En France, le secteur du bâtiment est le principal consommateur d'énergie. En outre, le secteur de la maison individuelle représente environ 60% des constructions annuelles de logements. La construction des bâtiments à haute efficacité énergétique représente un grand pas vers l'économie d'énergie. Cependant, même si divers efforts sont déployés dans ce domaine, des outils et des méthodes manquent pour évaluer la performance énergétique de ces bâtiments. Cette évaluation doit permettre non seulement de comprendre les facteurs qui contribuent à cette performance mais également d'identifier les causes de la surconsommation, d’inconfort pour les occupants.Cette thèse vise à contribuer à cet objectif en proposant une approche d'évaluation de la performance énergétique d'un bâtiment. Pour cela on compare la performance réelle et la performance attendue en utilisant le monitoring et la simulation thermique dynamique. Cette approche s’appuie sur différents cas d’études dont principalement une maison individuelle, situé en un climat méditerranéen.Dans un premier temps, en phase de conception, nous utilisons des simulations thermiques dynamiques pour étudier l’impact du comportement sur les besoins énergétiques. L'objectif est d'analyser l'influence du scénario d'occupation sur le comportement du bâtiment et d'établir une plage de valeurs pour les besoins en énergie, basée sur des statistiques nationales. Le comportement du bâtiment est étudié en fonction de différents types de scénarii d'occupation, de consignes de température, de l'utilisation d’appareils domestiques et l'éclairage.Dans un second temps, l'accent est mis sur l'évaluation globale de la performance de l'enveloppe. Un test dynamique in situ innovant a été développé pour en évaluer la performance réelle. Ce test est applicable sur une période courte (de l’ordre de la journée) tout en maitrisant les débits d’infiltrations. La comparaison des résultats théoriques en régime stationnaire avec les résultats expérimentaux montre une bonne précision inférieure à 10%.Enfin, le suivi énergétique en continu des maisons performantes est étudié. Tout d’abord, des travaux sont réalisés dans l’optique de réduire le nombre de capteurs nécessaires au suivi, tout en minimisant la perte d’informations. Ensuite, une méthodologie d’instrumentation est développée et appliquée à une maison individuelle. Le suivi de cette maison a pu être étudié sur les six premiers mois de monitoring et a permis d’expliquer le comportement du bâtiment et ses consommations au regard de son usage et de faire le lien avec les prévisions faites en phase de conception. / In France, the building sector is the main energy consumer. Moreover single-family houses represent about 60% of annual dwelling construction. The construction of energy efficient buildings represents a big step into energy saving. However, even though various efforts are made within this field, there is still a lack of methodologies about how to evaluate the energy performance of these buildings. The performance evaluation of an energy efficient building should allow understanding factors that contribute to its energy performance and as well as identifying the causes of overconsumption, poor indoor conditions.This thesis seeks to contribute to this field, by proposing an approach towards evaluating the energy performance of a house. This is done by comparing the real performance and the expected performance, using monitoring and building performance simulation, from design to operational phases. The energy performance evaluation approach is carried out on different cases of studies, mainly on a single-family house, situated in a Mediterranean climate.First, in the design phase, we use building performance simulation models to study the dispersions in energy use related to occupant’s behavior. The goal is to analyze the influence of the occupancy scenario on the behavior of the building and to establish a range of values for energy demand, based on national statistics. This step study the building’s behavior based on different types of occupancy scenarios, appliances and lighting use and temperature set point.Then, the focus is on the global evaluation of the envelope’s performance. Within the present thesis an innovative in-situ dynamic test is developed to assess the real envelope’s performance. This test is adapted to occupied houses (as it only takes 2 days) while controlling the infiltration air flow. The comparison between theoretical results of steady state calculation and experimental results show a good precision of less than 10%.Finally, continuous monitoring of energy efficient houses is studied. First, a work is done to reduce the number of sensors required for monitoring, while minimizing the loss of information. Then, an instrumentation methodology is developed and applied to a single-family house. The follow-up of this house could be studied during the first six months of monitoring and allowed to explain the behavior of the building and its consumption with regard to its use and to make the link with the previsions made during the design phase.

