Дисертації з теми "Performances hygrothermiques et énergétiques"

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.

L’efficacité énergétique devient un domaine de recherche incontournable dans la communauté scientifique vu son importance dans la lutte contre les crises énergétiques actuelles et futures. L'analyse des performances énergétiques, pour les procédés industriels, nécessite la connaissance des grandeurs physiques impliquées dans les équilibres de masse et d'énergie. D’où la problématique : comment choisir les points de mesure sur un site industriel de façon à trouver les valeurs de tous les indicateurs énergétiques sans avoir des redondances de mesure (respect des contraintes économiques), et en conservant un niveau de précision des résultats ? La première partie présente la formulation du problème d’instrumentation ayant pour but de garantir une observabilité minimale du système en faveur des variables clés. Ce problème est combinatoire. Une méthode de validation des différentes combinaisons de capteurs a été introduite. Elle est basée sur l’interprétation structurelle de la matrice représentant le procédé. Le verrou de long temps de calcul lors du traitement des procédés de moyenne et grande taille a été levé. Des méthodes séquentielles ont été développées pour trouver un ensemble de schémas de capteurs pouvant être employés, en moins de 1% du temps de calcul initialement requis. La deuxième partie traite le choix du schéma d’instrumentation optimal. Le verrou de propagation des incertitudes dans un problème de taille variable a été levé. Une modélisation du procédé basée sur des paramètres binaires a été proposée pour automatiser les calculs, et évaluer les incertitudes des schémas trouvés. Enfin la méthodologie complète a été appliquée sur un cas industriel et les résultats ont été présentés
Energy efficiency is becoming an essential research area in the scientific community given its importance in the fight against current and future energy crises. The analysis of the energy performances of the industrial processes requires the determination of the quantities involved in the mass and energy balances. Hence: how to choose the placement of the measurement points in an industrial site to find the values of all the energy indicators, without engendering an excess of unnecessary information due to redundancies (reducing measurements costs) and while respecting an accepted level of accuracy of the results ? The first part presents the formulation of the instrumentation problem which aims to guaranteeing a minimal observability of the system in favor of the key variables. This problem is combinatory. A method of validation of the different sensors combinations has been introduced. It is based on the structural interpretation of the matrix representing the process. The issue of long computing times while addressing medium and large processes was tackled. Sequential methods were developed to find a set of different sensor networks to be used satisfying the observability requirements, in less than 1% of the initial required computation time. The second part deals with the choice of the optimal instrumentation scheme. The difficulty of uncertainty propagation in a problem of variable size was addressed. To automate the evaluation of the uncertainty for all the found sensor networks, the proposed method suggested modeling the process based on binary parameters. Finally, the complete methodology is applied to an industrial case and the results were presented

L’objectif de la thèse est de concevoir un design le plus optimisé possible d’une centrale à charbon pulvérisée fonctionnant en oxy-combustion. Une telle centrale intègre un système de production d’oxygène (ASU), une chaudière, un cycle électrogène, des équipements de dépollution ainsi qu’un système de purification et de compression du CO2 (CPU). Ainsi, dans un premier temps, la thèse portera sur la compréhension, l’analyse et la modélisation des différents procédés qui composent la chaîne d’une centrale fonctionnant en oxy-combustion. Ensuite, les performances et la configuration de la centrale seront optimisées de façon à réduire la destruction d’exergie tout s’assurant de la compétitivité économique de la solution ainsi obtenue. A l’issue de cette thèse, les origines des pertes exergétiques du système étudié et les schémas d’intégration permettant de maximiser les gains énergétique à l’échelle de la centrale seront identifiées. De plus, les stratégies de dépollution des fumées les plus adaptées seront définies et les nouveaux procédés intégrés seront évalués à la fois d’un point de vue technico-économiques et flexibilité
The objective of the thesis is the conception of an optimized oxy-fired pulverized-coal power plant. Such a power plant is constituted of an oxygen production system (ASU), a boiler, power cycle, depollution equipments and a CO2 purification and compression system (CPU). After a first step consists in understanding, analyzing and modeling the different processes composing the oxy-combustion system; the work will focus on the optimization of the performances and the configuration of the power plant by minimizing exergy destructions while ensuring economic competitiveness of the obtained solution. At the end of the thesis, the origins of the exergetic losses in the system as well as the thermal integration scheme allowing the maximization of the energetic gains at power plant level will be identified. Additionally, the most adapted flue gas depollution strategies will be defined and the new integrated process schemes will be evaluated on both a techno-economic and flexibility basis

Les besoins en électricité des populations ivoiriennes vivant en milieu rural non couvert par le réseau électrique interconnecté sont satisfaits par des groupes électrogènes fonctionnant au gazole. L’utilisation de cette source d’énergie fossile comporte des risques à savoir la menace sur l’approvisionnement en électricité de ces zones et l’accroissement des émissions de gaz à effet de serre. Face à ces risques, la recherche de sources d’énergies alternatives reste une préoccupation majeure. Parmi les solutions, nous proposons comme source d’énergie d’utiliser le biodiesel de jatropha pour alimenter ces groupes électrogènes en zones rurales isolées. Cependant, avant d’envisager un tel projet, il importe d’en étudier la faisabilité et la pérennité. C’est le travail abordé dans cette thèse où les performances environnementales et énergétiques du biodiesel de jatropha utilisé comme combustible par un groupe électrogène servant à produire de l’électricité pour une localité ivoirienne isolée ont été étudiées à partir de la méthode de l’analyse du cycle de vie complétée par une analyse exergétique et une analyse technico-économique
Some remote areas in Côte d’Ivoire are not covered by the interconnected grid. For these areas, the electricity needs of people are met by diesel generators. There are some risks with the use of diesel as fossil fuel such as the threat to the electricity supply of these areas and the increase of greenhouse gas emissions. These risks make alternative energy a major concern. Among the solutions that could be considered, we propose the jatropha biodiesel as energy source used in the diesel generators to produce electricity in these remote areas. However, it’s important before considering such a project to study its feasibility. It is the work dedicated to this thesis where the environmental and energy performances of jatropha biodiesel used as fuel by diesel generator have been studied through the life cycle assessment completed by an exergy analysis, technical analysis and economical analysis

