Le but de cette thèse est le développement et l'optimisation de la chaine électrique d'une hydrolienne fluviale. L'approche est d'abord traitée en simulation pour ensuite finir par la conception et la mise au point d'un prototype. La partie simulation concerne la modélisation des ensembles turbines, génératrices et électronique de puissance mais aussi le développement des diverses lois de commandes. Ces commandes peuvent intervenir à différents niveaux du contrôle jusqu'à la supervision complète du système, permettant de gérer des défauts, des algorithmes de MPPT (extraction maximale de puissance), des synchronisations entre colonne, ... Le prototype d'hydrolienne fluviale sera ensuite présenté, de la mise au point des parties mécaniques jusqu'aux résultats expérimentaux. Les travaux nombreux autour de ce prototype ont permis d'obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie.

La conception d'un convertisseur est un travail pluridisciplinaire reposant sur effort un humain, un coût et une durée importants. Le développement des convertisseurs serait moins contraignant s'il existait une solution générique. C'est dans ce contexte que l'approche " Réseau de micro-convertisseurs " (RµC) a vu le jour. Un réseau de micro convertisseurs est composé d'un seul type de composant universel appelé aussi " cellule élémentaire " à partir duquel il est possible de répondre à n'importe quel cahier de charges par diverses associations. Les travaux de cette thèse portent sur le principe et les moyens de réalisation du réseau de micro-convertisseurs qui pourrait aboutir à une rupture technologique. Une partie importante de cette thèse est consacrée à l'optimisation de la cellule élémentaire des points de vue fonctionnels mais aussi et surtout assemblage et mise en œuvre. La réalisation d'un réseau de micro-convertisseurs reste l'objectif principal à développer pour démontrer le potentiel de cette approche. L'étude menée sur la réalisation d'un démonstrateur pour application photovoltaïque va nous montrer que cette nouvelle approche peut être compétitive par rapport aux structures existantes d'électronique de puissance pour les applications solaires et surtout que son industrialisation est possible.

Une étude expérimentale de l'influence des mélanges gazeux sur le régime de combustion sans flamme a été menée sur l'installation pilote du CORIA, en collaboration avec GDF SUEZ. La première partie de cette étude a été consacrée à la caractérisation détaillée de ce régime de combustion particulier au méthane pur avec et sans préchauffage de l'air comburant. Des mesures locales de température et concentrations d'espèces stables ont été réalisées à l'aide de thermocouples à fil fin et sonde de prélèvement. Une attention particulière a aussi été portée au développement et l'adaptation de techniques d'imagerie sur ce type de four : l'imagerie de chimiluminescence OH* pour la visualisation des zones de réaction et la PIV endoscopique afin d'obtenir des champs de vitesse de grandes dimensions malgré le fort confinement à haute température. L'analyse des résultats obtenus a permis de mettre en évidence le rôle principal de l'aérodynamique des jets turbulents de réactifs dans le four assurant l'obtention et la stabilisation de ce régime de combustion massivement diluée. Dans la seconde partie de cette étude, la faisabilité de l'utilisation d'hydrogène dans un four pilote fonctionnant en régime de combustion sans flamme a été démontrée. On retrouve toutes les caractéristiques intrinsèques à ce régime de combustion en termes de forte efficacité énergétique (lors du préchauffage de l'air) et très faibles émissions polluantes (CO et NOx) de ce régime massivement dilué, associé à la réduction des émissions de CO2 avec l'augmentation de la teneur en hydrogène dans le combustible. En fonctionnement à l'hydrogène pur et sans préchauffage de l?air, le four n?émet plus aucune espèce carbonée et quasiment pas de NOx ; on se rapproche d'un four à "zéro émission".

