Dans les bâtiments résidentiels à haute performance, le comportement des ménages est maintenant l'un des principaux facteurs affectant le confort et la consommation d'énergie. Malgré les progrès technologiques importants en matière d'efficacité énergétique, il demeure un écart considérable entre les prédictions réalisées au moment de la conception et la consommation réelle du bâtiment. À ce jour, il existe peu d'outils d'optimisation du bâtiment prenant en compte la diversité du comportement des occupants. Les outils actuels utilisent généralement des horaires d'occupation fixes, ce qui perpétue l'écart entre les estimations et la performance réelle du bâtiment. De plus, les simulations énergétiques tenant compte du comportement des occupants demandent un grand temps de calcul et sont complexes à implanter en entreprise. Ainsi, il devient essentiel de développer des outils adaptés pour les concepteurs afin d'améliorer l'exactitude des prédictions énergétiques. L'objectif de ce projet est de proposer des outils pour l'optimisation du bâtiment résidentiel, tout en considérant la variabilité du comportement, au moyen de simulations énergétiques. D'une part, une analyse paramétrique sur l'influence de la taille des fenêtres a été menée avec 1000 profils d'occupant différents. Cette étude a permis de conclure que l'importance de chacun des facteurs du comportement changeait selon la taille des fenêtres. Par exemple, lorsque les fenêtres étaient agrandies, l'ouverture des fenêtres influençait moins la demande en chauffage, mais le choix de la température de consigne devenait plus important. D'autre part, une méthode pratique et simplifiée pour considérer le large spectre du comportement, mais en ne générant qu'un nombre réduit de simulations choisies stratégiquement, a été développé. Les simulations énergétiques confirment qu'il est possible de représenter la consommation d'énergie et le confort thermique avec un nombre limité de trois profils d'occupations. En somme, la méthode permet de comparer différentes solutions de design en considérant la diversité du comportement des occupants. / Occupant behavior is now known to be one of the most important parameters affecting thermal comfort and energy consumption, in particular in the residential sector. Despite great technological progress in the field of energy efficiency, huge energy consumption disparities remain to a great extent between prior-to-construction estimations and real energy demand. Nowadays, few optimization tools exist to account for occupant behavior diversity. Usually, single schedules are used to represent occupant behavior, which broaden the gap between estimations and actual consumption. Moreover, energy simulations that include occupant behavior diversity are time-consuming and complex to implement in the industry. Il becomes essential to develop tools that are adapted for practitioners to increase energy predictions reliability. The objective of this study is to propose optimisation tools for the residential sector considering the occupant behavior variability through energy simulations. First, a parametric study has been conducted to measure the influence of window-to-wall ratio with 1000 different occupancy profiles. This exploratory work shows that the relative importance of different occupant behavior aspects can change depending on the window-to-wall ratio. For example, when windows are enlarged, window opening becomes less influential on the heating demand, but, on the other hand, the choice of temperature set point becomes more influential. Afterward, a practical and simple method has been developed to consider thew hole spectrum of occupant behavior, but with a reduced number of strategically chosen profiles. Energy simulations showed that it was possible to represent energy demand and thermal comfort with a limited number of three occupancy profiles. In short, this method allows one to compare different design solutions by considering occupant behavior diversity.

L'agriculture sous serre est importante pour relever les défis mondiaux en matière de sécurité alimentaire et de durabilité, car elle permet de produire tout au long de l'année et d'obtenir des rendements nettement supérieurs à ceux de l'agriculture de plein champ. Toutefois, pour renforcer la durabilité environnementale et la viabilité économique de ces bâtiments à forte consommation d'énergie, il est essentiel d'améliorer leur efficacité énergétique. Pour optimiser les conditions de croissance des plantes tout en considérant la consommation d'énergie, il est nécessaire de gérer soigneusement le chauffage, l'humidité, le CO₂ et l'éclairage, car ils sont tous interconnectés. L'efficacité des différentes techniques, telles que les écrans thermiques et les systèmes de récupération de la chaleur, dépend de facteurs tels que le climat extérieur, les sources d'énergie et les mécanismes de contrôle. D'un point de vue énergétique, quelles sont les meilleures pratiques en matière d'éclairage et de mesures d'efficacité énergétique dans les serres, en mettant l'accent sur la durabilité ? La littérature actuelle manque de conseils pratiques de mise en œuvre, d'études comparatives et de considérations sur les variations climatiques régionales et les impacts futurs des changements climatiques. Cette recherche a analysé l'impact de différentes technologies d'éclairage et de mesures d'efficacité énergétique sur la consommation annuelle d'énergie à l'aide d'un modèle de simulation dynamique des serres. Les résultats ont montré que l'éclairage LED et les écrans thermiques sont les options les plus efficaces sur le plan énergétique, en particulier dans les climats nordiques. Les simulations des scénarios climatiques futurs indiquent des réductions potentielles de rendement en raison de chaleur estivale excessive. Les