Les besoins en électricité des populations ivoiriennes vivant en milieu rural non couvert par le réseau électrique interconnecté sont satisfaits par des groupes électrogènes fonctionnant au gazole. L’utilisation de cette source d’énergie fossile comporte des risques à savoir la menace sur l’approvisionnement en électricité de ces zones et l’accroissement des émissions de gaz à effet de serre. Face à ces risques, la recherche de sources d’énergies alternatives reste une préoccupation majeure. Parmi les solutions, nous proposons comme source d’énergie d’utiliser le biodiesel de jatropha pour alimenter ces groupes électrogènes en zones rurales isolées. Cependant, avant d’envisager un tel projet, il importe d’en étudier la faisabilité et la pérennité. C’est le travail abordé dans cette thèse où les performances environnementales et énergétiques du biodiesel de jatropha utilisé comme combustible par un groupe électrogène servant à produire de l’électricité pour une localité ivoirienne isolée ont été étudiées à partir de la méthode de l’analyse du cycle de vie complétée par une analyse exergétique et une analyse technico-économique
Some remote areas in Côte d’Ivoire are not covered by the interconnected grid. For these areas, the electricity needs of people are met by diesel generators. There are some risks with the use of diesel as fossil fuel such as the threat to the electricity supply of these areas and the increase of greenhouse gas emissions. These risks make alternative energy a major concern. Among the solutions that could be considered, we propose the jatropha biodiesel as energy source used in the diesel generators to produce electricity in these remote areas. However, it’s important before considering such a project to study its feasibility. It is the work dedicated to this thesis where the environmental and energy performances of jatropha biodiesel used as fuel by diesel generator have been studied through the life cycle assessment completed by an exergy analysis, technical analysis and economical analysis

Les nouveaux renforts NCF (Non Crimp Fabrics) sont adaptés aux procédés RTM (Resin Transfer Moulding) ou RIM (Resin Infusion Moulding) et permettent d'élaborer des structures aéronautiques complexes et de grande taille. Cependant, la présence de la couture peut conduire à une morphologie spécifique hétérogène du matériau avec un réseau 3D de zones riches en résine. Ces dernières, sous cycles de vieillissement hygrothermiques, sont à l'origine d'un état spécifique de fissuration. Ainsi, le présent travail se concentre sur la caractérisation morphologique et la fissuration d'une famille particulière des NCF - NC2® (Non Crimp New Concept), soumis au vieillissement hygrothermique cyclique. Pour cela, des cycles accélérés de vieillissement sont définis, diverses méthodes de caractérisation sont utilisées et différentes variables représentatives sont introduites. Au sujet de la morphologie du matériau, une hétérogénéité multi-échelles a été visualisée en surface et dans l'épaisseur en effectuant des coupes sous microscope 2D et de la reconstruction volumique sous tomographie 3D à RX. En ce qui concerne la fissuration hygrothermique, son initiation et son développement ainsi que sa morphologie ont été étudiés. L'influence de la morphologie et des paramètres de chargement au cours des cycles a été identifiée. De plus, afin de maîtriser le comportement des zones riches en résine, un couplage thermique/hygrothermique-mécanique à différents états de vieillissement du matériau a été décrit finement par des mesures de champs. Enfin, la tenue mécanique du matériau vieilli a été étudiée.

Ce travail de thèse s’insère dans un partenariat entre le laboratoire PROMES et la société Saunier Duval, partie prenante du groupe Vaillant, dans le but d’améliorer les performances des chauffe-eau solaires individuels (CESI). Dans le cadre de cette application particulière, le potentiel des matériaux à changement de phase (PCM) est envisagé. Notre démarche a consisté à la fois en l’étude de composites (élaboration et caractérisation) et à l’analyse du procédé afin de réaliser l’insertion optimale du matériau dans le système. Dans un premier temps, après avoir recensé les PCM répondant aux problématiques de notre application, nous avons élaboré et caractérisé des composites associant le graphite naturel expansé (GNE) et de matériaux de stockage à chaleur latente. Dans un second temps, ce travail a pour but de quantifier les performances d’un CESI dont le capteur intègre un des composites précédemment élaborés. Une approche numérique nous permet de simuler le comportement thermique et les rendements d’un tel système sous un climat spécifique et des consommations en eau chaude sanitaire (ECS) données. L’analyse de ces résultats numériques nous permettra de proposer plusieurs perspectives de travail
This thesis takes place in a partnership between the PROMES laboratory and the Saunier Duval industry, part of the Vaillant Group, with the aim of improving the performance of solar domestic hot water (SDHW) system. Potential of phase change materials (PCM) for this particular application is investigated in this study. Our approach has been to associate the study of composites (preparation and characterization) and also the analysis of the process to achieve optimal integration of the material in the system. In the first part we have elaborated and characterized composite based on compressed expanded natural graphite (CENG) and PCM in order to validate the existence of materials having the characteristics necessary for the planned feature. The second part of this work aims to quantify the performance of a SDHW which includes the composite material previously developed. A numerical approach allows us to simulate the thermal behaviour and the efficiency of such a system. Analysis of these numerical results will give rise to several conclusion and prospects