L'objectif consiste, dans le cadre d'un partenariat industriel à proposer une plate-forme de co-simulation permettant l'évaluation de performance et la validation, dans un contexte normatif, d'architecture de protection de systèmes de distribution d'énergie électrique. Pour cela, un système de communication, basé sur une extension de TCP/IP, appelé la norme CEI 61850, est mis en œuvre. Cette norme impose des contraintes de performance du système de communication et précise, par l'utilisation d'une approche objet, comment le système de protection doit être organisé globalement. Le développement de la plate-forme de co-simulation se justifie par le besoin d'être capable d'évaluer les performances d'une architecture en phase de conception, chez le constructeur, et d'autre part de permettre l'interopérabilité entre des portions d'architecture existantes ou développées chez des constructeurs différents.

Les procédés d'extrusion de polymères linéaires se trouvent souvent limités en débit de production par l'apparition de défauts de surface qui altèrent la qualité des produits. Des « Polymer Processing Aids » (PPAs) à base de polymères fluorés sont alors utilisés industriellement pour éliminer les défauts de surface, encore appelés « peau de requin ». Trois PPAs sont étudiés en procédé d'extrusion sur un polyéthylène basse densité linéaire (PEBDL) présentant un important défaut de surface. Pour cela, une filière plate transparente permet le suivi instantané de la pression, de la vitesse dans l'écoulement par vélocimétrie laser Doppler, et l'analyse de la surface de la filière après récupération d'inserts amovibles. Les extrusions de PEBDL avec PPA montrent qu'après un temps de latence, le défaut de peau de requin se met à disparaître et la pression en filière à diminuer de manière simultanée. Des observations par microscopie électronique à balayage (MEB) montrent l'apparition et l'évolution de dépôts micrométriques fluorés à la surface de la filière. L'évolution du profil de vitesse en filière indique que du glissement à la paroi apparaît simultanément à la chute de pression, et dépend de la localisation sur la filière en accord avec les observations du dépôt. L'influence des paramètres d'extrusion (débit, état de surface et nature de la filière) et des paramètres relatifs aux PPAs (concentration, nature, taille des particules) est investiguée de manière à comprendre les mécanismesd'action des PPAs. Nous mettons en évidence une corrélation spatio-temporelle entre la surface de dépôt fluoré et le glissement à la paroi. La question du lien entre les actions multi-échelles des PPAs est alors abordée. Un modèle microscopique expliquant l'apparition du dépôt hétérogène à la paroi de la filière est développé et comparé aux résultats expérimentaux.

Peu de stations au sol mesurent l'éclairement et des méthodes ont été développées pour l'évaluer à partir d'images prises par des satellites géostationnaires ou en orbite polaire. Dans les méthodes actuelles, dites inverses, le signal perçu par le satellite est inversé pour dériver le rayonnement au sol. Il est estimé de manière générale que les limites des méthodes inverses sont certainement atteintes en terme de précision. En conséquence, une nouvelle voie, basée sur la modélisation directe de la propagation du rayonnement solaire dans l'atmosphère, est explorée. Dans cette thèse, nous concevons une nouvelle méthode -dite Heliosat-4- basée sur le code de transfert radiatif libRadtran et tirant profit des produits de meilleure qualité, extraits des nouvelles capacités d'observation de la terre. Dans cet objectif, nous avons - par une analyse de sensibilité, établi les entrées nécessaires pour toute méthode basée sur un code de transfert radiatif, - établi que l'éclairement au sol pour une atmosphère nuageuse peut être considéré comme égal au produit de l'éclairement obtenu par ciel-clair et d'une fonction de l'extinction due aux nuages et de la contribution de la réflectance du sol, - mis en œuvre des approximations de l'équation de transfert radiatif pour des atmosphères claire ou nuageuse, permettant des calculs rapides. Heliosat-4 est affranchi des paramètres empiriques, facile à implémenter et fournit simultanément les composantes directe, diffuse et la distribution spectrale de l'éclairement. Ces caractéristiques, bien que nécessaires pour différentes applications, sont rarement fournies. Les premiers résultats de la validation de cette nouvelle méthode avec les mesures sol sont prometteurs : les performances observées sont proches de celles des méthodes actuelles.

