Este estudio investiga la conductividad térmica de fluidos de trabajo para ciclos de refrigeración por absorción activados por energía solar o calor residual. Una mezcla prometedora es el NH3+LiNO3. Sin embargo, el conocimiento de las propiedades termofísicastales como la conductividad térmica,son necesarias para un diseño adecuado de estos sistemas. Por lo tanto, en este trabajo se ha medido la conductividad térmica de esta mezcla con una fracción másica de amoníaco ente el 0.3-0.6 y temperaturas de entre 303.15 y 353.15 K. Los resultados obtenidos muestran valores bajos de conductividad térmica, y se sabe que la baja conductividad es una de las limitaciones principales en el desarrollo de los fluidos de transferencia de calor. Para superar esta limitación, se propuso la adición de agua o nanotubos de carbono a la mezcla binaria (NH3+LiNO3). Se ha visto que la adición de un tercer componente indica una mejora en la conductividad térmica en ambos casos. Las medidas de conductividad térmica se llevaron a cabo mediante el método transitorio de hilo caliente y dos equipos experimentales diferentes fueron diseñados y construidos en este trabajo. La incertidumbre en las mediciones se estima en menos del0.025 W•m-1•K-1. Por último, los datos experimentales se correlacionaron con un modelo matemático basado en el “local composition concept” y teniendo en cuenta el efecto de los electrolitos. / This study investigates the thermal conductivity of working fluids for absorption refrigeration cycles activated by solar energy or waste heat. A promising mixture is NH3+LiNO3. However, accurate thermophysical properties such as thermal conductivity are needed for adequate design, analysis and evaluation of such systems. Therefore, this property has been measured with ammonia mass fraction range from 0.3 to 0.6 and temperatures between 303.15 and 353.15 K. Results show low values in thermal conductivity, and it is known that low thermal conductivity is a primary limitation in the development of energy-efficient heat transfer fluids that are required in these systems. To overcome this limitation, the addition of water or carbon nanotubes to the binary mixture (NH3+LiNO3)was proposed. It has been seen that the addition of a third component indicates an enhancement in the effective thermal conductivity in both cases. Thermal conductivity measurements were carried on with the transient hot wire technique and two different devices were designed and built in this work. Uncertainty in the measurements was estimated to be less than 0.025 W•m-1•K-1. Finally, the experimental data was fitted with a comprehensive model based on the local composition concept and the effect of electrolytes.

La optimización de los sistemas de conversión de energía gana cada vez más importancia debido a su impacto ambiental y los limitados recursos de combustibles fósiles. Entre estos sistemas los de refrigeración tienen una contribución creciente en el consumo total de energía y en las emisiones de CO2. Los sistemas de absorción operados con energía solar son una de las alternativas más sostenibles frente a los sistemas de refrigeración convencionales. Por lo tanto, este trabajo se centra en su mejora siguiendo los métodos de optimización termo-económica y de programación matemática. El análisis exergético y la optimización termo-económica basada en el método estructural se han realizado para distintas configuraciones de ciclos de refrigeración por absorción con las mezclas de trabajo agua-LiBr y amoniaco-agua. En la sección de programación matemática se incluye la optimización multi-objetivo (frontera de Pareto), la optimización bajo incertidumbre de los precios de la energía, el uso de varios indicadores de impacto ambiental y el efecto del impuesto sobre las emisiones de CO2. Los resultados demuestran que se pueden obtener reducciones importantes del impacto ambiental frente a los sistemas convencionales. Los sistemas de refrigeración solar no sólo son atractivos para reducir el impacto ambiental, sino también pueden ser económicamente competitivos. Su implantación dependerá, en gran medida, del impuesto sobre las emisiones de CO2 y del coste de la energía. / Optimizations of energy conversion systems become more important because of their environmental impact and the limitations of the fossil fuel resources. Among these systems cooling and refrigeration machines have an increasing share in the total energy consumption and contribution to CO2 emissions. Solar assisted absorption cooling systems are sustainable alternatives compared to the conventional cooling systems. Hence, this work is focused on improving the sustainability of cooling systems following the thermoeconomic optimization and mathematical programming approaches. In the first approach the energy, exergy and structural analysis are performed for different configurations of water/LiBr and ammonia/water absorption cooling cycles. In the second approach multi-objective optimization (Pareto frontier), optimization under uncertainty of energy prices, different environmental impact indicators, and the effect of CO2 emissions tax to reduce the global warming are discussed. The results of the multi-objective optimization show that a significant environmental impact reduction can be obtained. Results indicate that these systems are attractive not only to reduce the environmental impact but also in incurring the economic benefits. However, its practical impact largely depends on the CO2 emissions tax and the increase in the energy price.