L'application de la brumisation d'eau dans l'air en amont des condenseurs à air permet de réduire la consommation d'énergie des machines frigorifiques. L'intérêt de la brumisation d'eau réside dans l'abaissement de température de l'air obtenu par évaporation du spray. L'optimisation de cette méthode permet d'obtenir une efficacité se rapprochant de celle des systèmes évaporatifs tout en supprimant le risque de développement et de transports de bactéries tel que les légionelles. Le problème est abordé ici de deux manières : la première théorique et numérique (utilisation du code MIRABELLES et développement d'un modèle d'échange thermique air-goutte/condenseur) et la seconde expérimentale (mise en place d'un pilote et d'une pompe à chaleur). A l'aide du code MIRABELLES, on a déterminé les caractéristiques d'un spray évoluant dans un milieu ambiant donné et son impact sur l'abaissement de température de l'air. Les données numériques obtenues ont guidé le choix du matériel et la stratégie de brumisation à appliquer expérimentalement. Les mesures effectuées sur le pilote montrent l'amélioration des échanges thermiques entre l'air et le condenseur grâce à la brumisation et quantifient également l'influence de l'impact des gouttes avec les ailettes du condenseur. L'application de la brumisation sur la pompe à chaleur a mis en avant les gains sur la consommation électrique et l'augmentation de la production frigorifique. La comparaison de l'ensemble des résultats expérimentaux avec les résultats numériques a permis de valider le modèle thermique simulant les échanges entre un air chargé de gouttelette d'eau et un condenseur
The application of water mist in the air upstream of the air-cooled condensers can reduce the energy consumption of refrigeration. The advantage of water mist is the lowering of air temperature obtained by evaporation of the spray. The optimization of this method provides an efficiency approaching that of evaporative systems while eliminating the risk of development and transport of bacteria such as legionella. The problem is addressed here in two ways: the first theoretical and numerical (using the code MIRABELLES and development of a model heat exchange air-droplet/condenser) and the second experiment (establishment of a pilot and a heat pump). Using the code MIRABELLES, it was determined the characteristics of a spray operating in a given environment and its impact on the lowering of air temperature. The digital data obtained have guided the choice of materials and the experimental using condition of water mist. Measurements on the pilot show the improvement of heat exchange between air and the condenser by means of the mist and quantify the influence of the impact drops/condenser fins. The application of the mist on the heat pump has highlighted the gains in power consumption and the increase in refrigeration. The comparison of all experimental results with the numerical results has validated the thermal model simulating the interaction between a droplet-laden air and water condenser

Dans les pays de l’Afrique sub-saharienne, la situation énergétique, le fort taux d’accroissement des aires urbaines, l’inadaptation des techniques de construction et le climat offrent un grand potentiel pour la démarche bioclimatique et la construction durable notamment sur le plan énergétique. Cependant ce potentiel est faiblement exploré. Pour ce faire, cela passe par une bonne connaissance du comportement des bâtiments et par leur adaptation au contexte climatique. Dans le cadre de notre contribution à cette problématique, une étude sur le comportement thermique des bâtiments est initiée grâce à la simulation. En effet la simulation des performances énergétiques du bâtiment devient de plus en plus incontournable dans les processus de conception et d’analyse des bâtiments à travers le monde. Dans ce travail les outils de simulation des performances énergétiques ainsi que les outils d’optimisation sont utilisés pour mener des investigations sur un bâtiment type construit en matériaux conventionnels au Burkina Faso suivant deux principales approches. Dans la première approche le modèle numérique du bâtiment est confronté aux mesures issues de l’expérimentation sur le bâtiment réel. Une méthodologie de calibration basée sur l’analyse de sensibilité et l’optimisation des paramètres a été appliquée pour la comparaison des résultats. Cela a permis de caler le modèle et des études diagnostiques sont réalisées. Dans la seconde approche, des investigations sur des solutions d’amélioration des performances du bâtiment sont réalisées à travers l’application de la simulation dynamique comme outils d’aide à la conception. Les techniques d’interopérabilité et d’optimisation sont utilisées pour implémenter les solutions de refroidissement passif dont les impacts sur le bâtiment étudié sont évalués. Enfin dans ce travail, des techniques d’analyse du bâtiment et des critères de performance sont utilisées pour caractériser et formuler des recommandations sur la conception des bâtiments dans notre contexte climatique
In sub-Saharan African countries, the energy context, the high urban growth, inadequate construction techniques and climate offer great potential for bio-climatic approach and sustainable construction particularly on the energy level. However, this potential and the use of passive cooling techniques are weakly explored. To do so, it requires a good knowledge of building’s behaviour and their adaptation to the climatic context. As part of our contribution to this issue, a study on the thermal behaviour of buildings is initiated by numerical simulation. Indeed the building’s energy performance simulation tools are becoming more essential in the building’s design processes and analysis. Investigations are conducted on a building built with typical materials in Burkina Faso by following two main approaches. In the first approach a model of the building is faced with measurements from field experiments on the building. A calibration methodology based on the sensitivity analysis and optimization has been applied for the comparison of results. This helped to calibrate the model and diagnostic studies are performed.In the second approach, investigations on methods which can help to improve the building performance are realized through the application building performance simulation as a design aid tool. Interoperability and optimization techniques are used to deal with passive cooling techniques and their impacts on the building thermal behaviour are assessed. Finally in this work analysis techniques and performance criteria are used to characterize and make recommendations on building designs for the tropical climate context

Le travail réalisé dans cette thèse concerne plus particulièrement les caractéristiques thermiques et énergétiques de logements individuels issus de la filière sèche (construction à parois légères). L'objet essentiel de notre travail est d'analyser le comportement thermique de l'enveloppe extrêmement légère du bâtiment et donc de faible inertie thermique. La lame d'air ventilée constituant une partie de l'enveloppe extérieure du procédé a fait l'objet d'une analyse thermique au moyen d'une instrumentation (fluxmètres et thermocouples) mise en place au sein de la paroi. Dans ce travail, nous mettons en évidence ces ponts thermiques qualitativement par thermographie infrarouge et quantitativement par la mise en place de fluxmètres. Ces constatations "ponts thermiques" seront validées par un code de calcul. Finalement cette même instrumentation fluxmétrique a été utilisée in situ dans l'analyse thermique de l'enveloppe sous l'effet de sollicitations réelles. Elle nous permettra également de voir l'impact de ce type de construction sur la consommation énergétique
The work completed in this thesis more particularly relates to the thermal and energy characteristics of individual residences from the dry die (construction with light walls). The essential object of our work is to analyze the thermal behavior of the extremely light envelope of the building and thus of weak thermal inertia. The blade of air ventilated constituting a part of the outer jacket of the process was the subject of a thermal analysis by means of an instrumentation (fluxmeters and thermocouples) installation within the wall. In this work, we qualitatively highlight these cold bridges by infra-red thermography and quantitatively by the installation of fluxmeters. These observations "cold bridges" will be validated by a computer code. Finally this same fluxmetric instrumentation was used in situ in the thermal analysis of the envelope under the effect of real requests. It will also enable us to see the impact of this type of construction on the power consumption

