adequate air temperature, humidity and velocity. Future developments needed to improve the capabilities of the numerical tool are presented in conclusion as well as some important issues that would need a careful attention for further works in the domain

On définit ici la "mobilité énergétique": elle relie la puissance active injectée sur une bande de fréquences en un point d'une structure au niveau carré de la vitesse vibratoire obtenue en un autre point. On l'utilise sur une structure isolée pour définir une "additivité énergétique" d'injections simultanées de puissance active pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande. On l'utilise sur un assemblage, avec des "facteurs de connexion", pour calculer localement les niveaux carrés de vitesse par bande après couplage en fonction de ceux des sous-structures avant couplage. On remarque que la mobilité énergétique entre deux points non couplés change peu après couplage et que la mobilité énergétique est asymptotiquement invariante si au point excité on ajoute une masse concentrée. On définit aussi le concept de "sources de puissance active" par bande de fréquence et on souligne ses avantages. L'approche par mobilités moyennes énergétiques (EMMA) permet d'effectuer des calculs énergétiques prédictifs approchés et locaux avec uniquement des quantités moyennées par bande de fréquence. Suivent des simulations d'assemblages multipoint (rigides ou élastiques et dissipatifs) de plaques homogènes et hétérogènes, avec l’étude des différentes erreurs de méthode et une application expérimentale sur des assemblages de plaques et de cylindres
The energetic mobility is defined: it links the active injected power in a frequency band at a given point on a structure to the squared velocity level at another point. On a single structure it can be used to add the contributions of several active power injection and obtain the frequency averaged squared velocity level at any point. On an assembly it allows predicting the local frequency averaged squared velocity level after coupling using those on the substructures before coupling. The energetic mobility between two uncoupled points is almost invariant after coupling the structure and the energetic mobility is asymptotically invariant if one adds a mass at the injection point. The concept of active power sources in a frequency band is also defined and declaimed. The energetic mean mobility approach (EMMA) allows one to make local energetic predictions using exclusively frequency band averaged quantities. Numeric tests of multipoint (rigid or elastic and dissipative) coupling of homogeneous and heterogeneous plates follow, with the study of the different errors of the method and with an experiment on plate and cylinder assemblies

Cette thèse a pour cadre la production d'électricité photovoltaïque et éolienne couplée au réseau et disposant d'un stockage à petite échelle (habitat individuel ou collectivité locale). Les principaux intérêts d'un tel système sont la production propre sur le lieu de consommation, la mutualisation des ressources, et la sécurité d'approvisionnement. Dans une première partie, des modèles énergétiques sont mis au point et comparés avec succès à la réalité grâce à un dispositif expérimental complètement instrumenté. Nous obtenons alors une modélisation à la fois suffisamment précise pour rendre compte des transferts énergétiques et suffisamment rapide pour permettre une optimisation du dimensionnement et de la gestion d'énergie. Nous établissons ensuite des modèles économiques complets des éléments de la chaîne afin de traduire en coût l'efficacité énergétique des composants et la performance de la gestion énergétique. Disposant de modèles énergétiques, économiques et d'outils de dimensionnement et de gestion, nous avons effectué une étude d'optimisation fondée sur des cas simples de systèmes multi-production. Pour aborder ce difficile problème, nous nous sommes alors placés dans le cadre d'un producteur-consommateur dont les conditions météo au site de production ainsi que sa propre consommation sont supposées connues, donc déterministes. La problématique était alors la recherche de stratégies de gestion des flux d'énergie et des caractéristiques fondamentales des éléments de l'installation (puissances crêtes photovoltaïque, éolienne, capacité de stockage, ...) optimales permettant la minimisation du coût énergétique.