mesures d'adaptation, telles que les systèmes mécaniques de refroidissement et de déshumidification, sont prometteuses pour atténuer les effets des changements climatiques, mais elles augmentent également la consommation d'énergie. Cette recherche souligne l'importance des approches personnalisées de gestion de l'énergie pour des serres durables face à des conditions environnementales changeantes. Les résultats de ce travail sont utiles aux producteurs pour leur planification opérationnelle et stratégique, et aux décideurs politiques pour le développement de programmes de soutien à l'industrie. / Greenhouse agriculture is important for addressing global food security and sustainability challenges by enabling year-round production and significantly higher crop yields compared to field farming. However, to enhance the environmental sustainability and economic viability of these energy-intensive buildings, it is crucial to improve their energy efficiency. To optimize plant growth conditions while balancing energy consumption, it is necessary to carefully manage heating, humidity, CO₂, and lighting, as they are all interconnected. The effectiveness of various energy efficiency techniques, such as thermal screens and heat harvesting systems, depends on factors such as outdoor climate, energy sources, and control mechanisms. From an energy perspective, what are the best practices for lighting and energy efficiency measures in greenhouses with a focus on sustainability? The current literature often lacks practical implementation guidance, comparative studies, and considerations for regional climate variations and future climate change impacts. Additionally, operational costs and local environmental factors are frequently overlooked. This study analyzed the impact of different lighting technologies and energy efficiency measures on annual energy consumption using a comprehensive greenhouse dynamic simulation model. The results showed that LED lighting and thermal screens are the most energy-efficient options, especially in northern climates. Simulations of future climate scenarios indicate potential yield reductions due to excessive summer heat. Adaptive measures, such as mechanical cooling and dehumidification systems, show promise for mitigating climate change impacts but also increase energy consumption. This research emphasizes the importance of customized energy management approaches for sustainable greenhouse horticulture in the face of changing environmental conditions. The outcome of this work is useful to growers for their operational and strategic planning and for policymakers for the development of programs supporting the industry.

Cette thèse, structurée en trois essais, porte sur l’économie de l’énergie et l’adaptation aux changement climatiques. Le premier essai (Chapitre 1) étudie la présence de bris structurels dans la demande d’essence au Canada en réponse aux politiques sur l’efficacité énergétique visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES). L’analyse est effectuée sur des données trimestrielles de 1965à 2012 en utilisant une approche bayésienne. Notre méthodologie est basée sur la méthode de Chib (1998) qui permet de multiples bris structurels et inconnus. Les résultats suggèrent l’existence de deux bris structurels définissant trois régimes. Dans le premier régime avant 1982, les élasticités prix et revenu se situent dans la plage de valeurs habituellement rapportée dans la littérature (-0,5 et 0,8 respectivement). Dans le troisième régime après 1986, le degré de réactivité du prix est quasiment nul alors que l’effet revenu est beaucoup plus faible (0,2). Le second régime fournit des résultats incohérents avec la théorie économique et correspond très probablement à une phase de transition perturbée par plusieurs chocs tels que la crise pétrolière, une récession et une réglementation de l’économie de carburant. Dans le deuxième essai (Chapitre 2), nous examinons la réaction ou l’ajustement du prix de l’essence aux prix du pétrole brut. Certaines études indiquent que le processus d’ajustement est asymétrique c’est-à-dire que le prix de l’essence réagit beaucoup plus rapidement à la hausse des prix du pétrole brut qu’à sa baisse, ce qui est communément appelé en anglais “rockets and feathers” process. Cependant, d’autres études concluent à un processus d’ajustement symétrique. Dans cet essai, nous estimons un modèle dans lequel des périodes d’ajustement symétrique et asymétrique alternent. Nous estimons plus précisément un modèle à changement de régime markovien à deux états en utilisant des données hebdomadaires sur le prix de l’essence et du pétrole brut couvrant la période de 21 janvier 1991 au 29 octobre 2018. Nos résultats confirment l’idée selon laquelle la transmission des chocs du brut alternent entre processus d’ajustements symétrique et asymétrique. Nos résultats indiquent qu’en moyenne la durée du régime asymétrique est nettement plus longue que celle du régime symétrique soit 139 semaines contre 71. En outre, l’occurrence d’un régime asymétrique est bien plus importante après l’an 2000. Par ailleurs, nous observons que les variances des prix de l’essence et du brut sont beaucoup plus importantes en période d’ajustement asymétrique, ce qui laisse supposer que ce régime est marqué par l’instabilité des marchés. Nos résultats sont également robustes à l’analyse en sous-échantillons. Les populations font face à des catastrophes naturelles (inondations, incendies et tornades par exemple) de plus en plus imprévisibles et dévastatrices. Dans le troisième essai (Chapitre 3),nous considérons un décideur responsable du lancement d’alertes d’inondation à l’intention de la population. La population est incertaine quant à la crédibilité des alertes et met à jour sa croyance à la suite de fausses alertes ou