Afin de répondre à une demande de soins et traitements toujours mieux adaptés et plus performants, des dispositifs médicaux implantables (DMI) ont vu le jour. Il s’agit actuellement de dispositifs isolés et autonomes à l’intérieur de l’organisme hôte, dont la fonction ne nécessite pas d’interaction avec celui-ci, ou uniquement dans un sens (par la libération de molécules par exemple). Une nouvelle génération de DMI dont le fonctionnement s’appuie sur des échanges continus avec l’organisme vivant est toutefois en cours de développement, et un des points clefs de leur élaboration est l’enrobage. En effet, l’interface entre le DMI et le corps joue un rôle primordial puisqu’elle doit assurer une symbiose parfaite entre ces derniers. Les mécanismes inflammatoires et immunitaires étant si complexes et puissants, il est nécessaire de protéger ces dispositifs tout en leur permettant de communiquer avec l’organisme hôte. En outre, cette barrière protège aussi le corps d’éventuels éléments agressifs libérés par l’implant. Ainsi, le travail de recherche décrit dans ce manuscrit concerne la fabrication et la caractérisation d’un matériau qui peut être utilisé pour enrober des dispositifs symbiotiques implantables.Dans ce contexte, les hydrogels d’alcool polyvinylique (Polyvinyl alcohol) : PVA) polymérisés physiquement par un procédé de congélation/décongélation se sont révélés particulièrement intéressants. En effet, leur structure semi-cristalline permet de modifier leur porosité et leurs propriétés mécaniques en faisant varier les paramètres de fabrication. Nous avons donc caractérisé physico-chimiquement les hydrogels de PVA (propriétés mécaniques, porosité, diffusivité), avant d’étudier leur biocompatibilité in vitro et in vivo. Pour finir, nous nous sommes concentrés sur un DMI particulier qu’est la biopile à glucose implantable, en analysant les performances du PVA en tant qu’enrobage d’électrodes.Ainsi, nous avons déterminé un procédé de fabrication permettant d’obtenir une membrane enrobante solide et facile à manipuler, poreuse afin de laisser diffuser le glucose et l’oxygène de manière optimale jusqu’à l’électrode, et protectrice vis-à-vis des protéines de l’organisme de plus grandes tailles
The development of implantable medical devices (IMD) provides for more efficient treatment in specific healthcare applications. Such devices are isolated and autonomous within the host organism. Their function does not usually require any input from the host, with the main function of the IMD being typically to stimulate tissues (e.g. muscles, nerves) or to release molecules (e.g. osmotic pump). New generations of IMD that rely on the on continuous duplex interactions with the living organism are being developed. The key aspect of such IMD is the interface with the internal environment of the body. This interface plays a crucial role because it must ensure a perfect symbiosis between the IMD and the host. For example, the interface must both protect the IMD from the complex and powerful inflammatory and immune mechanisms in addition to providing an efficient communication pathway with the host organism. Furthermore, this interface also protects the body from the potentially aggressive elements that can be released by the IMD. The research described in this manuscript is focused to the manufacture and characterisation of a material that can be used to coat IMD so as to optimise both the biocompatibility and efficient functions of the IMD.In this context, the research described here has focused on hydrogels of polyvinyl alcohol (PVA) physically polymerized by a freeze/thaw method. Indeed, the semi-crystalline structure of PVA allows modification of the porosity and mechanical properties by varying the parameters of the production process. We therefore performed physico-chemical characterisations of PVA hydrogels (mechanical properties, porosity and diffusivity) before studying in vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility. We tuned the PVA membranes to a specific IMD that relied upon duplex communication for its function (i.e. the implantable glucose biofuel cell) and analyzed the performance of PVA to provide an optimised coating. The results report an optimised manufacturing process for PVA that provides for the IMD (i) a solid and easily handled membrane, (ii) a porous membrane optimised for the diffusion of glucose and oxygen to the IMD bioelectrodes, and (iii) a protective membrane against proteins of larger dimension

L'ère des technologies CMOS fortement submicroniques et des circuits à hautes performances temporelles et énergétiques exige la réduction de l'impact sur les circuits : de la fluctuation du procédé de fabrication (P), de la tension d'alimentation (V) et de la température (T). Il est donc nécessaire de mettre en place des capteurs ou ring oscillateurs sur puce dédiés à la qualification intrinsèque des circuits intégrés en termes de PVT. Les capteurs seront activés pendant la phase de test des circuits ou pendant leur phase de fonctionnement normal, et les mesures seront converties en données numériques permettant de classifier les performances temporelles et énergétiques du système-sur-puce. Dans ce cadre, la présente thèse en milieu industriel a permis le développement de techniques et d'algorithmes de compensations post-fabrication en réduisant la consommation et/ou augmentant la vitesse du circuit. Précisément, les algorithmes validés au niveau silicium utilisent l'ajustement de la tension d'alimentation pour une compensation à gros-grain, ainsi que l'ajustement de la tension des substrats des transistors NMOS et PMOS pour une compensation à fin-grain
The new requirement for nanometer CMOS technologies enabling optimal speedand power performances is to increase the integrated circuits' robustness under thefluctuation of the PVT parameters: Process (P), Voltage (V), and Temperature (T). In thisway, identifying the exact process on a die per die basis using on-chip sensors or ringoscillators becomes a necessity. This hardware (sensors) is used to measure the intrinsicperformance of the silicon either during industrial test or while applications are running. Thesensors' data are converted to a digital format in order to classify parts at the manufacturingstage (speed binning). Within this context, the present thesis has focused on the developmentof post-manufacturing compensation algorithms in order to minimise power consumptionand/or maximise speed. More precisely, the algorithms validated at the silicon level combineboth the voltage scaling for large-grain tuning, and the body biasing for fine-grain tuning