Cette étude comprend deux principales thématiques: D'une part, la formulation théorique de la réponse dynamique d'une structure maîtresse couplée à un système annexe plus ou moins complexe, localement homogène, composé de sous-systèmes annexes élastiques et continus, et en particulier couplée à un flou structural (représentant un système annexe complexe, mal défini du fait de sa complexité) composé de sous-systèmes flous élastiques et continus. Une formulation déterministe d'impédance de frontière du système annexe, qui modélise l'action de ce dernier sur la structure maîtresse, est établie: il apparaît que la formulation proposée est différente de la solution proposée par Soize, établie sur le modèle déterministe d'un oscillateur linéaire excité par son support. Finalement, on développe un modèle probabiliste d'impédance de frontière d'un flou structural composé de barres élastiques dont les longueurs et sections sont aléatoires. D'autre part, la formulation en moyennes et hautes fréquences, à partir d'une équation de diffusion, du comportement énergétique des structures. Le cas d'un système unidimensionnel homogène (barre, poutre) couplé sur sa longueur à un système annexe homogène est analysé: deux problèmes aux limites énergétiques, capables de prédire les densités d'énergies potentielle et cinétique le long du système, sont formulés rigoureusement. Il apparaît que la validité de l'équation de diffusion est liée au caractère très diffusif du système. Finalement, on montre que le comportement énergétique d'une barre hétérogène avec discontinuités de section est équivalent à celui d'une barre homogène.

La littérature récente montre qu'il existe un potentiel important de décarbonation et d'amélioration de l'efficacité des réseaux d’énergie, qui peut être exploité grâce à la synergie offerte par les systèmes multi-énergies (MES). Les technologies de couplages, telles que les centrales de cogénération, les pompes à chaleur et les stockages thermiques, sont largement recommandées pour une flexibilité accrue et un meilleur taux de pénétration des énergies renouvelables dans les secteurs du chauffage et de l'électricité. Sur la base de ce constat, la taille et le nombre de technologies de couplage dans les réseaux de distribution de chaleur, telles que les centrales de production combinée de chaleur et d'électricité (cogénération) et les pompes à chaleur (PAC), augmentent. Ces technologies étant exclusivement gérées par les gestionnaires de réseaux de chauffage urbain, leur fonctionnement devient parfois sous-optimal du point de vue du réseau électrique et elles peuvent entraîner une surcharge des réseaux de distribution d'électricité basse tension (en particulier pour les grandes puissances installées). Des modèles de simulation et d'optimisation intégrés sont nécessaires pour exploiter efficacement les synergies sans compromettre les réseaux de distribution composants les MES. Ces modèles ne sont pas encore développés. Les outils classiques de simulation mono-vecteur d’énergie ne sont pas capables d’intégrer les paramètres de fonctionnement couplé clés des réseaux de distribution multi vecteurs. Une nouvelle méthodologie de simulation et d'optimisation de MES est développée dans cette thèse, basée sur une approche d'Extended Energy Hub (EEH). Une structure générale de modélisation est d'abord proposée sous forme modulaire, afin de pouvoir être facilement adaptée à tout type de réseaux énergétiques multi vecteurs. Celle-ci est ensuite utilisée pour développer les détails d'un modèle intégré de flux de charges régissant les réseaux couplés de chauffage et de distribution d'électricité. Plusieurs études de cas, traitant de topologies de réseaux radiales et maillées, sont considérées pour la démonstration et la validation numérique du modèle proposé. Ce modèle de flux de charges est en outre combiné avec un algorithme d'optimisation (PSO) afin de mener des études de flux de puissances intégrées optimaux. Le potentiel offert par cette démarche est illustré par l'étude du placement optimal des technologies de couplage, comme les pompes à chaleur (PAC), dans les réseaux couplés de chauffage et de distribution d'électricité. La capacité de l'outil développé est de plus illustrée par l'exploitation des synergies des réseaux couplés en présence d'énergies renouvelables intermittentes et d'un signal de prix de l'électricité variable. Il est démontré que les méthodologies de simulation et d'optimisation basées sur l'EEH, proposées dans cette thèse sont très efficaces, flexibles et facilement évolutives pour intégrer les paramètres de fonctionnement clés des réseaux intégrés d'électricité et de chauffage urbain. Les modèles développés peuvent ainsi être utilisés comme plate-forme d’études de l'intégration des réseaux intelligents et des réseaux thermiques intelligents