Die Projektfinanzierung ist eine bewährte Finanzierungsform für Großprojekte im Sektor Erneuerbare Energie. Selbst in den Krisenjahren ab 2007 zeigen sich in der aggregierten Betrachtung kontinuierliche Zuwächse im Volumen von projektfinanzierten Finanzierungstransaktionen. Die vorliegende Arbeit ermittelt im Rahmen einer Literaturanalyse und zweier empirischer Untersuchungen die angesichts der Krise ab 2007 notwendig gewordenen Anpassungen in finanzierungstechnischen Parametern sowie der Struktur von Projektfinanzierungen. Die einleitende Literaturanalyse beschäftigt sich mit einer Betrachtung der Entwicklung der Projektfinanzierungsvolumina sowie einer Erläuterung der typischen Beteiligten dieser Finanzierungsform und stellt ausgewählte Finanzierungsinstrumente dar. Im Sinne einer Triangulation der Forschungsmethoden kommen im Anschluss empirische Analysen mit je einem quantitativen und einem qualitativen methodischen Zugang zur Durchführung. Eine Regressionsanalyse von rund 950 internationalen Kredittranchen aus dem Sektor Erneuerbare Energie der Jahre 2000-2011 schafft aktuelle deskriptive Evidenz zu den Auswirkungen der Finanz- und Wirtschaftskrise ab 2007 auf die Determinanten der Kreditmarge. Aufbauend auf die im Zuge der quantitativen Analyse gewonnenen Ergebnisse zeigt ein Case Study basierter Zugang im Rahmen von "cross-case" Analysen die spezifischen Erfolgsfaktoren und innovativen Ansätze in der Finanzierungsstruktur von 13 Großprojekten der Branche Erneuerbare Energie. Es zeigt sich, dass in der Finanz- und Wirtschaftskrise ab 2007 abgeschlossene Projekte beträchtlich höhere Margen aufweisen, tendenziell kürzere Laufzeiten haben und umfangreichere Sicherheiten erfordern, um zu einem Financial Close zu gelangen. Finanzierungsinstrumente wie Projektanleihen, Miniperm Loans oder Leasingtransaktionen sowie die Teilnahme von ECAs oder IFIs an der Finanzierung ermöglichen Projektabschlüsse. Veränderungen in der Risikoteilungsstruktur in Form von Produktivitätsgarantien oder die Besicherung über ein Projektportfolio stellen weitere Maßnahmen dar, um auch in Zeiten angespannter Wirtschaftslage projektfinanzierte Vorhaben realisieren zu können. (author's abstract)

The general description of a fluid flow involves the solution of the compressible Navier-Stokes equations, a very complex problem whose mathematical structure is not well understood. It is widely accepted that these equations provide an accurate description of any problem in fluid mechanics which may present many different nonlinear physical mechanisms. Depending on the physics of the problem under consideration, different simplified models neglecting some physical mechanisms can be derived from asymptotic analysis. On the other hand, radiative heat transfer can strongly interact with convection in high temperature flows, and neglecting its effects may have significant consequences in the overall predictions. Problems as fire scenarios emphasized the need for an evaluation of the effect of radiative heat transfer. This work is directed to strongly thermally coupled low Mach number flows with radiative heat transfer. The complexity of these mathematical problem makes their numerical solution very difficult. Despite the important difference in the treatment of the incompressibility, the low Mach number equations present the same mathematical structure as the incompressible Navier-Stokes equations, in the sense that the mechanical pressure is determined from the mass conservation constraint. Consequently the same type of numerical instabilities can be found, namely, the problem of compatibility conditions between the velocity and pressure finite element spaces, and the instabilities due to convection dominated flows. These instabilities can be avoided by the use of stabilization techniques. Many stabilization techniques used nowadays are based on the variational multiscale method, in which a decomposition of the approximating space into a coarse scale resolvable part and a fine scale subgrid part is performed. The modeling of the subgrid scale and its influence leads to a modified coarse scale problem providing stability. The quality of the final approximation (accuracy, efficiency) depends on the particular model. The extension of these techniques to nonlinear and coupled problems is presented. The distinctive features of our approach are to consider the subscales as transient and to keep the scale splitting in all the nonlinear terms appearing in the finite element equations and in the subgrid scale model. The first ingredient permits to obtain an improved time discretization scheme(higher accuracy, better stability). The second ingredient permits to prove global conservation properties, being also responsible of the higher accuracy of the method. This ingredient is intimately related to the problem of thermal turbulence modeling from a strictly numerical point of view. The capability for the simulation of turbulent flows is a measure of the ability of modeling the effect of the subgrid flow structures over the coarser ones. The performance of the model in predicting the behavior of turbulent flows is demonstrated. The radiation