Les systèmes solaires thermiques combinés à un système d’appoint tel que une chaudière, une pompe à chaleur ou intégrant une machine à absorption, peuvent jouer un rôle important dans la réduction des consommations des bâtiments pour les besoins de chauffage, de climatisation et de production d’eau chaude sanitaire. Dans ce sens, la caractérisation des performances énergétiques des systèmes thermiques est un enjeu crucial.Les méthodes de caractérisation actuellement disponibles sont soit basées sur plusieurs essais physiques séparés des composants du système à évaluer, chose qui ne prend pas en compte les vraies interactions entre ces derniers, soit sur des modèles physiques qui peuvent être complexes et difficilement identifiables notamment du fait que les systèmes actuels sont compacts et préfabriqués en usine. En l’absence de méthode fiable pour estimer les performances des systèmes solaires thermiques avant leur intégration au bâtiment, le marché de ses derniers subit de fortes contraintes pour son développement.Dans ce contexte il devient indispensable de développer une méthodologie générique qui peut être appliquée à différentes typologies de systèmes et qui pallie les difficultés rencontrées par les méthodes actuelles.L’approche d’évaluation proposée dans ce mémoire est constituée de quatre étapes principales : la détermination d’une séquence de test, l’essai du système dans un banc d’essai semi-virtuel selon la séquence déterminée, l’acquisition des données et l’identification d’un réseau de neurones artificiels (RNA) du système et enfin la simulation du modèle en vue de l’estimation de la consommation du système dans l’environnement désiré. L’avantage d’utiliser un modèle complètement « boîte noire » du système complet à l’aide des RNA la rend totalement « non intrusive ». La connaissance des paramètres internes aux systèmes (rendements, conductivités thermiques, régulation etc.) n’est en conséquence pas nécessaire pour l’application de la méthodologie.La validation de la méthodologie a été réalisée à travers plusieurs expérimentations numériques, pour 7 systèmes issus de 3 typologies différentes, durant lesquelles les estimations des RNA ont été comparées aux calculs des modèles physiques dans plusieurs conditions différentes (qualité du bâtiment, climat et surface du capteur). Une application de l’approche développée dans le cas de 5 systèmes réels a permis la confirmation de la pertinence de la méthodologie
Solar thermal systems combined with a backup system such as a boiler, a heat pump or incorporating an absorption chiller, can play an important role in reducing buildings energy consumption for heating, cooling and hot water production needs. In this sense, characterizing the energy performance of thermal systems is crucial.Currently available methods of system characterization are either based on several separate physical tests of system components to be evaluated, which do not take into account the real interactions between them, or on physical models that can be complex and difficult to identify especially because systems nowadays are compact and prefabricated in the factory. Due to the lack of a reliable method to estimate the performance of solar thermal systems before their integration into buildings, their market faces a lot of impediment to be developed.In this context, it becomes essential to develop a generic methodology that can be applied to different types of systems which overcomes the difficulties encountered by the current ones.The proposed evaluation approach in this manuscript is composed of four main steps: determining a test sequence, testing the system in a semi-virtual test bench according to predetermined sequence, data acquisition and identifying an artificial neural network (ANN) of the system and finally the model simulation in order to estimate the system consumption in the desired boundary condition. Using a completely "black box" model of the whole system using the ANN makes the methodology totally "non-intrusive". No prior knowledge about the systems internal parameters (yields, thermal conductivities, regulation etc.) is necessary to apply the proposed approach.The methodology validation was performed through several numerical experiments for seven systems coming from three different typologies. During the validation process, ANN estimates were compared with calculations of physical models in several different conditions (quality of building, climate and collector area). The developed approach was applied to five real systems as well. The application results allowed the confirmation of the methodology relevance

Dans cette etude, nous proposons d'analyser la situation actuelle des preoccupations liees a l'impact energetique et environnemental des equipements de micro-informatique et plus generalement de bureautique. Un premier chapitre presente l'etat du probleme au moment ou ce travail a debute en 1989. Le second chapitre est consacre a une discussion des caracteristiques electriques de quelques equipements: pc, imprimantes et copieurs; l'analyse du facteur de puissance des equipements a fait l'objet d'une attention particuliere a cause des implications internes de pollution harmonique. Dans le troisieme chapitre, nous procedons a une etude methodologique et experimentale de l'une des solutions envisageables pour optimiser la consommation d'electricite a savoir la mise en place de modes veille que nous definissons sous l'appellation ssc (sieste-sommeil-coma); ce mode ssc a ete teste par l'intermediaire de technologies que nous avons mises au point. Nous avons aussi, apres avoir mesure, les performances de certains systemes qui commencent a (ou vont prochainement) apparaitre sur le marche a la suite des programmes us-epa et nutek (suede). Enfin, le dernier chapitre est consacre a une etude succincte du devenir des equipements en fin de vie de quelques problemes poses et des solutions mises en uvre par certains groupes industriels ainsi qu'a une evaluation de l'impact energetique global, au niveau europeen, des equipements de bureautique et plus generalement des technologies de l'information