Recent literature shows that there is a significant potential of decarbonisation and efficiency improvement that can be achieved through the synergy from multi-energy systems (MESs). Coupling technologies, such as co-generation plants, heat pumps and thermal storages are widely recommended as means of unlocking additional flexibility and increasing the penetration of renewables in the heating and electricity sectors. In view of that, the size and number of coupling technologies, such as combined heat and power plants and heat pumps (HPs), being installed in the heat distribution networks are increasing. As these technologies are exclusively managed by the district heating network operators, their operation sometimes becomes suboptimal from the electricity network point of view, and they (in particular large HPs) may cause overloading of the low voltage electricity distribution networks. Integrated simulation and optimisation models are required to exploit the synergies effectively without compromising the constituent distribution networks of MES. Such models are not yet well developed. The conventional single-energy-carrier simulation tools are not capable of capturing key operating parameters of the multi-carrier distribution networks either. A novel methodology for simulation and optimisation of MES is developed in this thesis based on an Extended Energy Hub (EEH) approach. The general framework is first developed in modular form so that it can be easily adapted for any type of multi-carrier energy networks. The framework is then used to develop the details of an integrated load flow model governing coupled heating and electricity distribution networks. Various load flow case studies with radial and meshed topologies are considered for demonstration and numerical validation of the proposed model. The load flow model is further combined with a particle swarm optimisation algorithm in order to conduct integrated optimal power flow studies. Its contribution to the state of art is demonstrated by studying the optimal placement of coupling technologies, such as HPs and boilers in coupled heating and electricity distribution networks. The capacity of the model is further illustrated by exploiting the synergies using HPs together with thermal storage in the presence of intermittent renewables and variable electricity price signal. It is shown that the EEH-based simulation and optimisation methodologies proposed in this thesis are very effective, flexible and easily scalable in capturing the key operating parameters of integrated electricity and district heating networks. The models can be used as a platform for further studies on integration of smart grids and smart thermal networks

La ghréline acylée, une hormone produite par l’estomac, favorise la prise de poids corporel, majoritairement sous forme de masse grasse, par le biais de divers mécanismes centraux et périphériques via le récepteur sécrétagogue de l’hormone de croissance (GHSR). Le GHSR est un récepteur couplé aux protéines G qui, en plus de répondre à la ghréline acylée, possède une signalisation indépendante de la ghréline par le biais de son activité constitutive ou par une modulation de réponses dopaminergiques via oligomérisation du GHSR avec des récepteurs dopaminergiques. Malgré les puissantes réponses pharmacologiques à la ghréline acylée, des modèles animaux capables d’appréhender la complexité du système ghréline acylée-GHSR in vivo manquent, ce qui a considérablement ralenti l’élucidation des rôles physiologiques de cette hormone et de son récepteur. En effet, les modèles génétiques murins générés jusqu’à présent manquent de spécificité au niveau de l’hormone (incapacité à discriminer la ghréline acylée de la ghréline désacylée), et/ou au niveau du GHSR (incapacité à discriminer les différents modes de signalisation du GHSR). Dans ce contexte, de nouveaux modèles qui impacteraient de façon différentielle les voies de signalisation du GHSR seraient des outils pertinents pour contribuer au déchiffrage du système ghréline acylée-GHSR in vivo. Nous nous sommes ainsi attachés à caractériser un modèle de rats porteur