d’événements manqués. Nous montrons qu’une faible crédibilité amène le décideur à émettre des alertes pour de faible probabilités d’inondations. En pratique, ces probabilités sont fournies par des systèmes de prévisions hydrologiques. Dans un contexte réel, nous utilisons donc notre modèle pour comparer le bien-être social sous différentes prévisions hydrologiques. Nous observons que lorsque les prévisions incluent des scénarios extrêmes non réalistes, l’économie peut rester bloquée dans un état caractérisé par de nombreuses fausses alertes et une faible crédibilité. / This dissertation consists of three essays in energy economics and climate change adaptation. The first essay (Chapter I) focuses on the presence of structural breaks in the Canadian gasoline demand as a response to a fuel economy policy with a view to reducing greenhousegas (GHG) emissions. Using a Bayesian approach, the analysis is carried out on quarterly data from 1965 to 2012. Our methodology is based on Chib (1998) approach that allows for multiple and unknown breakpoints. The results suggest the existence of two breakpoints defining three regimes. In the first regime up to 1982, the price and income elasticities are in the range of values usually reported in the literature (-0.5 and 0.8 respectively). In the third regime after 1986, price reactiveness is close to zero while the income effect is much lower(0.2). The second regime provides results that are incoherent with economic theory and mostlikely corresponds to a transition phase disturbed by several shocks such as the oil crisis, are cession and fuel economy regulations. In the second essay (Chapter 2), we look at gasoline price response to crude oil prices by investigating the relationship between gasoline prices and crude oil prices. Some studies indicate that the adjustment process is asymmetric with the price of gasoline responding much more quickly to crude oil price hikes than crude oil price drops what is referred as the “rockets and feathers” process. However, other studies find a symmetric adjustment process. In this essay, we estimate a model that allows switches between periods of symmetrical and asymmetrical adjustment processes. Specifically, we estimate a two-state Markov regime-switching model using weekly gasoline and crude oil prices in the United States from January 21, 1991 to October 29, 2018. My results support the idea that gasoline prices response to crude oil prices shocks sometimes with a symmetric pattern and sometimes with an asymmetric adjustment process. We find that the expected duration in the asymmetric regime is significantly longer than for the symmetric regime 139 weeks versus 71 weeks. In addition, the occurrence of asymmetric regime is greater up to 2000. Further, we find that the variances of gasoline and crude oil prices are much larger in periods of asymmetric regime suggesting that this regime is marked by market instability. My results are robust to subsamples analysis. Populations are faced with more unpredictable and devastating natural disasters (e.g. floods, fires, tornadoes). In the third essay (Chapter 3), we consider a decision maker who is responsible for is suing flood warnings for the population. The population is uncertain about the credibility of the warnings and adjusts its beliefs following false alerts or missed events. We show that low credibility leads the decision maker to issue warnings for lower probabilities of flooding. In practice, those probabilities are provided by hydrological forecasts. We thereforeuse our model to compare welfare under alternative real-world hydrological forecasts. We find that when forecasts include non-realistic extreme scenarios, the economy may remain stuck in a state characterized by many false alerts and poor credibility.

Cette thèse étudie l'amélioration des performances électrochimiques des membranes de polypyrrole (PPy) pour les applications de stockage d'énergie dans les supercondensateurs. Dans la première étude, une membrane souple autonome de PPy a été synthétisée par polymérisation interfaciale, en utilisant l'orange de méthyle (MO) et le chlorure de fer comme nano-template et oxydant. L'incorporation de MO et le traitement ultérieur à l'acide sulfurique ont entraîné une augmentation substantielle de la capacitance spécifique de la membrane, passant de 96 mF/cm² à 880 mF/cm², tandis que la résistivité de transfert de charge diminuait d'environ 17 Ω à 3 Ω. Diverses techniques analytiques, notamment la microscopie électronique à balayage (MEB), la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS) et la voltampérométrie cyclique (CV), ont été utilisées pour évaluer les propriétés des membranes. Il a été révélé que la présence de MO et le traitement acide facilitaient le processus de transfert de charge, améliorant finalement les performances de stockage de charge de la membrane PPy. Dans la deuxième étude, l'efficacité de différents dopants, notamment le sulfonate de polystyrène (PSS), les anions chlore, le docusate de sodium (AOT) et l'acide camphorsulfonique (CSA), pour le dopage d'une membrane PPy sans métal lors de la polymérisation chimique, a été étudiée. Les membranes résultantes présentaient des capacitances spécifiques distinctes de 19179, 13264, 7238 et 4458 mF/cm² pour les membranes dopées à AOT, CSA, Cl- et PSS, respectivement. La rétention de capacité après 1000 cycles variait de 61% à 83%, selon le dopant utilisé. De plus, la membrane PPy-AOT a affiché des densités d'énergie et de puissance exceptionnelles, attribuées à sa structure nanofibreuse unique facilitée par l'AOT en tant qu'agent tensioactif. L'étude suggère que la membrane PPy-AOT est un candidat prometteur pour la construction d'électrodes dans le pseudo supercondensateurs en raison de sa capacitance spécifique élevée et de sa