A l'heure où le secteur de la construction connaît une profonde transformation portée par des préoccupations énergétiques et environnementales, les solutions de conception proposées pour répondre à ces objectifs ne doivent pas compromettre la qualité de l’air intérieur (QAI). Malgré les risques majeurs de santé publique liés à celle-ci, des outils manquent aux acteurs de la conception pour juger de la performance des solutions de conception proposées en terme de QAI. Cette thèse vise à répondre à cet enjeu en proposant une méthodologie d’évaluation cohérente et intégrée des performances sanitaires, énergétiques et environnementales des solutions de conception. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) a été identifiée comme pertinente pour intégrer dans un cadre méthodologique normé l’évaluation de la QAI à celle de la performance énergétique et environnementale à travers des métriques d’impacts communes.Afin de considérer au mieux les impacts générés par la pollution de l’air intérieur et les consommations énergétiques en phase opérationnelle du bâtiment, nous avons développé un modèle numérique couplant les transferts de chaleur et de masse dans l’enveloppe du bâtiment. Ce modèle permet d’évaluer l’émission des polluants depuis les matériaux de construction (inventaire) jusqu’à leur devenir dans les environnements intérieurs (transport) en fonction de la température. L’intégration de ce modèle à la méthodologie d’ACV nous a permis de quantifier l’impact de différents matériaux de construction sur l’environnement intérieur et extérieur du bâtiment et de les mettre en regard avec les impacts générés lors de leur production et fin de vie respective. Les résultats obtenus nous ont montré la sensibilité de ce modèle aux paramètres comportementaux.L’occupant a un rôle majeur dans la problématique de la QAI et sa prise en compte est un élément clé afin de quantifier l’exposition des occupants aux polluants intérieurs avec moins d’incertitudes. Nous avons développé un modèle agent simulant le comportement humain au sein des bâtiments résidentiels à l’aide d’une architecture cognitive avancée intégrant à la fois le comportement délibératif et social des occupants. Le couplage du modèle de transport des polluants et du modèle-agent de comportement humain nous a permis d’explorer au travers d’un cas d’étude dans quelle mesure l’exposition à la pollution intérieur est sensible au mode de vie des occupants et le comportement des occupants influe sur le devenir des polluants dans les environnements intérieurs. Ceci constitue une étape préliminaire pour estimer un intervalle de confiance des résultats de simulations, ouvrant ainsi la voie à un processus de garantie de performance en terme de QAI
The construction sector is undergoing a profound transformation driven by energy and environmental concerns. The design solutions proposed to meet these objectives must not compromise indoor air quality (IAQ). Despite the major public health risks associated with this issue, design actors lack tools to assess the performance of the design solutions in terms of IAQ. This thesis aims to address this challenge by proposing a consistent and integrated methodology for evaluating the health, energy and environmental performance of building design solutions. Life Cycle Assessment (LCA) has been identified as a relevant methodology for integrating into a standardised methodological framework the evaluation of the building performance in terms of IAQ, energy and environment through common impact metrics.In order to better characterise the impacts generated by indoor air pollution and energy consumption during the operational phase of the building, we developed a numerical model coupling heat and mass transfers in the building envelope. This model evaluates the emission of pollutants from building materials (inventory) until their fate in indoor environments (transport) as a function of the temperature. The integration of this model into the LCA allowed us to quantify the impact of different construction materials on the indoor and outdoor environment of the building and to compare them with the impacts generated during their production and end of life phase. The results obtained show the sensitivity of this model to behaviour-driven parameters.The occupant has a major role in the problem of IAQ and its consideration is a key element to quantify occupants’ exposure to indoor pollutants with fewer uncertainties. We developed an agent-based model simulating human behaviour within residential buildings using an advanced cognitive architecture that integrates both the deliberative and social behaviour of occupants. By coupling the pollutant transport model with the human behavioural agent model, we explored to which extent the exposure to indoor pollution is sensitive to the occupants' lifestyle and the occupants' behaviour influences the fate of pollutants in indoor environments. This is a preliminary step in estimating a confidence interval of the simulation results, paving the way for a performance guarantee process in terms of IAQ

Ce mémoire présente une synthèse des travaux de recherche que j'ai menés sur une dizaine d'années, depuis la soutenance de ma thèse de Doctorat " Conception de Marchés Efficaces pour les Secteurs Déréglementés : Le Cas des Marchés de Gros d'Electricité " en décembre 2001. L'exposé de mes travaux est construit autour de deux programmes de recherche, qui portent sur deux types de réformes complémentaires menées, depuis les années quatre-vingts, dans de nombreux pays: les réformes de libéralisation des industries d'infrastructure d'une part, et les évolutions réglementaires qui encadrent les interactions entre le secteur public et le secteur privé d'autre part. Dans mes travaux, j'emprunte deux directions traditionnelles de l'économie publique, à savoir l'analyse économique de la réglementation d'une part, et l'analyse économique des contrats publics d'autre part. J'adopte une vision d'un Etat régulateur qui s'appuie sur des contrats de régulation ou des mécanismes concurrentiels comme les enchères, pour intervenir et réguler l'activité économique. Je mobilise la théorie des coûts de transaction et la théorie néo-institutionnelle appliquée à la régulation d'une part, et la théorie des incitations appliquée à la régulation d'autre part, pour étudier les propriétés d'efficacité des mécanismes contractuels et des marchés. Enfin, je mobilise les développements récents de théorie des enchères et de l'économie du design appliqués aux secteurs que j'étudie pour comprendre l'impact des institutions de marché (notamment les enchères) sur l'efficacité des échanges. Mes travaux sont appliqués, et portent sur différents secteurs qui ont pour point commun d'être l'objet de réformes censées améliorer. Mes travaux concernent les réformes concurrentielles, quand il s'agit d'introduire la concurrence là où elle n'existait pas , ou les réformes réglementaires qui visent à modifier et encadrer les interactions public-privé. J'étudie plus particulièrement la libéralisation du secteur électrique. Dans ce programme de recherche, j'ai choisi d'étudier deux mécanismes qui participent à créer les conditions d'une concurrence effective à un niveau particulier de la filière électrique. Il s'agit d'une part des méthodes de gestion des congestions aux interconnexions transfrontalières - dispositifs cruciaux dans la perspective de la création d'un marché unique européen, et pour la sécurité d'approvisionnement à court terme - et d'autre part des mécanismes d'incitation aux investissements pour les capacités de pointe, qui viennent compléter les signaux " naturels " que sont les prix de l'électricité sur les marchés de gros, pour assurer la sécurité d'approvisionnement de long terme. Concernant le deuxième programme de recherche, mes travaux portent plus particulièrement sur deux types d'arrangements utilisés pour la commande publique qui ont fait l'objet de nouveaux textes réglementaires : les marchés publics dont les conditions d'utilisation sont définies dans les directives européennes 2004/18/CE et 2004/17/CE transposées en France dans le Nouveau Code des Marchés Publics de 2006 et les contrats de partenariat public-privé instaurés par le législateur en 2004 (ordonnance 2004-559 du 17 juin 2004 modifiée en 2008) ce qui en fait l'une des dernières formes de contrat public introduite en France.