La thèse porte sur le déploiement d'un réseau de capteurs pour le diagnostic énergétique d'un bâtiment universitaire. Elle s'inscrit dans la thématique Bâtiment intelligent et durable de l'Université de Limoges. Il s'agit au cours de cette thèse, dans un premier temps, d'optimiser l'architecture d'un réseau de capteurs Zigbee ainsi que les méthodes d'interrogation de ces capteurs, pour minimiser la consommation énergétique des nœuds du réseau. On s'appuiera notamment sur des concepts de "compressive sensing" pour augmenter la durée de vie des nœuds autonomes qui pourra être éventuellement renforcée par des organes de récupération d'énergie. / This thesis deals with the roll out of Wireless Sensor Network for the energetic monitoring of an existing building of the University. This work wil be incorporated in the framework of the smart building program of the University of Limoges. The work aims to optimize the architecture of a Zigbee network as well as data collection methods to minimize the energy consumption of the network's nodes. Methods based on the compressive sensing concepts will be investigated to reduce the number of nodes and to extend the lifetime of the nodes. Those methods will eventually be complemented with energy harvesting techniques.

Depuis de nombreuses années, l'industrie microélectronique s'est engagée dans une course à l'augmentation des performances et à la diminution des coûts de ses dispositifs grâce à la miniaturisation de ces derniers. La génération de ces structures de petites dimensions repose essentiellement sur l'étape de lithographie. Dans cette optique, plusieurs techniques de lithographie nouvelle génération (NGL) sont en cours de développement afin de pouvoir répondre aux besoins de l'industrie pour les nœuds technologiques inférieurs à 20 nm. Parmi elles, les solutions de lithographie à faisceaux d'électrons multiples semblent très prometteuses grâce à leur écriture directe sans masque (ML2), ainsi que leur coût et encombrement réduits. Le CEA-LETI s'est associé à l'entreprise Mapper Lithography basée aux Pays-Bas afin d'aider au développement d'une technologie de lithographie électronique à faisceaux d'électrons multiples basse énergie (d'énergie 5 keV). Les travaux de thèse de ce manuscrit visent à contribuer au développement de cette technologie qui pourrait à terme permettre de réaliser des dispositifs CMOS pour les nœuds technologiques actuels et futurs. L'intégration d'une nouvelle technique de lithographie dans l'industrie repose sur 3 grands critères du procédé lithographique, la production horaire (sensibilité), la résolution (taille minimale des structures réalisées) et la rugosité de ligne. La rugosité de ligne est devenue l'un des paramètres les plus critiques limitant à l'heure actuelle la miniaturisation et pour cause cette dernière impacte de manière négative les performances des dispositifs. Alors que l'ITRS préconise une rugosité de ligne inférieure à 1.7 nm pour les futurs nœuds technologiques inférieurs à 20 nm, les lithographies actuelles ne permettent pas d'obtenir des rugosités inférieures à 4-5 nm. Les travaux de cette thèse visent la minimisation de la rugosité de ligne de résine imprimée par lithographie électronique en proposant des stratégies alternatives d'écriture ou en modifiant les empilements de matériaux sous-jacents la résine, ou encore par l'introduction de traitements post-lithographiques tels que des recuits thermiques ou des traitements plasma. Les études ont montré qu'en combinant une stratégie d'écriture et un traitement plasma à base de dihydrogène une réduction de 41% du LWR pouvait être obtenue. / For decades, the growth of the Semiconductor Industry (SI) has been driven by the paramount need for faster devices at a controlled cost primarily due to the shrinkage of chip transistors. The performances of future CMOS technology generations still rely on the decrease of the device dimensions. However, the photolithography is, today, the limiting factor for pattern miniaturization and the technology has been at a standstill since the development of 193-nm water-based immersion lithography. Moreover, another parameter limiting further semiconductor scaling is the transistor gate linewidth roughness (LWR), i.e. the standard deviation of the gate critical dimension (CD) along the line. The LWR needs to be controlled at the nanometer range to ensure good electrical performances of the future