d’une mutation ponctuelle dans le Ghsr qui prédit la délétion d’un domaine régulateur dans l’extrémité C-terminale du GHSR (GhsrQ343X). Dans des modèles cellulaires, nous avons montré que cette mutation découple le GHSR des processus d’internalisation du récepteur et de recrutement de la β-arrestine induits par la ghréline acylée, tout en augmentant la réponse aux agonistes du GHSR dans la voie des protéines G. Conformément à ce mécanisme, les rats mutants homozygotes GhsrM/M ont une réponse accrue à l’administration d’agonistes du GHSR sur le plan de la libération d’hormone de croissance, de la prise alimentaire ou de l’activité locomotrice. L’exploration physiologique et comportementale des rats GhsrM/M indique que la mutation GhsrQ343X est associée à une augmentation du poids et de l’adiposité indépendamment de la prise alimentaire, une diminution de l’oxydation globale des acides gras, de la flexibilité métabolique et de la tolérance au glucose, sans impact critique sur la prise alimentaire homéostatique. En outre, étant donné que la mutation GhsrQ343X n’augmente pas les niveaux circulants de ghréline, le phénotype métabolique général des rats GhsrM/M est en accord avec une sensibilité augmentée du GHSR en réponse au tonus endogène de ghréline acylée. Enfin, des résultats préliminaires suggèrent que la mutation GhsrQ343X pourrait être associée à des altérations relatives aux fonctions de récompense et de mémoire dont les mécanismes sous-jacents restent à décrypter. En résumé, nous proposons le modèle de rat mutant GhsrQ343X comme un nouvel outil, plus spécifique que les modèles murins d’invalidation génétique, pour explorer in vivo la signalisation du GHSR dans diverses fonctions biologiques, et à plus long terme aider au design de composés pharmacologiques ciblant le GHSR efficaces dans un cadre clinique
The stomach-derived hormone acyl ghrelin promotes body weight gain, mostly in the form of fat mass, by means of several central and peripheral mechanisms mediated by the growth hormone secretagogue receptor (GHSR). The GHSR is a G protein-coupled receptor that, in addition to respond to acyl ghrelin, displays agonist-independent signaling through high constitutive activity and possibly heteromerization with dopamine receptors. Despite the potent biological properties of exogenous acyl ghrelin, the lack of animal models able to apprehend the complexity of the acyl ghrelin-GHSR system in vivo has been hampering the elucidation of its physiological roles. Indeed, genetic mouse models generated so far lack specificity either at the level of the hormone (not able to discriminate between acyl ghrelin versus desacyl ghrelin) and/or at the level of the GHSR (not able to discriminate between GHSR signaling modes). In this context, new models differentially affecting GHSR signaling pathways would represent valuable tools to decipher the acyl ghrelin-GHSR system in vivo. We therefore aimed at characterizing a new rat model carrying a point mutation in Ghsr that predicts truncation of a regulatory domain in the C-terminus, the GhsrQ343X mutation. In cellular models, this mutation was found to uncouple the GHSR from agonist-dependent receptor internalization and β-arrestin recruitment, while enhancing GHSR responsiveness in the G protein pathway. Accordingly, homozygous mutant GhsrM/M rats show enhanced responsiveness to exogenous GHSR agonists in terms of growth hormone release, food intake and locomotor activity. Physiological and behavioral exploration of GhsrM/M rats supports that the GhsrQ343X mutation is associated with increased body weight gain and adiposity independently of calorie intake, reduced whole-body fat oxidation, metabolic flexibility and glucose tolerance, without any critical impact on homeostatic feeding behavior. Moreover, given that circulating ghrelin levels are not increased by the GhsrQ343X mutation, the overall metabolic phenotype of GhsrM/M rats is consistent with enhanced GHSR sensitivity to the endogenous tone of acyl ghrelin. Furthermore, preliminary results suggest that the GhsrQ343X mutation could be associated with behavioral alterations related to reward and memory functions, through mechanisms that remain to be elucidated. Altogether, we propose the GhsrQ343X mutant rat model as a novel tool, more specific than knockout mouse models in its mechanism-of-action, to explore GHSR signaling across biological functions in vivo, and ultimately help in the design of efficient GHSR-targeting drugs