La réduction de la consommation énergétique du secteur résidentiel constitue un enjeu majeur dans un contexte de transition énergétique et de lutte contre le changement climatique. Pourtant, malgré les politiques publiques en place, la consommation énergétique sectorielle française peine à baisser. À travers quatre essais empiriques, cette thèse s’intéresse aux obstacles à la baisse des consommations énergétiques dans le secteur résidentiel français en se focalisant sur le rôle des facteurs individuels. Dans le premier chapitre, qui s’inscrit dans la littérature sur le les barrières à l’investissement en efficacité énergétique et le « paradoxe énergétique » (Jaffe and Stavins, 1994), nous utilisons la méthode des choix discrets pour mettre en évidence le rôle de l’incertitude sur la qualité des travaux de rénovation et le prix de l’énergie comme barrière à l’investissement en efficacité énergétique. Le second chapitre fournit un éclairage empirique sur le rôle des facteurs socio-économiques, des préférences individuelles pour le confort et de la performance énergétique du logement pour expliquer la consommation énergétique résidentielle. Le troisième chapitre est l’occasion d’étudier l’écart de performance énergétique à l’échelle du logement (consommation énergétique réelle vs théorique) et ses déterminants individuels et socio-économiques, via la régression quantile. Enfin, le quatrième chapitre s’intéresse aux interactions dynamiques entre efficacité énergétique et consommation énergétique en traitant la question de l’effet rebond direct pour l’usage de chauffage résidentiel en France. / Reducing the energy consumption of the residential sector is a major stake in the context of the energy transition and the fight against climate change. However, despite the implementation of several dedicated public policies, the energy consumption of the sector has barely decreased in France. Through four empirical articles, this thesis aims to identify some of the barriers to the decrease of the French residential energy consumption with a focus on the role of individual determinants. In the first chapter, we wish to contribute to the literature on the barriers to energy efficiency investment (Sutherland, 1991) and the “energy efficiency gap” (Jaffe and Stavins, 1994). We use the methodology of the discrete choice experiment to assess the role of perceived risk and uncertainty on retrofit quality and energy price as barrier to the energy renovation decision. In the second chapter, we provide an empirical contribution on the role of individual preferences for comfort, other individual determinants and energy performance of dwellings in explaining energy consumption. In the third chapter, we study the energy performance gap (gap between theoretical and real energy consumption at dwelling level) and its drivers by using the quantile regression. Finally, in the fourth chapter, we test the assumption of the existence of a rebound effect for the heating energy consumption in France.

Du fait de la flexibilité énergétique qu'ils offrent et de leur potentiel de diminution des émissions de GES et de polluants, les réseaux de chaleur (RdC) sont un des leviers d'actions des politiques énergétiques locales en constante progression. Leur déploiement et/ou rénovation n'est pas qu'une question technico-économique classique, dans la mesure où ils sont au cœur d'un ensemble d'acteurs interconnectés, aux objectifs spécifiques, tous parties prenantes des politiques énergétiques locales. Dans ce contexte, les outils permettant à ces différents acteurs l'évaluation des actions liées aux RdC sont très importants. Ils doivent permettre l'évaluation de scénarios de conception, d'actions de rénovation, de performance et de suivi... Parmi les outils permettant ces évaluations, les approches par modélisation sont souvent trop spécifiques à une situation, un type de réseau un acteur... Le travail réalisé consiste à développer un outils de modélisation de RdC, offrant la flexibilité recherchée. "HeatGrid" permet de modéliser des architectures de réseaux variées. A chaque pas de temps, le fonctionnement du réseau est simulé grâce au formalisme de la programmation linéaire. Cet outil peut être utilisé en phase de conception ou d'exploitation d'un réseau. L'approche de modélisation permet d'évaluer et de comparer sous les aspects économiques, énergétiques et techniques d'un RdC sous différents scénarios. Plusieurs exemples sont simulés et analysés dans le but d'illustrer le potentiel du modèle.