CMOS device. The lithography step is again identified as the root cause of the gate LWR. Indeed, the significant LWR (4-5 nm) of the patterns printed by photolithography is transferred into the gate during the subsequent plasma etching steps, resulting in a final gate LWR far above the sub-2 nm LWR targeted for the sub-20 nm technological nodes. In order to continue scaling down feature sizes of devices, the semiconductor industry is waiting for the maturity of next generation lithographies (NGL). Among NGL, one can find the promising mask-less direct-write techniques (ML2) in which multiple electron beam lithography (multibeam lithography) is regarded as a serious candidate for providing high resolution structures at a low cost. The firm MAPPER Lithography, associated with CEA-LETI is working on the development of such a technology. The aim of this work is to contribute to the development of a low energy (5 keV) multibeam technology and to focus on the improvement of the LWR of the printed patterns. Several process parameters have been investigated to decrease the LWR: the effect of a specific writing strategy, the influence of the under layers and the introduction of post-lithographic treatments such as plasma treatments or thermal annealing. This work has shown that by combining a biased writing strategy with H2 plasma treatment, a 41% LWR decrease could be obtained. Although this performance is still above the ITRS requirements, this work opens the pace for LWR optimization with multi-beam lithography.

Le domaine du calcul haute performance (i.e. la science des super-calculateurs)est caractérisé par l’évolution continuelle des architectures de calcul, la proliférationdes ressources de calcul et la complexité croissante des problèmes que les utilisateursveulent résoudre. Un des logiciels les plus importants de la pile logicielle dessupercalculateurs est le Système de Gestion des Ressources et des Tâches. Il est lelien entre la charge de travail donnée par les utilisateurs et la plateforme de calcul. Cetype de logiciels spécialisés fournit des fonctions pour construire, soumettre, planifieret surveiller les tâches dans un environnent de calcul complexe et dynamique.Pour pouvoir atteindre des supercalculateurs exaflopiques, de nouvelles con-traintes et objectifs ont été inventés. Cette thèse développe et teste l’idée que lesutilisateurs de ces systèmes peuvent aider à atteindre l’échelle exaflopique. Spé-cifiquement, nous montrons des techniques qui utilisent les comportements desutilisateurs pour améliorer la consommation énergétique et les performances glob-ales des supercalculateurs.Pour tester ces nouvelles techniques, nous avons besoin de nouveaux outils etméthodes qui sont capables d’aller jusqu’à l’échelle exaflopique. Nous proposonsdonc des outils qui permettent de tester de nouveaux algorithmes capables des’exécuter sur ces systèmes. Ces outils sont capables de fonctionner sur de petitssupercalculateurs en émulant ou simulant des systèmes plus puissants. Après avoirévalué différentes techniques pour mesurer l’énergie dans les supercalculateurs, nousproposons une nouvelle heuristique, basée sur un algorithme répandu (Easy Backfill-ing), pour pouvoir contrôler la puissance électrique de ces énormes systèmes. Nousmontrons aussi comment, en utilisant la même méthode, contrôler la consommationénergétique pendant une période de temps. Le mécanisme proposé peut limiterla consommation énergétique tout en gardant des performances satisfaisantes. Sil’énergie est une ressource limitée, il faut la partager équitablement. Nous présen-tons de plus un mécanisme permettant de partager la consommation énergétiqueentre les utilisateurs. Nous soutenons que cette méthode va motiver les utilisateursà réduire la consommation énergétique de leurs calculs. Finalement, nous analysonsle comportement actuel et passé des utilisateurs pour améliorer les performancesdes supercalculateurs. Cette approche non seulement surpasse les performances destravaux existants, mais aussi ouvre la voie à l’utilisation de méthodes semblablesdans d’autres aspects des Systèmes de Gestion des Ressources et des Tâches. / The field of High Performance Computing (HPC) is characterized by the contin-uous evolution of computing architectures, the proliferation of computing resourcesand the increasing complexity of applications users wish to solve. One of the mostimportant software of the HPC stack is the