facilité de préparation. Enfin, la recherche étudie la pseudocapacitance de la membrane PPy-AOT et son utilisation en tant qu'électrodes dans un supercondensateur flexible. L'utilisation d'un électrolyte en gel comprenant 3% d'alcool polyvinylique dissous dans de l'acide sulfurique 1M (PVA-H₂SO₄) a encore amélioré les performances du dispositif. Le supercondensateur fabriqué a montré une capacité spécifique importante de 4817.9 mF/cm², une densité d'énergie de 0.4 mWh/cm² ou 76.4 Wh/kg et une densité de puissance de 0.6 mW/cm² ou 914.3 W/kg, ainsi qu'une excellente stabilité de cycle et une rétention de capacité de 96% après 1000 cycles. La caractérisation électrochimique et analytique complète, comprenant la voltampérométrie cyclique (CV), la spectroscopie électrochimique d'impédance (IES) et diverses analyses structurales, a validé la stabilité électrique exceptionnelle et la capacité spécifique fiable de la membrane PPy-AOT dans une zone restreinte de 0.785 cm². Ces résultats soulignent collectivement le potentiel des membranes à base de PPy pour des applications de supercondensateurs flexibles haute performance. / This thesis investigates the enhancement of the electrochemical performance of polypyrrole (PPy) membranes for energy storage applications in supercapacitors. In the first study, a free-standing soft PPy membrane was synthesized through interfacial polymerization, utilizing methyl orange (MO) and ferric chloride as the nano-template and oxidant. The incorporation of MO and the subsequent treatment with sulfuric acid led to a substantial increase in the specific capacitance of the membrane, improving from 96 mF/cm² to 880 mF/cm², while the charge transfer resistivity decreased from approximately 17 Ω to 3 Ω. Various analytical techniques, including scanning electron microscopy (SEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and cyclic voltammetry (CV), were employed to evaluate the properties of the membranes. It was revealed that the presence of MO and the acid treatment facilitated the charge transfer process, ultimately enhancing the charge storage performance of the PPy membrane. In the second investigation, the efficacy of different dopants, including polystyrene sulfonate (PSS), chlorine anions, docusate sodium (AOT), and camphor sulfonic acid (CSA), in doping a metal-free PPy membrane during chemical polymerization was studied. The resulting membranes exhibited distinct specific capacitances of 19179, 13264, 7238, and 4458 mF/cm² for the AOT, CSA, Cl-, and PSS doped membranes, respectively. The capacity retention after 1000 cycles ranged from 61% to 83%, depending on the dopant used. Moreover, the PPy-AOT membrane displayed exceptional energy and power densities, attributed to its unique nano-fibrous structure facilitated by AOT as a surfactant. The study suggests that the PPy-AOT membrane is a promising candidate for constructing electrodes in pseudosupercapacitors due to its high specific capacitance and ease of preparation. Lastly, the research investigates the pseudocapacitance of the PPy-AOT membrane utilized as electrodes in a flexible supercapacitor. The use of a gel electrolyte comprising 3% polyvinyl alcohol (PVA) dissolved in 1M sulfuric acid (PVA-H₂SO₄) further enhanced the device performance. The fabricated supercapacitor demonstrated a significant areal-specific capacitance of 4817.9 mF/cm², energy density of 0.4 mWh/cm² or 76.4 Wh/Kg, and power density of 0.6 mW/cm² or 914.3 W/Kg along with the excellent cycle stability and capacity retention of 96% after 1000 cycles. The comprehensive electrochemical and analytical characterization, including cyclic voltammetry (CV), impedance electrochemical spectroscopy (IES), and various structural analyses, validated the exceptional electrical stability and reliable specific capacitance of the PPy-AOT membrane. These findings collectively underscore the potential of the PPy-based membranes for high-performance flexible supercapacitor applications.

La Maîtrise de la Demande en Energie s'impose comme une priorité dans un contexte d'épuisement des ressources et de réduction des émissions polluantes.<br />En parallèle, les échelons locaux prennent une importance croissante dans la mise en oeuvre des activités de MDE, dont le cadre évolue (ouverture des marchés, nouveaux instruments d'intervention). Dans ce contexte, les besoins en évaluation ex-post augmentent, aussi bien pour des raisons réglementaires que pour aider à un nécessaire changement d'échelle. Notre thèse étudie la problématique originale de l'évaluation ex-post des opérations locales de MDE en France.<br />L'état de l'art, au travers de l'analyse des expériences américaines et européennes ainsi que des ouvrages de référence dans le domaine, fournit un matériau méthodologique conséquent et fait ressortir les questions clés liées à l'évaluation. En parallèle, les<br />opérations locales de MDE en France sont caractérisées par une analyse de leur contexte et un travail sur leurs critères de segmentation.<br />La combinaison de ces critères avec les questions clés de l'évaluation donne une grille d'analyse qui sert de base à la constitution de méthodes d'évaluation. L'étude des spécificités des opérations locales précise de plus les besoins associés en évaluation.<br />Une méthodologie est ensuite développée pour compléter et adapter les matériaux existants au cas des opérations locales afin de mettre au point des méthodes d'évaluation opérationnelles, facilement appropriables par les acteurs et permettant d'alimenter un processus de capitalisation d'expériences. Ces méthodes permettent de répondre aux deux objectifs principaux : quantifier les résultats obtenus, et détecter les facteurs de succès/échec. La méthodologie a été validée sur des cas concrets, pour lesquels ces objectifs ont été atteints.

