L'objet de ce travail de recherche consiste à développer une méthode d'analyse et d'interprétation permettant de prévoir, sans simulation, l'effet de couplage de zones et de composants passifs sur le comportement d'un bâtiment. Cette méthode d'analyse du couplage des zones repose sur la synthèse modale. La technique de raccordement des modèles est basée sur le recouvrement d'une partie commune aux zones couplées. Cette analyse, à partir de cas simples de bâtiments, a permis d'identifier trois types de couplage dynamique: rapide, lent et glissant. L'analyse du couplage a également rendu possible la formulation de règles concernant la réduction de modèles locaux. L'association de la synthèse modale et de la réduction des modèles de zones a conduit à une bonne reconstitution du comportement d'un bâtiment multizone. La validation de cette approche a été conclue par la simulation du comportement thermique de bâtiments basée sur des modèles synthétisés réduits.

L'objectif de la thèse était d'étudier la faisabilité du stockage solide de l'hydrogène sous forme d'hydrure de magnésium (MgH2).<br />Dans un premier temps la poudre de MgH2 activé a été caractérisée d'un point de vue cinétique, thermodynamique, et thermique. Les cinétiques d'absorption / désorption de l'hydrogène s'avèrent très sensibles à une exposition des poudres à l'air.<br />La réaction d'hydruration, très exothermique, nécessite d'évacuer très rapidement la chaleur pour charger un réservoir dans un temps raisonnable. Afin d'augmenter la conductivité thermique, un procédé de mise en forme du matériau avec ajout de graphite naturel expansé (GNE) a été développé. Cette mise en forme permet d'obtenir des disques solides et usinables d'MgH2 activé de porosité réduite, présentant une densité volumique de stockage deux fois plus élevée que la poudre libre, et dont la manipulation est plus facile et sûre.<br />L'analyse du comportement thermique et des flux gazeux a d'abord été menée avec un réservoir de faible capacité (90 Nl d'H2) mais permettant de s'adapter à des configurations expérimentales variées. Un second réservoir a été conçu pour répondre aux spécificités des composites "MgH2 + GNE". Ce réservoir permet d'absorber 1200 Nl (105 g d'H.) en 45 minutes, avec une densité volumique système équivalente à celle d'une bouteille d'hydrogène comprimé à 480 bars.<br />Simultanément, un modèle numérique du comportement des réservoirs de MgH2 a été développé à l'aide du logiciel Fluent®. Les simulations numériques des chargements et des déchargements concordent avec l'expérience et expliquent le comportement réactionnel du matériau.

Cette habilitation à diriger les recherches présente la synthèse des travaux contribuant au développement d'une méthodologie intégrée d'évaluation des impacts environnementaux pour les filières énergétiques. Dans un contexte d'échanges de biens de services à l'échelle mondiale, l'enjeu de l'évaluation de ces impacts environnementaux consiste à répondre aux questions suivantes : Quel impact environnemental ? pour quelle demande ou consommation ? en quel lieu géographique, à quel instant ou à quelle échelle de temps ? Mes travaux s'inscrivent dans une logique de définition d'un cadre conceptuel de référence adapté aux enjeux actuels et de sa mise en place progressive. L'intégration de la réalité spatio-temporelle dans cette méthodologie est un élément essentiel de la réflexion. Les éléments déterminants de ce cadre sont présentés au travers du concept DPSIR (demandes, pressions, états, impacts et réponses). Ils couvrent la compréhension des limites et de la pertinence de l'outil analyse de cycle de vie, et le développement d'une approche de calcul de performance environnementale géo-spatialisée pour une filière de production électrique. Les perspectives du développement de cette méthodologie intégrée d'évaluation sont décrites pour les filières énergétiques.

Dans ce mémoire, je présente essentiellement des travaux de recherche sur les machines à commutation de flux, à simple et à double excitation. A l'origine de ces travaux, il y a eu l'étude des pertes magnétiques dans les machines à réluctance variable à double saillance. Et en parallèle de ces travaux, il y a eu l'étude des limites thermiques et électroniques dans la conversion d'énergie d'une machine synchrone associée à son convertisseur et l'étude de l'optimisation sur cycles de fonctionnement des machines synchrones à encochage fractionnaire.