En tant que le plus grand opérateur français de services publics dans la première moitié du XXe siècle en Chine, la Compagnie française de tramways et d’éclairage électriques de Shanghai (abrégée CFTE) constitue un cas représentatif qui a réussi à mettre en application le modèle de la concession à l’étranger. L’accord des capitaux franco-belges a permis à l’entreprise de monopoliser dans la Concession française de Shanghai les services parallèles de l’électricité, de l’eau et des transports publics (tramway, trolleybus et autobus). Toutefois, l’opération financière et technique de la CFTE n’a pas été moins mise en épreuve suite à une série d’évènements locaux et mondiaux. Cette thèse vise à étudier les performances de la firme tout au long de son exploitation. En premier lieu, le succès de la CFTE est attribuable au soutien et à la protection des autorités publiques de la Concession française. En second lieu, les stratégies tarifaires et d’adaptation effectuées par la firme deviennent des clés d’aboutir ses bonnes performances. En troisième lieu, la CFTE a pris une politique à la fois coopérative et concurrentielle face à ses homologues chinois et anglo-saxons basés en dehors de sa zone d’influence. Vis-à-vis de son concurrent anglo-saxon faisant preuve d’un caractère « audacieux », la CFTE n’échappe pas à une tendance d’américanisation, ce qui se traduit surtout par l’évolution de son organisation structurelle
As the largest French public utilities operator in the first half of the twentieth century in China, the Compagnie française de tramways et d'éclairage électriques de Shanghai (abbreviated to CFTE) is a representative case of successfully applying the concession model abroad. The Franco-Belgian capital agreement enabled the company to monopolize the parallel services of electricity, water, and public transport (tramway, trolleybus and bus) in the Shanghai French Concession. However, the financial and technical operations of CFTE have been no less challenged by a series of local and global events. This thesis aims to study the firm's performances throughout its operation. Firstly, CFTE's success is attributable to the support and protection of the French Concession's public authorities. Secondly, the pricing and adaptation strategies employed by the company are key to its good performances. Thirdly, CFTE has taken a policy that is both cooperative and competitive with its Chinese and Anglo-Saxon counterparts based outside its zone of influence. Compared with its "bold" Anglo-Saxon competitor, CFTE has not escaped a trend toward mericanization which is particularly reflected in the evolution of its structural organization

La réduction de la consommation énergétique dans le secteur de bâtiments présente aujourd’hui une priorité primordiale dans les politiques des pays industrialisés. En France, le secteur du bâtiment consomme environ 43 % de l’énergie finale et contribue pour près d’un quart aux émissions nationales de gaz à effet de serre [ADEME]. Il se positionne comme un acteur clé pour parvenir à résoudre les inquiétants défis environnementaux auxquels nous devons faire face. Face à ces véritables défis, l’augmentation des niveaux d’exigence des réglementations thermiques s’est poursuivie et intensifiée pendant les 40 dernières années, jusqu’à la naissance de la réglementation thermique 2012, qui a permis de construire des bâtiments basse consommation (BBC) qui équivaut à 50 kWh/m².an. Cette nouvelle réglementation plus exigeante constitue une incitation forte à l'innovation des matériaux, produits et systèmes d'enveloppe. Dans ces conditions, l’amélioration des performances hygrothermiques des matériaux de construction aura des retombées économiques et environnementales conséquentes. C’est dans ce contexte que ce travail a été mené. Il vise à étudier et à améliorer les performances des produits de l’entreprise Briqueteries du Nord (BdN). Il est réparti sur deux axes principaux : le premier consiste à l’étude de l’inertie thermique et du pouvoir hygroscopique des briques en terre crue. Le second axe vise à élaborer des solutions possibles concernant l’amélioration de la résistance thermique des briques en terre cuite. Ce travail de recherche a été réalisé au laboratoire de l’Ecole Centrale de Lille avec une étroite collaboration avec l’université d’Artois et l’entreprise (BdN)
Nowadays, the reduction of energy consumption in buildings industry represents a major issue in industrialized countries’ policies. In France, the building sector consumes about 43% of final energy and accounts for nearly a quarter of the national emissions of greenhouse gas emissions [ADEME]. It is considered as a key factor to overcome the environmental challenges we have to face.In front of these significant challenges, the thermal regulations requirements were seriously intensified during the last 40 years until the notification of the thermal regulation 2012. This latter enable the construction of low energy buildings (BBC) whose consumption is equivalent to 50 kWh/m² per year on average. This new regulation provides a strong incentive for innovation of materials, products and envelope systems. Under these conditions, improving hygrothermal performance of building materials will allow a substantial economic and environmental benefits. This work was conducted in this context. It aims to study and improve the performance of the company Briqueteries du Nord (BdN) products. It is divided in two main axis: the first consists on studying the thermal inertia and hygroscopic capacity of unfired clay bricks. However, the second axis aims to develop possible solutions for improving the thermal resistance of fired clay bricks. This research was conducted in the laboratory of the Ecole Centrale de Lille with close collaboration with the University of Artois and the BdN company