Les émissions de gaz à effet de serre (GES) sont les principaux contributeurs aux changements climatiques et le transport maritime compte pour 3 % des émissions mondiales de GES. Dans ce contexte, après les accords de Paris de 2015, l'Organisation maritime internationale (OMI) s'est engagée à réduire ses émissions de GES du transport maritime. Plusieurs études ont été menées dans ce sens. Toutefois, la plupart des recherches se sont intéressées aux aspects technologiques de la transition énergétique en se concentrant moins sur les facteurs influençant les décisions d'investissement dans la réduction des émissions de GES. L'une des limites de ces recherches sur l'étude des motivations des entreprises à l'investissement est qu'elles se sont concentrées le plus souvent sur l'analyse des facteurs externes en occultant ceux internes dans la prise de décision des entreprises. À ce jour, les stratégies des entreprises dans le contexte de la transition énergétique sont encore moins connues. C'est dans le but de combler cette lacune de la littérature que cette étude a été menée à l'échelle de la Voie maritime du Saint-Laurent. Pour mener à bien cette recherche, un cadre théorique axé sur la théorie institutionnelle, la matrice de Porter et la théorie basée sur les ressources a été développé. L'approche méthodologique adoptée est de type qualitatif. Elle a consisté à la collecte des données à travers les entrevues semi- structurées et à la recherche documentaire sur les stratégies des entreprises maritimes et acteurs externes en matière de réduction des émissions de GES sur la Voie maritime du Saint-Laurent. Par ailleurs, pour donner un sens à nos données, une analyse thématique a été appliquée avec le logiciel Nvivo. Les résultats de cette recherche montrent que, les entreprises maritimes sondées ont adopté diverses approches en matière de réduction des émissions de GES. Toutefois, les approches des entreprises se concentrent majoritairement sur les mesures d'efficacité énergétique et peu sur les énergies alternatives. Il ressort de notre recherche que toutes les entreprises ne s'impliquent pas encore dans la transition énergétique pour réduire leurs émissions de GES. Les résultats de cette étude confirment non seulement l'existence de facteurs déjà identifiés dans la littérature existante, mais également à révéler d'autres facteurs influençant les décisions d'investissement. Parmi ces facteurs, nos résultats révèlent que les opportunités économiques sont les raisons essentielles pour lesquelles les entreprises investissent. L'étude des motivations à l'investissement permet de comprendre que la réduction des GES n'est pas une priorité pour toutes les entreprises. À ce sujet, les répondants ont mentionné les problèmes économiques tels que le coût élevé des technologies et le manque de financement comme étant les obstacles importants à la prise de décision à l'investissement dans la transition énergétique. Dans ce sens, l'aide financière du gouvernement a été identifiée comme le principal paramètre susceptible d'encourager les entreprises à investir dans la transition énergétique pour réduire leurs émissions de GES. L‘originalité de cette recherche réside sur plusieurs points. En effet, cette recherche aide à l'amélioration des connaissances scientifiques sur les stratégies des entreprises dans la transition énergétique du transport maritime. Plus précisément, elle a contribué à enrichir la littérature en fournissant un nouveau cadre théorique sur l'étude des facteurs influençant les décisions d'investissement dans la réduction des émissions de GES. De même, elle a permis d'identifier les choix des entreprises, les motivations et les aspects sociaux et économiques liés à la transition énergétique dans le transport maritime. Également, les résultats de l'étude ont permis de proposer une hiérarchisation des choix et motivations des entreprises à l'investissement dans la réduction des émissions de GES du transport maritime. La valeur ajoutée de cette recherche réside dans son caractère exploratoire, spécifique à la Voie maritime du Saint-Laurent, qui reste beaucoup moins documentée. / Greenhouse gas (GHG) emissions are a major contributor to climate change, and shipping accounts for 3% of global GHG emissions. Against this background, the International Maritime Organization (IMO) has committed itself to reducing GHG emissions from shipping following the Paris Agreement in 2015. Several studies have been conducted in this direction. However, most of the research has focused on the technological aspects of the energy transition, with less emphasis on the factors influencing investment decisions to reduce GHG emissions. One of the limitations of this research on the investment motivations of companies is that it has mostly focused on the analysis of external factors, overlooking those internal to the investment decision. Even less is known about corporate strategies in the context of energy system transformation. In order to fill this gap in the literature, this study was conducted at the scale of the St. Lawrence Seaway. To conduct this research, a theoretical framework based on institutional theory, Porter's matrix and resource-based theory was developed. The methodological approach was qualitative. It consisted of data collection from St. Lawrence Seaway stakeholders and a literature review on GHG mitigation strategies of St. Lawrence Seaway companies. The data collected was processed using NVivo software. The results of this research show that the maritime companies surveyed have adopted a variety of approaches to reducing GHG emissions. However, the companies' approaches focus mainly on energy efficiency measures and little on alternative energy. Our research shows that not all companies are yet engaged in the energy transition to reduce their GHG emissions. The results of this study not only confirm the existence of factors already identified in the existing literature, but also reveal other factors that influence investment decisions. Among these factors, our results show that economic opportunities are the most important reasons why companies invest. The study of companies' investment motivations shows that GHG reduction is not a priority for all companies. In this regard, respondents cited economic issues such as the high cost of technologies and lack of financing as major barriers to the decision to invest in energy transformation. In this sense, financial support from the government was identified as the most important parameter that could encourage companies to invest in the energy transition to reduce their GHG emissions. The originality of this research lies in several points. In fact, this research contributes to improve the scientific knowledge on corporate strategies in the energy transition of maritime transport. More specifically, it has helped to enrich the literature by providing a new theoretical framework for studying the factors that influence investment decisions to reduce greenhouse gas emissions. It has also helped to identify corporate decisions, motivations and social aspects related to the energy transition in shipping. The results of the study have also allowed us to propose an attempt to prioritize the choices and motivations of companies to invest in reducing GHG emissions from shipping. The added value of this research lies in its exploratory nature, specific to the St. Lawrence Seaway, which remains much less documented.