L'industrie aéronautique, dans le cadre de l'avion plus électrique, met en oeuvre le remplacement d'actionneurs pneumatiques ou hydrauliques par des actionneurs électromécaniques. Cela permet de réduire le nombre de réseaux de distribution présents dans l'avion, de faciliter la maintenance et d'améliorer le rendement. Le but final est de réduire la masse et d'améliorer l'efficacité énergétique globale d'un avion pour réduire sa consommation en carburant. Les travaux de ce mémoire de thèse s'inscrivent donc la logique de réduction de la masse des convertisseurs tout en assurant des critères de perturbations CEM (Compatibilité ElectroMagnétique). En effet, les normes CEM sont de plus en plus contraignantes, en particulier les domaines sensibles tel que l'aéronautique. Les filtres CEM sont donc de plus en plus nombreux. Dans ces filtres, les composants magnétiques occupent plus de 50 % de la place et surtout de la masse. L'objectif de cette thèse est de faire émerger des solutions innovantes, en dotant les filtres CEM passifs d'un composant magnétique unique pour les perturbations de mode conduites afin de réduire sa masse. Afin de comprendre leur fonctionnement, suite à une étude bibliographique, nous avons réalisé une étude comparative de topologies à composant magnétique unique. Nous avons développé un outil de modélisation fréquentielle du composant magnétique unique. A partir d'une modélisation <> nous avons pu prendre en compte l'environnement du composant magnétique (Réseau Stabilisateur d'Impédance de Ligne (RSIL), Source de perturbations, Capacités) et une modélisation plus fine des propriétés magnétiques du composant. Grâce à un modèle gyrateur-capacité, nous avons pu prédire les performances du filtre complet dans son environnement et l'optimiser. Cette étude nous a permis de réaliser une topologie de composant magnétique unique plus compacte et plus performante que la topologie existante. Par ailleurs, nous avons démontré la faisabilité de l'intégration sur PCB (Printed Board Circuit) d'alliage nanocristallin en réalisant une autre topologie de composant unique basée sur les mêmes facteurs que la précédente mais intégrée dans un PCB. Les verrous technologiques auxquels nous avons été confrontés et les solutions que nous avons proposées pour les résoudre sont détaillés dans le mémoire.

Dans une vision de transports plus économiques, l'apport des matériaux composites est une solution technologique importante pour l'industrie aéronautique, même si cela ouvre de nouvelles questions de compatibilité électromagnétique sur l'ensemble du système et nécessite l'utilisation d'outils de simulation adaptés. Cette thèse présente l'évaluation de cette mutation technologique vis-à-vis de la problématique foudre. Les méthodes conventionnellement utiliséesdans le cadre de la modélisation électromagnétique en 3D des effets indirects de foudre sur les aéronefs s'avèrent limitées car la prise en compte de toutes les particularités géométriques ouphysiques des dispositifs étudiés est difficile. Dans le cadre du Projet PREFACE (PRojet d'ÉtudeFoudre sur Avion Composite plus Électrique), ces travaux de thèse proposent d'évaluer desméthodes de modélisation non conventionnelles dans le domaine de l'aéronautique et enparticulier la méthode intégrale de recherche de schémas électriques équivalents localisés (PEEC).Une maquette composite de type caisson a été conçue et réalisée afin de représenter la structureminimale d'une section de fuselage, incluant du câblage intérieur. Des mesures ont été effectuéespour étudier et évaluer les mécanismes de couplages électromagnétiques entre les structurescomposites et les dispositifs internes après injection d'un courant, en particulier dans le cadre dela problématique de l'agression foudre. Une comparaison avec des modélisations PEEC (codeInCa3D) dans différentes configurations a permis avec succès de comprendre les phénomènesphysiques mis en jeu. Les avantages de cette approche apparaissent très nettement quand il s'agitde prendre en compte les différents paramètres dimensionnant pour déterminer la répartition descourants sur la structure et sur les câbles connectés à l'intérieur. Ceci permet de formuler desrègles générales de conception des protections des équipements internes qui peuvent êtreappliquées sur les avions à moindre coût.

Le but de cette thèse est donc de mettre en œuvre la méthode µPEEC pour évaluer, sans avoir recours à des simulations ni à des mesures, la réluctance de circuits magnétiques simples en 2D et ce, afin de prédire leur comportement électromagnétique dès les phases de conception. Cela revient à chercher le champ créé par un brin conducteur rectiligne placé dans une fenêtre ronde ou rectangulaire de circuit magnétique comportant ou non un entrefer. Cette étude s'inscrit dans le cadre d'une recherche plus vaste, visant à élaborer le circuit équivalent de transformateurs, avant la réalisation de prototypes, afin d'optimiser ces composants au sein de leurs applications. Avant d'atteindre ce but, différentes étapes ont été franchies progressivement, en s'aidant de solutions analytiques et de simulations par éléments finis pour valider nos approches.

Dans ce travail de thèse nous nous sommes intéressés principalement à la récupération de l'énergie mécanique et plus particulièrement l'énergie vibratoire. Cette technologie repose sur l'utilisation des transducteurs résonants, ces dispositifs permettent d'amplifier l'amplitude de vibration et donc de stocker d'avantage d'énergie mécanique dans le convertisseur à la résonance. La quantité de l'énergie en sortie du convertisseur chute lorsque la fréquence de vibration n'est plus égale à la fréquence de résonance, il est donc nécessaire d'assurer un asservissement de la fréquence de résonance de la structure de récupération d'énergie vibratoire sur la fréquence de vibration, si possible sur tout le spectre fréquentiel que couvre la source de vibration. L'objectif de la thèse est de proposer des solutions, à basse consommation, permettant d'assurer un ajustement dynamique en temps réel de la fréquence de résonance en fonction de la fréquence de vibration. Les travaux de cette thèse s'articulent autour de trois solutions : 1) Ajustement de la fréquence de résonance par application d'un champ électrique dans un matériau piézoélectrique 2) Ajustement de la fréquence de résonance par adaptation de la charge électrique d'un matériau piézoélectrique 3) Amplification du mouvement vibratoire par technique de rebond Une modélisation et optimisation à la fois de la plage de fréquence de fonctionnement et de la conversion mécano-électrique ont été réalisées. Trois structures ont été développées et testées et permettent de valider chacune des trois approches. Enfin, une électronique très basse consommation a été mise au point pour asservir en temps réel la fréquence de résonance sur la fréquence de la source de vibration et optimiser le taux d'énergie électrique extraite du système (pour maintenir un facteur de qualité de la structure optimum).