Face aux problématiques liées à la consommation énergétique, les industriels prennent conscience de réduire cette consommation. Une des pistes possibles est de repenser les moyens de production qui dans la plupart des cas ont été conçus pour répondre principalement à des performances de productivité. Les solutions retenus mettent en œuvre des technologiques énergivores. En mettant en avant les contraintes énergétiques lors de la reconception des moyens de production, il est possible de réduire de manière significative la consommation énergétique sans pour autant changer le procédé.Cette thèse propose une méthodologie pour reconcevoir les moyens de production. Celle –ci s’appuie sur une approche « design for x » où x est l’efficacité énergétique. Dans un premier temps, l’analyse du moyen de production est effectuée et un indicateur d’efficacité et de gain potentiel a été défini. Cet indicateur est alors interprété lors de la reconception des moyens de production tout en s’assurant de la dépendance des actions de conception, évitant ainsi les transferts d’impacts. Ces actions sont structurées en 4 pistes de reconception. Cette méthodologie est illustrée à l’aide d’un cas d’étude. / Facing the problems related to energy consumption in industrial sites, the awareness of energyconsumption takes its important. Design for energy efficiency aimed at improving the energy efficiencyproduction system has now become one of the approaches that arouses the most interest among researchers.This thesis proposes a redesign methodology for energy efficiency while keeping the manufacturingprocess unchanged. This methodology is based on two main steps: the analysis of production system and itscomponents based on an energy efficiency indicator to obtain a sufficiently precise energy consumptioncartography, the proposal of redesign scenario aimed at changing the current design based on differentguidelines. In terms of illustrations, a case study conducted in a machining center is used to illustrate themethodology proposed.

Le vieillissement est accompagné d’une prévalence importante de la sarcopénie (perte de masse musculaire) pouvant engendrer fatigue, risques de chute et incapacités physiques, exacerbant ainsi un cercle vicieux impliquant la sédentarité et une diminution de la dépense énergétique. Récemment, des études ont démontré que les comportements sédentaires (dépense énergétique avoisinant celle de repos, en position assise ou allongée) étaient un facteur de risque de diabète de type 2, de maladies cardiovasculaires et de mortalité prématurée, indépendamment du niveau d’activité physique à intensité modérée ou élevée. Ainsi, on peut être physiquement « actif » et quand même accumuler de longues périodes à être assis. Pourtant, l’entraînement peut favoriser l’augmentation de la masse musculaire et de la dépense énergétique, améliorer la sensation de bien-être et d’activation tout en diminuant la sensation de fatigue. Aucune étude à ce jour n’a analysé les effets de l’exercice ou de l’entraînement sur les comportements sédentaires chez des personnes sarcopéniques pouvant être plus fatigables. Le premier objectif est donc de vérifier quels sont les effets d’une séance d’exercice sur les comportements sédentaires (CS) et la dépense énergétique d’activités physiques (DÉAP) du reste de la journée lors d’une journée avec exercice (JEX) et d’une journée sans exercice physique (JSEP). Le deuxième objectif vise à vérifier la persistance de ces effets après une intervention en entraînement de 16 semaines chez des personnes âgées sarcopéniques. Six hommes âgés de 65 à 75 ans, sarcopéniques non obèses (âge = 65 ± 5,51 ans ; indice de masse corporelle = 26,38 ± 1,58 kg/m², avec un indice de masse musculaire appendiculaire = 8,32 ± 0,46 kg/m²) ont suivi un entraînement musculaire contre résistance