Les systèmes de distribution d'eau (SDE) efficaces sont cruciaux pour les sociétés modernes. Leur fonctionnement nécessite d'importantes quantités d'énergie, avec un impact financier significatif pour les fournisseurs d'eau, généralement les gouvernements. De plus, la conception et la maintenance de ces installations atteignent souvent des millions de dollars. Les méthodes actuelles pour résoudre ces problèmes sont souvent excessivement simplifiées ou ne peuvent résoudre que des réseaux schématiques de petite taille. Cette thèse comprend quatre projets de recherche abordant différentes étapes d'optimisation dans les SDE. Tout d'abord, nous étudions le problème de la planification des pompes pour les SDE, comprenant des pompes fournissant le débit et la pression nécessaires au réseau d'eau pour satisfaire les demandes des consommateurs. En plus de planifier le fonctionnement des pompes sur un horizon temporel donné, plusieurs contraintes liées aux propriétés hydrauliques sont prises en compte, certaines pour la première fois dans la littérature. L'objectif est de fournir un plan de pompage de coût minimum qui satisfait toutes les demandes et respecte de nombreuses contraintes opérationnelles et hydrauliques. Nous proposons une formulation non linéaire et non convexe ainsi qu'une heuristique performante, qui vissent la minimisation des coûts énergétiques. Le comportement hydraulique physique est assuré via un logiciel de simulation hydraulique. Notre méthode a significativement amélioré, jusqu'à 17%, les meilleures solutions pour plusieurs instances de référence, en obtenant des solutions plus rapidement que les méthodes de la littérature. Nos solutions réduisent également la consommation d'énergie pendant les périodes de pointe, lorsque le réseau électrique est le plus sollicité. La deuxième étude touche l'optimisation de la qualité de l'eau dans les systèmes de distribution d'eau. Ici, nous abordons le problème de la planification des pompes contraint par la qualité de l'eau, où en plus de planifier le fonctionnement des pompes et la maintenance du comportement hydraulique, nous devons garantir une qualité d'eau adéquate en gérant l'injection de chlore dans le système sur un horizon temporel d'une journée, avec une injection variable de chlore dans les sources d'eau, les réservoirs et les nœuds d'injection. Cette étude introduit un nouvel ensemble de contraintes pour assurer la continuité de la qualité de l'eau, ce qui permet au plan de fonctionner sur un horizon temporel étendu. Ce travail propose un algorithme génétique de tri non dominé (NSGA-II) pour aborder une adaptation d'un réseau de grande taille issu de la littérature sur le problème de planification des pompes, avec des restrictions ajoutées pour la qualité de l'eau. Cette méthode a significativement amélioré les meilleures solutions de planification des pompes pour le réseau de Florianópolis, au Brésil, jusqu'à 3,74%, tout en assurant une gestion efficace de la qualité de l'eau. La troisième étude porte sur la conception et la maintenance des SDE. En particulier, le problème de conception du réseau de distribution d'eau, qui détermine le meilleur ensemble de conduites pour fournir de l'eau depuis les sources jusqu'aux consommateurs. La formulation générale du problème de conception optimale est très difficile à résoudre : elle nécessite de garder une pression minimale d'eau et de satisfaire les demandes de tous les nœuds tout en respectant des contraintes hydrauliques non linéaires. Cela nécessite des heuristiques complexes ou des simplifications qui réduisent la viabilité des solutions. Nous proposons une heuristique de recherche de voisinage parallèle, axée sur la minimisation des coûts de construction en exploitant deux opérateurs performants et plusieurs critères de réduction de l'espace des solutions. Notre méthode est testée sur plusieurs réseaux de référence, pour lesquelles nous avons obtenu les meilleures solutions de la littérature, tout en réduisant le nombre de simulations hydrauliques requises, offrant un meilleur compromis entre coût et performance. Enfin, notre quatrième recherche aborde la fiabilité lors de la conception de réseaux de distribution d'eau. Cette étude compare deux fonctions de résilience bien connues, qui servent de mesure substitutive de la fiabilité du réseau. Ce problème vise à déterminer le meilleur ensemble de conduites pour fournir la demande en eau avec une pression adéquate tout en minimisant les coûts de construction et en maximisant la fiabilité du réseau. Ensuite, un algorithme génétique multi-objectif est utilisé pour obtenir les fronts de Pareto coût-fiabilité pour chaque fonction. Les résultats des trois réseaux de référence sont ensuite soumis à une analyse comparative à l'aide de quatre tests distincts de fiabilité du réseau, couvrant des scénarios liés à la rupture de conduites, à l'augmentation de la demande, au débit en cas d'incendie et au vieillissement des conduites. En particulier, le test de fiabilité en cas de vieillissement des conduites intègre une fonction de régression conçue pour estimer la dégradation annuelle du coefficient de rugosité de la formule Hazen-Williams pour calculer les pertes de charge. De plus, cette recherche propose également une étude approfondie sur la prise de décision robuste visant à utiliser efficacement les résultats des tests de fiabilité afin de sélectionner une conception fiable pour