Dans le futur, différentes sources d'énergies renouvelables comme les énergies de seconde génération produites à partir de déchets lignocellulosiques seront nécessaires pour palier à l'épuisement des énergies fossiles. Parmi ces énergies de seconde génération, le biohydrogène, le méthane et l'hythane produits à partir de procédés fermentaires anaérobies représentent des alternatives prometteuses. Cependant la production de biohydrogène et de méthane à partir de résidus lignocellulosiques est limitée par leurs structures récalcitrantes et une étape de prétraitement en amont des procédés fermentaires est souvent nécessaire. Ce travail a pour but d'étudier l'impact des facteurs biochimiques et structurels des résidus lignocellulosiques sur les performances de production d'hydrogène et de méthane, pour pouvoir par la suite développer des stratégies de prétaitements adaptées. Tout d'abord, sur un panel de vingt substrats lignocellulosiques, les potentiels hydrogène et méthane ont été corrélés aux paramètres biochimiques et structurels. Les résultats ont mis en évidence que le potentiel hydrogène est uniquement corrélé positivement à la teneur en sucres solubles. La production de méthane quant à elle est négativement corrélée à la teneur en lignine et, à un moindre degré, à la cristallinité de la cellulose, mais positivement à la teneur en sucres solubles, holocelluloses amorphes et protéines. Par la suite, des stratégies de prétraitements ont été établies pour améliorer la production d'hydrogène et de méthane. Le couplage prétaitements alcalins/enzymatique ainsi que les prétraitements à l'acide dilué, efficaces pour solubiliser les holocelluloses en sucres solubles ont été appliqués en amont de la production d'hydrogène. En combinant le pretraitement alcalin avec une hydrolyse enzymatique, le potentiel hydrogène des tiges de tournesol fut multiplié par quinze. En revanche, suite aux prétraitements acides, la production d'hydrogène fut inhibée à cause de la libération de sous-produits (furfural, 5-HMF et composés phénoliques) engendrant un changement d'espèces bactériennes vers des espèces non productrices d'hydrogène. Pour la production de méthane, cinq prétraitements thermo-chimiques (NaOH, H2O2, Ca(OH)2, HCl and FeCl3) efficaces pour délignifier ou solubiliser les holocelluloses ont été étudiés. Parmi ces prétraitements, la meilleure condition fut 55°C à une concentration de 4% NaOH pendant 24 h, résulant en une augmentation du potentiel méthane variant de 29 à 44 % en fonction des tiges de tournesol. Cette condition fut par la suite validée en réacteurs anaérobies continusavec une augmentation de 26.5% de la production de méthane. Un procédé à deux étages couplant la production d'hydrogène en batch suivi de la production de méthane en continu fut aussi étudié. Néanmoins, aucune différence significative en termes d'énergie produite ne fut observée entre les procédés à deux étages (H2/CH4) et à un étage (CH4)
In the future, various forms of renewable energy, such as second generation biofuels from lignocellulosic residues, will be required to replace fossil fuels. Among these, biohydrogen and methane produced through fermentative processes appear as interesting candidates. However, biohydrogen and/or methane production of lignocellulosic residues is often limited by the recalcitrant structure and a pretreatment step prior to fermentative processes is often required. Up to date, informations on lignocellulosic characteristics limiting both hydrogen and methane production are limited.Therefore, this work aims to investigate the effect of compositional and structural features of lignocellulosic residues on biohydrogen and methane performances for further developping appropriate pretreatments strategies. Firstly, a panel of twenty lignocellulosic residues was used to correlate both hydrogen and methane potentials with the compositional and structural characteristics. The results showed that hydrogen potential positively correlated with soluble carbohydrates only. Secondly, methane potential correlated negatively with lignin content and, in a lesser extent, with crystalline cellulose, but positively with the soluble carbohydrates, amorphous holocelluloses and protein contents. Pretreatments strategies were further developed to enhance both hydrogen and methane production of sunflower stalks. Dilute-acid and combined alkaline-enzymatic pretreatments, which were found efficient in solubilizing holocelluloses into soluble carbohydrates, were applied prior to biohydrogen potential tests. By combined alkaline-enzymatic pretreatment, hydrogen potential was fifteen times more than that of untreated samples. On the contrary, hydrogen production was inhibited after dilute-acid pretreatments due to the release of byproducts (furfural, 5-HMF and phenolic compounds) that led to microbial communities shift toward no hydrogen producing bacteria. Similarly, methane production, five thermo-chemical pretreatments (NaOH, H2O2, Ca(OH)2, HCl and FeCl3) found efficient in delignification or solubilization of holocelluloses, were considered. Among these pretreatments, the best conditions were 55°C with 4% NaOH for 24 h and led to an increase of 29-44 % in methane potential of sunflower stalks. This pretreatment condition was validated in one stage anaerobic mesophilic continuous digester for methane production and was found efficient to enhance from 26.5% the total energy produced compared to one stage-CH4 alone. Two-stage H2 (batch) / CH4 (continuous) process was also investigated. Nevertheless, in term of energy produced, no significant differences were observed between one-stage CH4 and two-stage H2 /CH4

Les bâtiments commerciaux et industriels présentent une part non négligeable de la demande énergétique. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier par des simulations numériques, le comportement thermoaéraulique des bâtiments de grand volume à usage commercial ou industriel et d’améliorer leurs performances afin de réduire leurs consommations énergétiques tout en assurant le confort thermique des occupants. La première partie de l’étude consiste à définir et à évaluer les paramètres d’enveloppe et de ventilation qui affectent la consommation d’énergie et le confort thermique de ce type de bâtiment. À travers des modèles développés (multizone et zonal) sur un bâtiment « générique », nous présentons l’impact des paramètres les plus importants (orientation du bâtiment, isolation thermique de l’enveloppe, propriétés radiatives de la toiture, sol, inertie thermique interne, diffusion de l’air…) sur la consommation énergétique et le confort. Ces paramètres sont déterminants surtout dans la conception de la toiture et du plancher de par leur influence sur les performances énergétiques du bâtiment étudié. Cette modélisation thermoaéraulique est ensuite appliquée à un bureau-entrepôt commercial existant. L’exploitation du modèle, dont les résultats sont confrontés aux mesures, et des études paramétriques permettent de démontrer l’efficacité de stratégies de ventilation naturelle nocturne. Dans la deuxième partie, nous évaluons certaines solutions de rafraîchissement passif (isolation thermique, ventilation naturelle nocturne, revêtement de toiture « cool roof ») permettant de maintenir le confort thermique en hiver aussi bien qu’en été tout en minimisant la consommation énergétique. Enfin, une étude d’optimisation nous permet de déterminer les paramètres optimums en fonction des conditions climatiques et des deux objectifs de confort et de performance énergétique. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives sur la méthodologie de conception des enveloppes et l’adaptation du fonctionnement des installations de ventilation pour le rafraîchissement passif des bâtiments
Commercial and industrial buildings represent a significant part of total energy demand. The objective of this thesis is to study the thermal behavior and airflows of commercial or industrial buildings (low-rise and large volume) by numerical simulations, to improve their thermal performance in order to reduce their energy consumption while maintaining thermal comfort of the occupants. The first part of this study consists in identifying and evaluating the keys factors that affect the energy demand and thermal comfort of these buildings. Using the developed models (multizone and zonal), we present the impact of the most important parameters (building orientation, thermal insulation, radiative properties of the roof, soil, internal thermal inertia, air diffusion…) on energy consumption and thermal comfort. We have identified here that the main influencing parameters can be found in the design of the roof and the ground floor considering the energy performance of the studied building. The developed model is then applied to a real commercial building. Results showed that the predictions are in good agreement with the measurements and that night-time natural ventilation can be an efficient passive cooling technique to avoid overheating in summer. In the second part, we evaluate the efficiency of different passive cooling techniques (thermal insulation, night-time natural ventilation, cool roof…) applied to ensure the thermal comfort in winter as well as in summer while minimizing the energy consumption. Finally, an optimization study is proposed to determine the optimal set of parameters for both objective functions considering the passive cooling techniques and the energy demand according to different climatic zones