progressif d’une heure à raison de 3 séances par semaine pendant 16 semaines. La masse grasse (MG) et la masse maigre (MM) ont été mesurées à l’aide d’un DEXA, puis les indices de masses musculaires totale et appendiculaire ont été calculés [IMM et IMMapp, MM (kg)/taille (m²)]. Le niveau d’activités physiques (questionnaire PASE) ainsi que le métabolisme de repos ont également été évalués. Les comportements sédentaires ont été estimés grâce au journal d’activités physiques (JAP) et la dépense énergétique d’activités physiques par accélérométrie à l’aide de l’Actical (ACT) dont l’unité de mesure est le compte d’activités. Avant l’intervention, les sujets tendaient à être moins souvent assis, étaient plus souvent debout, ont passé plus de temps et ont dépensé plus d’énergie à faire des activités d’intensité modérée (p = 0,03) pendant la JEX comparativement à la JSEP. Après 16 semaines d’entraînement, il n’y avait plus de différence entre la JEX et la JSEP. De même, une diminution du pourcentage de la MG, une augmentation de la MM, de l’IMM et de l’IMMapp, du score de PASE, du compte d’activités ont aussi été remarquées après l’intervention (p ≤ 0,05). Une diminution de la DÉAP des activités sédentaires a également été décelée à la fin de l’intervention (p = 0,03). L’exercice et l’entraînement musculaires auraient donc des effets aigus et chroniques sur la diminution des comportements sédentaires et sur l’augmentation de la DÉAP chez des individus sarcopéniques, réfutant du même coup la croyance générale voulant que les personnes âgées qui font de l’exercice aient plutôt tendance à demeurer inactives le reste de la journée. L’entraînement pourrait dont être considéré comme une intervention à part entière dans la lutte contre la sédentarité chez des personnes sarcopéniques. D’autres études sont néanmoins nécessaires pour confirmer ces résultats préliminaires.

Les actionneurs à film diélectriques (DEA) sont une classe d'actionneurs prometteurs. Fabriqués de polymères, ces actionneurs électromécaniques offrent un ratio force-poids élevé et une grande plage de déplacements potentiels. Alors que leurs caractéristiques de minceur et de légèreté les destinent principalement des applications portatives ou mobiles, où l'efficacité énergétique est un facteur clé de l'intégration technologique, très peu d'information est disponible quant à leurs performances énergétiques. L'objectif de ce travail vise donc la compréhension des phénomènes qui régissent l'efficacité des DEA par la caractérisation expérimentale de leurs performances énergétiques sous différentes conditions de fonctionnement. L'avenue proposée pour l'analyse combine un modèle thermodynamique simple, basé sur la variation de capacitance des DEA, une caractérisation expérimentale des performances d'un DEA standard (conique). De nombreux graphiques d'efficacité sont obtenus et analysés en fonction d'une description énergétique combinant des processus thermodynamique, électromécanique et mécanique. Le processus thermodynamique est la base théorique de la description énergétique. Il est fonction de la capacitance d'un DEA et de son mode de fonctionnement. Le processus mécanique représente quant à lui la viscoélasticité des matériaux et réduit l'efficacité du modèle en fonction des conditions de fonctionnement, tout comme le processus électromécanique qui combine les pertes électriques et les déformations non désirées. L'analyse préliminaire des performances d'un moteur en DEA permet d'approfondir la compréhension des pertes électromécaniques en fonction des conditions aux frontières. À la lumière des résultats, des règles stratégiques de conception sont présentées en fonction de la tension imposée, de la vitesse d'actionnement, du déplacement imposé, des matériaux, des modes d'opération et des conditions aux frontières.