un réseau de distribution d'eau. Les algorithmes développés dans cette thèse et les solutions que nous obtenons pour ces problèmes difficiles et pertinents sont non seulement importants du point de vue pratique, mais contribuent également à la littérature dans les domaines de l'optimisation et de la distribution d'eau. Les résultats obtenus avec cette thèse ont le potentiel de générer des économies de milliers de dollars pour les municipalités à court terme et de contribuer au développement durable à long terme. / Efficient Water Distribution Systems (WDS) are crucial for modern society. Their operation requires large amounts of energy with significant financial impact for the utility providers, typically governments. Moreover, the design and maintenance of these facilities often reach the scale of millions of dollars. Existing solution methods for these problems are often oversimplified or can only solve very small schematic networks. This thesis comprises four research projects addressing different optimization stages arising in WDS problems. First, we study the pumping scheduling problem for WDS, consisting of pumps providing the flow and pressure for the water network to satisfy consumers' demands. Besides scheduling the operation of pumps over a planning horizon, several constraints regarding hydraulic properties are considered, some for the first time in the literature. The goal is to provide a pumping plan of minimum cost that satisfies all demands and respects many operational and hydraulic constraints. We propose a nonlinear and non-convex formulation and a high-performance heuristic, focusing on minimizing the energy cost. Our method significantly improved the best solutions for several benchmark instances by up to 17%, obtaining solutions faster than the methods from the literature. Our solutions also reduce the energy consumed during peak periods, when the electrical grid is most strained. The second study delves into the water quality optimization of water distribution systems. Here, we address the quality-constrained pump scheduling problem, where besides scheduling the operation of pumps and the maintenance of the hydraulic behavior, we must ensure adequate water quality by managing the injection of chlorine through the system over a one-day planning horizon with variable chlorine injection at reservoirs, tanks, and booster nodes. This study introduces a new set of tank-quality continuity constraints that allow schedules to work over a long rolling horizon. This work proposes a Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II to address a quality-constrained adaptation of a real big-size benchmark network from the pumping scheduling problem literature. This method significantly improved the best pumping scheduling solutions for the Florianópolis network by up to 3.74% while ensuring efficient water quality management. The third study addresses the design and maintenance of WDS. In particular, the water distribution network design problem determines the best set of pipes to supply water from the reservoirs to the consumers. The general formulation of the optimal cost design problem is very difficult to solve: it requires maintaining minimum water pressure and fulfilling the demand of all nodes while satisfying nonlinear hydraulic constraints. This leads to complex heuristics or simplifications that reduce the viability of the solutions. We propose a simple parallel neighborhood search heuristic, which focuses on minimizing the construction cost by exploiting two high-performance operators and multiple solution-space reduction criteria. Our method is tested on several benchmark instances, matching the best solutions from the literature while improving the number of hydraulic simulations required, providing a high-performance trade-off between cost and performance. Finally, our fourth research addresses the reliable water distribution network design problem. This study compares two well-known resilience functions, which work as a surrogate measure of network reliability. This problem seeks to determine the best set of pipes to supply the water demand with adequate pressure that minimizes the construction cost and maximizes the network reliability. Subsequently, a multi-objective genetic algorithm is employed to derive the cost-resilience Pareto-fronts for each function. The results from three benchmark networks are then subjected to a comparative analysis using four distinct network reliability tests, encompassing scenarios related to pipe failure, demand increase, fire flow, and pipe aging. In particular, the pipe aging reliability test incorporates a regression function designed to estimate the annual degradation of the Hazen-Williams roughness coefficient. Moreover, this research also provides a comprehensive study on robust decision-making to effectively utilize the results from the reliability tests in order to select a dependable design for a water distribution network. The algorithms developed in this thesis and the solutions we obtain for these difficult and relevant problems are not only important from a practical standpoint but also contribute to the literature of both optimization and water distribution fields. The results obtained with this thesis have the potential to save several thousands of dollars for municipalities in the short term and to contribute to sustainable development in the long term.