Resource and Job Management System(RJMS) which stands between the user workloads and the platform, the applica-tions and the resources. This specialized software provides functions for building,submitting, scheduling and monitoring jobs in a dynamic and complex computingenvironment.In order to reach exaflops HPC systems, new constraints and objectives havebeen introduced. This thesis develops and tests the idea that the users of suchsystems can help reaching the exaflopic scale. Specifically, we show and introducenew techniques that employ users behaviors to improve energy consumption andoverall cluster performances.To test the proposed techniques, we need to develop new tools and method-ologies that scale up to large HPC clusters. Thus, we designed adequate tools thatassess new RJMS scheduling algorithms of such large systems. These tools areable to run on small clusters by emulating or simulating bigger platforms. Afterevaluating different techniques to measure the energy consumption of HPC clusters,we propose a new heuristic, based on the popular Easy Backfilling algorithm, inorder to control the power consumption of such huge systems. We also demonstrate,using the same idea, how to control the energy consumption during a time period.The proposed mechanism is able to limit the energy consumption while keepingsatisfying performances. If energy is a limited resource, it has to be shared fairly.We also present a mechanism which shares energy consumption among users. Weargue that sharing fairly the energy among users should motivate them to reducethe energy consumption of their applications. Finally, we analyze past and presentbehaviors of users using learning algorithms in order to improve the performancesof the parallel platforms. This approach does not only outperform state of the artmethods, it also shows promising insight on how such method can improve otheraspects of RJMS.

Actuellement, les stratégies de gestion de l’énergie dans les réseaux intelligents sont pour la plupart limitées à l’intérêt d’un sous-système. En règle générale, chaque acteur est géré de façon autonome sans tenir compte du fait qu’il est intégré dans un réseau électrique à proximité. Par exemple, un système de gestion de l’énergie des bâtiments vise à fournir le niveau de service souhaité aux occupants et ne se soucie pas de son impact sur le réseau, sauf s’il doit en respecter certaines contraintes.Cette manière de gérer peut conduire bien entendu à un équilibre donné mais la résultante ne sera qu’un ensemble de sous-systèmes optimisés qui amèneront rarement à un optimum global dans la poche à laquelle ils appartiennent.Compte tenu de ce qui est dit ci-dessus, et au vu d’une architecture de réseaux de distribution en évolution rapide; la restructuration physique et algorithmique en sous réseaux physiques ou virtuels permettra de répondre efficacement aux problématiques liées à :— La sûreté de la fourniture— L’intégration massive de renouvelable— La qualité de l’énergie— L’apparition de nouvelles charges non conventionnelles— Aux services systèmesDans la littérature, les aspects du contrôle et de la gestion de l’énergie de microréseaux sont traités séparément, et l’interaction de réseau intelligent est simplement proposée.Pour relever ces défis, le concept de réseaux intelligents est apparu au cours de la dernière décennie. Il s’appuie sur les capacités des systèmes de communication modernes qui permettent le flux continu de données entre les acteurs d’un réseau intelligent et sur les capacités de calcul évolutives permettant de mettre en œuvre des stratégies avancées de gestion de l’énergie à grande échelle.Cette thèse se propose de mener une étude systémique du contrôle de microréseaux lequel contrôle vise une gestion optimisée de l’énergie en lien avec une structure de ce qui est communément appelé « réseau intelligent » et ce, tout en optimisant la puissance locale sous un modèle prédictif de contrôle (MPC).Le MPC se distingue parmi les stratégies avancées de contrôle de réseau pour plusieurs raisons. D’abord, il permet de traiter facilement des systèmes multi variables qui sont soumis à de multiples contraintes. En second lieu, il est capable d’anticiper les événements futurs en tenant compte des prévisions (par exemple, prévisions météorologiques, prévisions de charges, ...). Pour ces raisons, une partie de cette thèse est dédiée aux algorithmes MPC qui visent à coordonner de manière