Les systèmes d’actionnement couramment utilisés sur les systèmes de robotiques mobiles tels que les exosquelettes ou les robots marcheurs sont majoritairement électriques. Les batteries couplées à des moteurs électriques souffrent toutefois d’une faible densité de stockage énergétique et une faible densité de puissance, ce qui limite l’autonomie de ces dispositifs pour une masse de système donnée. Une étude comparative des systèmes d’actionnement potentiels a permis de déterminer que l’utilisation d’une source d’énergie chimique permettait d’obtenir une densité de stockage énergétique supérieure aux batteries. De plus, il a été déterminé que l’utilisation de la combustion directement dans un actionneur pneumatique souple permettrait d’obtenir une densité de puissance beaucoup plus élevée que celle des moteurs électriques. La conception, la fabrication et la caractérisation de plusieurs types d’actionneurs pneumatiques pressurisés directement par la combustion d’une source d’énergie chimique ont permis d’évaluer la faisabilité de l’approche, dans un contexte de robotique mobile, plus précisément pour des tâches de locomotion. Les paramètres permettant d’obtenir une efficacité énergétique élevée ont été étudiés. Il a été démontré que le ratio de compression et le ratio d’expansion doivent être optimisés. De plus, comme les pertes thermiques sont le mécanisme de perte dominant, le ratio d’équivalence devrait être réduit au minimum. Parmi les carburants usuels, l’hydrogène permet d’atteindre les valeurs de ratio d’équivalence les plus faibles, ce qui en fait un choix de carburant idéal. Les résultats expérimentaux ont été utilisés pour corréler un modèle analytique d’un actionneur pneumatique à combustion. Ce modèle analytique est par la suite utilisé pour vérifier la faisabilité théorique de l’utilisation de l’approche d’actionnement pour fournir la puissance à un dispositif d’assistance à la locomotion.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Actuellement, les Véhicules Electriques Hybrides (VEHs) sont considérés comme une partie essentielle du futur de l'industrie automobile. En effet, cette technologie permet de réduire la consommation de carburant et les émissions de gaz à effet de serre et ce, sans réduire les performances. Les VEHs sont composées de deux ou plusieurs sources d'énergie. Ces sources peuvent être organisées selon plusieurs architectures. Dans cette thèse, l’architecture série-parallèle est choisie pour des véhicules types militaires et de collecte d’ordures. Les VEHs étudiés contiennent un double train planétaire. Ce nouveau répartiteur de puissance rend le système très complexe. Par conséquent, dans cette thèse, la modélisation des VEHs étudiés avec un double train planétaire est faite. L’utilisation de la Représentation Macroscopique Energétique (REM), représentation graphique permettant de déduire la structure de commande, est effectuée pour les deux véhicules étudiés. Cette thèse aborde également la problématique de la gestion de l'énergie des systèmes multi-sources pour les VEHs. Leur stratégie de gestion de l'énergie regroupe plusieurs disciplines et soulève différents challenges. Les défis résident principalement dans la gestion de la dépense d'énergie, la détermination de la répartition de l’énergie et l’établissement de méthode d'interface entre les différents systèmes de manière à répondre aux exigences de la propulsion et des autres exigences de la charge. Dans ce travail, une nouvelle organisation de la stratégie de gestion de l’énergie a été effectuée pour les véhicules étudiés (véhicules militaire et de collecte d’ordures) par une décomposition de cette gestion en 3 niveaux bien distincts. / Currently, Hybrid Electric Vehicles (HEVs) are considered to be a critical part of the future vehicle industry. This is because they allow for decreased fuel consumption and emissions without a decline in performance. HEVs are composed of two or more power sources and can be arranged in various topologies. In this thesis, a series-parallel architecture is chosen for military and garbage trucks. The studied HEVs contain a Double Planetary Geartrain as a Power Split Device (PSD), which makes the system very intricate and complex. Therefore, in this thesis, modeling of studied HEVs with a PSD is done. Later, through the assistance of Energetic Macroscopic Representation (EMR) it is graphically represented and local control structure for both vehicles are deduced.This dissertation also addresses the problem of managing energy of multiple energy sources for the studied HEVs. The Energy Management Strategy (EMS) in application to HEVs encompasses several different disciplines and challenges. Primarily, the challenges lies in managing the energy expenditure, determining the proportional power splits and establishing methods to interface between the systems so as to meet the demands of the vehicle propulsion and other load requirements. In this work, an attempt has been made to provide a new organization of EMS by decomposition in 3 explicit levels for studied vehicles i.e. military and garbage truck.