Le principal objectif de ce mémoire est d’évaluer la performance environnementale des programmes d’efficacité énergétique de Gaz Métro pour la période 2011-2012. Leur évaluation environnementale est nécessaire pour s’assurer que les programmes offerts réduisent les émissions de GES efficacement. La méthode proposée consiste à actualiser le coût social des économies de GES annuelles pour les comparer au coût initial de mettre en place une mesure ou un programme d’efficacité énergétique. En tout, trois évaluations sont effectuées pour 22 des 27 PEÉ de Gaz Métro. Ces évaluations permettent de vérifier si les mesures d’efficacité énergétique et les programmes d’efficacité énergétique réduisent les émissions de GES à un coût inférieur au coût social du carbone. Les résultats nous démontrent que les PEÉ sont majoritairement des instruments de réduction des émissions de GES très profitables lorsque l’on intègre les coûts évités à l’analyse.

L’exploitation minière souterraine dans les régions froides du monde nécessite le chauffage de l’air frais de ventilation et des bâtiments de surface. L’air vicié est habituellement rejeté dans l'atmosphère à des températures beaucoup plus élevées que l'air ambiant. Un logiciel informatique a été développé afin d'évaluer la faisabilité de récupérer la chaleur de l'air vicié des mines. Le logiciel estime la quantité de chaleur d’air vicié récupérable dans une mine souterraine. Il déterminera ensuite les économies annuelles potentiels d'énergie et un coût capital du système pour obtenir le retour sur l’investissement initial. Le logiciel considère un circuit de glycol en boucle fermée avec des échangeurs de chaleur à tubes et ailettes situées à l'extrémité des installations de ventilations à la surface (à l’entrée et l’échappement d’air). Différents concepts des systèmes de récupération de chaleur sont énoncés. La plupart des sources de chaleurs habituelles trouvées sur un site minier sont répertoriés. Quelques concepts innovateurs qui exploitent le froid de l'hiver comme un atout pour refroidir l'air d'entrée sont exposés. Mots clés : Sources de chaleurs, air vicié, récupération de chaleur, faisabilité, chauffage, refroidissement / Underground mining in cold regions of the world requires heating of surface buildings and intake fresh air. Exhaust return air is usually discharged to the atmosphere at much higher temperatures than the ambient air. A computer software application has been developed in order to evaluate the feasibility of recovering heat from return exhaust air. The software approximates the amount of heat that can be recovered on surface from the exhaust ventilation shaft of an underground mine. It will then determine the annual energy cost savings and a capital cost of the system. This software considers a closed-loop glycol circuit with tube and fins heat exchangers located at the extremity of the exhaust and intake shaft surface installations. Different concepts of the heat recovery system are as well described. Most common heat sources that can be found on mine sites are listed. Several innovative designs that exploit cold winter weather as an asset to cool mine intake air are explained. Key words: heat sources, return air, heat recovery, feasibility, heating, cooling

Ce mémoire expose les différentes opportunités d'implantation de matériaux à changement de phase (PCM) dans des zones thermiques intégrées à des bâtiments. Les avantages inhérents à l'emploi de PCM sont analysés dans l'optique de réduction de la consommation d'énergie dans les systèmes CVAC (Chauffage, Ventilation et Air Conditionné). Le travail est divisé en deux parties renvoyant chacune à un article scientifique. Le premier article analyse les impacts et les bénéfices de galvaniser la masse thermique d'une zone en y incluant des PCM. L'étude illustre en premier lieu l'influence prépondérante de l'inertie thermique sur les performances thermiques de la zone, et les possibilités d'optimisation qui en découlent. L'ajout de PCM dans la zone est ensuite formellement optimisé pour deux cas de figure distincts, à savoir l'imposition de conditions climatiques idéalisées ou réelles à la zone. Pour ces deux contextes, on démontre qu'intégrer à la surface de la zone une quantité de PCM correspondant à une fraction de son épaisseur, à une température de fusion d'environ 26°C, augmente significativement les performances de la zone (20% en moyenne). Les calculs sont effectués selon trois fonctions objectives différentes, dont la complexité et la perspective d'optimisation varient. Le chapitre suivant, où le deuxième article est présenté, étend l'analyse décrite ci-dessus à une zone tridimensionnelle. Autrement dit, il est possible d'intégrer du PCM sur le plancher, les murs, le plafond et la façade de la zone à l'étude. Les dimensions, la fenestration, la composition et l'orientation de la zone sont entièrement modulables ; dans le cadre de ce chapitre, l'analyse est restreinte à un cas particulier et démontre que si elle est judicieusement incluse, une faible quantité de PCM peut avoir des retombées énergétiques considérables sur les performances thermiques de la zone. À l'inverse, certaines configurations où l'on inclut du PCM s'avèrent peu performantes et même en deçà des résultats observés sans PCM. Ce travail conjugue une compréhension fondamentale des PCM avec une analyse scientifique rigoureuse, de manière à montrer l'étendue du potentiel de ces matériaux.