Face à des enjeux économiques, politiques et environnementaux, les compagnies électriques développent des outils incitatifs visant à réduire la demande des consommateurs, en particulier lors des périodes de pointe de demande. Chez le client résidentiel, ces outils sont pour l'essentiel de nature tarifaire (tarification dynamique ou horo-saisonnière), ou informative (feedbacks sur la consommation). Lorsqu'un ou plusieurs de ces outils sont employés par les acteurs de la filière électrique, on attend une réaction du consommateur, sous forme d'un effacement, d'un report ou d'une réduction globale de la consommation. C'est ce phénomène de réaction que nous appelons la demand response. Afin d'évaluer l'efficacité de ces dispositifs, les compagnies développent des protocoles d'études, notamment des expérimentations de terrain (pilotes) durant lesquels les offres de la demand response sont implémentées sur un échantillon de population. Ces études donnent lieu à des analyses que nous avons compilées afin de tenter d'en extraire des enseignements généralisables. Nous mettons en avant les limites méthodologiques de ces démarches longues et coûteuses et dont la généralisation des résultats est parfois remise en question. Dans l'optique de proposer un éventuel substitut aux pilotes, nous avons examiné le potentiel des méthodes de l'économie expérimentale pour étudier la demand response. La discipline a pour objet d'évaluer l'efficacité d'institutions comme les marchés, mais aussi d'étudier les comportements et leurs déterminants. Est-il possible d'employer les méthodes de l'économie expérimentale afin d'analyser le comportement du consommateur résidentiel face à des incitations à réduire sa demande en électricité, en particulier lors des périodes de pointe ? L'économie expérimentale peut-elle se substituer aux pilotes de terrain ? L'économie expérimentale a déjà contribué à maintes reprises à la compréhension des marchés de gros de l'électricité. Mais jamais l'aspect " consommateur final " de la demand response n'a été abordé, ni dans son acceptabilité, ni dans son efficacité : c'est là que se situe notre contribution qui alimente cette thèse. Nous avons élaboré un protocole visant à mesurer l'acceptabilité de différentes offres de demand response, et mené une série de sessions expérimentales. Nous avons montré que l'acceptabilité des contrats de tarification de pointe est plus grande pour ces consommateurs que celle des contrats de type " bonus à l'effacement ", du fait de l'asymétrie des comportements face aux risques de pertes et de gains probabilistes. De plus, une économie substantielle sur la facture électrique est nécessaire pour déclencher une motivation suffisante pour induire des changements de comportements. Quoi qu'il en soit, les offres tarifaires incitatives sont perçues comme un facteur de stress difficile à intégrer aux contraintes du quotidien de certains foyers. Les résultats montrent que l'économie expérimentale peut apporter des éléments utiles et robustes sur les briques fondamentales des comportements des ménages face à ces offres innovantes. Le type et la granularité des enseignements diffèrent de ceux obtenus par les pilotes. Ces derniers testent des solutions plus abouties industriellement ; ils sont relativement contraints et apportent des réponses en termes de modification de consommations in situ. Il s'est avéré difficile, voire impossible d'encapsuler les routines de consommation électrique des clients au sein du laboratoire. Le lien distendu entre l'instant de l'achat d'électricité et la réception de la facture n'est pas aisément modélisable lors de nos sessions expérimentales. Au-delà des résultats de l'expérimentation, nous montrons que l'économie expérimentale, si elle ne peut constituer un substitut partiel aux pilotes de terrain, peut intervenir en tant que méthodologie exploratoire à l'amont ou en complément de ces derniers, facilitant l'approche préalable des comportements des clients résidentiels.

Actuellement le marché automobile est en forte demande de modèles hybrides capables de limiter les consommations et les rejets de CO2. Parmi les diff érentes solutions technologiques possibles, cette thèse traite d'un dispositif microhybride de type Stop-Start reposant sur l'utilisation de moteurs à aimants permanents à commutation mécanique. Ce travail de recherche, encadré par Valeo et le laboratoire de Génie Électrique de Grenoble (G2Elab), a pour vocation à élaborer des méthodologies de conception permettant une implémentation facile et à bas coût de cette fonction. L'étude se concentre sur une modélisation numérique rigoureuse de la machine électrique pour ensuite analyser plusieurs améliorations techniques du démarreur en vue d'augmenter ses performances. Pour cela nous avons développé un modèle précis et rapide de la machine grâce à une approche d'identi cation des paramètres par optimisation et en utilisant la méthode des plans d'expériences. Ce modèle nous a permis de proposer des structures de démarreurs renforcés adaptés à la fonction Stop-Start.