optimale un grand nombre d’acteurs dans un microréseau (PV, Batteries, Éolienne, charges, ...). L’idée est d’avoir un contrôleur MPC local pour chaque microréseau et au-dessus, un coordinateur de contrôleur de gestion MPC qui influence le contrôleur local de telle manière que l’optimalité globale du réseau intelligent soit respectée. L’objectif de maximiser la consommation locale d’énergie produite localement est considéré. Cet objectif est une étape vers l’indépendance énergétique des microréseaux locaux vis à vis du réseau principal lequel toutefois peut intervenir pour acheter l’excès de puissance de l’ensemble des microréseaux de la coopérative.Cette thèse a été préparée en co-tutelle entre le Gipsa-Lab de l’Université Grenoble-Alpes (UGA) et le PREEA de l’université de technologie et de sciences appliquées libano-française dans l’application du projet PARADISE.Ce dernier projet vise par ses contributions à optimiser des réseaux de distribution ilôtables en présence d’un fort taux de production intermittente à base de renouvelable ; et ce, par des architectures physiques et algorithmiques incrémentales. / Currently, energy management strategies in smart grids are mostly limited to the interest of a subsystem. As a general rule, each actor is autonomously managed regardless of whether it is integrated into a nearby power grid. For example, a building energy management system aims to provide the desired level of service to occupants and does not care about its impact on the system unless it has to meet certain constraints.This way of managing can of course lead to a given equilibrium but the resultant will be only a set of optimized subsystems that will rarely lead to an overall optimum in the pocket to which they belong.In view of what has been said above, and in view of a rapidly evolving distribution system architecture; The physical and algorithmic restructuring in physical or virtual sub networks will allow to answer efficiently the problems related to:- Security of supply- Massive integration of renewable energy- The quality of energy- The appearance of new unconventional loads- System servicesIn the literature, aspects of microgrid energy control and management are treated separately, and intelligent network interaction is simply proposed.To meet these challenges, the concept of smart grids has emerged over the last decade. It builds on the capabilities of modern communication systems that enable the continuous flow of data between the players in an intelligent network and the scalable computing capabilities to implement advanced large-scale energy management strategies ladder.This thesis proposes to carry out a systemic study of the control of microgrid which control aims at an optimized management of the energy in connection with a structure of what is commonly called "intelligent network", while optimizing the local power under a model Predictive control (MPC).The MPC stands out among advanced network control strategies for several reasons. Firstly, it makes it possible to easily handle multi-variable systems which are subjected to multiple constraints. Secondly, it is able to anticipate future events by taking into account forecasts (for example, weather forecasts, forecast loads, etc.). For these reasons, part of this thesis is dedicated to MPC algorithms which aim to coordinate optimally a large number of actors in a microgrid (PV, Batteries, Wind, loads ...). The idea is to have a local MPC controller for each microgrid and above it, an MPC management controller coordinator that influences the local controller in such a way that the overall optimality of the intelligent network is respected. The objective of maximizing local consumption of locally produced energy is considered. This objective is a step towards the energy independence of the local microgrids with respect to the main network, which however can intervene to buy the excess power of all microgrids of the cooperative.This thesis was prepared in co-supervision between the Gipsa-Lab of the Grenoble-Alpes University (UGA) and the PREEA of the Lebanese-French University of Technology and Applied Sciences in the application of the PARADISE project.This project aims, through its contributions, to optimize distribution networks that are portable in the presence of a high rate of intermittent production based on renewable energy; And this, by physical architectures and incremental algorithm.