transport equation has been also approximated within the variational multiscale framework, the design and analysis of stabilized finite element methods is presented. / La descripción general del movimiento de un flujo implica la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes compresibles, un problema de muy compleja estructura matemática. Estas ecuaciones proporcinan una descripción detallada de cualquier problema en mecánica de fluidos, que puede presentar distintos mecanismos no lineales que interactúan entre si. En función de la física del problema que se esté considerando, pueden derivarse modelos simplificados de las ecuaciones de Navier-Stokes mediante analisis dimensional, que ignoran algunos fenómenos físicos. Por otro lado, la transferencia de calor por radiación puede interactuar con el movimiento de un fluido, e ignorar sus efectos puede tener consecuencias importantes en las predicciones del flujo. Problemas donde hay fuego implican la evaluacion del efecto del calor por radiación. El presente trabajo está dirigido a flujos a bajo número de Mach térmicamente acoplados, donde el calor por radiación afecta al flujo. Debido a la complejidad del problema matemático, la solución numérica es muy complicada. A pesar de las diferencia en el tratamiento de la incompresibilidad, las ecuaciones de flujo a bajo número de Mach poseen una estructura matemática similar a la de flujo incompresible, en el sentido que la presión mecánica se determina a partir de la ecuación de conservación de la masa. En consecuencia poseen el mismo tipo de inestabilidades numéricas, que son el problema de condiciones de compatibilidad entre los espacios de elementos finitos de velocidad y presión, y las inestabilidades debidas a flujos con convección dominante. Estas inestabilidades pueden evitarse mediante técnicas de estabilización numérica. Muchos métodos de estabilización utilizados hoy día se basan en el método de multiscalas variacionales, donde el espacio funcional de la solucion se divide en un espacio discreto y resolubre y un espacio infinito de subscalas. El modelado de las subescalas y su influencia modifican el problema discreto proporcionando estabilidad. La calidad de la aproximación numérica final (precisión, eficiencia) depende del modelo particular de subescalas. En este trabajo se extienden estas técnicas de estabilización a problemas no lineales y acoplados. Las características que distinguen a nuestra aproximación son considerar las subsecalas como transitorias y mantener la división de escalas en todos los términos no lineales que aparecen en las ecuaciones de elementros finitos y en las del modelo de subescalas. La primera característica permite obtener mayor precisión y mejor estabilidad en la solución, la segunda característica permite obtener esquemas donde las propiedades se conservan globalmente, y mayor precisión del método. El hecho de mantener la división de escalas en todos los términos no lineales está intimamemte relacionado con el modelado de turbulencia en flujos térmicamente acoplados desde un punto de vista estrictamente numérico. La capacidad de simulación de flujo turbulento es una medida de la habilidad de modelar el efecto de las estructuras de escala fina sobre las estructuras de escala gruesa. Se muestra en esta tesis el desempeño del método para de predecir flujo turbulento. La ecuación de transporte de radiación también se aproxima numéricamente en el marco de multiscala variacional. El diseño y análisis de este método se presenta en detalle en esta tesis

En la Unión Europea, y más concretamente en España, el análisis prestacional de cualquier edificio frente a la acción del fuego es aún un hecho aislado y poco habitual, a pesar de las ventajas que el mismo comporta. No obstante, incluso en aquellos países donde hace años se estudia el comportamiento estructural en situación accidental de incendio en base a los métodos prestacionales, como es el caso de Estados Unidos, el campo científico de las simulaciones computacionales basadas en la Dinámica de fluidos y en la Termodinámica está aún en lo que podríamos denominar, haciendo un símil con el crecimiento del ser humano, la fase adolescente. Mejorar en la medida de lo posible los criterios relativos a la caracterización de un fenómeno tan importante durante el desarrollo de un fuego como es la turbulencia y disponer de una nueva metodología de análisis relativa a la verificación cualitativa de la misma permitirá avanzar con seguridad a la sociedad a medida que estas simulaciones computacionales en edificación se extiendan al terreno profesional / In the European Union, and more specifically in Spain, the analysis of the effect of fire on any building remains an isolated and unusual fact, despite the advantages it may involve. However, even in the countries (such as the United States) where the structural behavior under a fire accidental situation has been studied under benefit methods for many years, the scientific field of computational simulations based on Fluid Dynamics and Thermodynamics remains in what could be called, in comparison to human growth, the teenage years. The improvement of the criteria used to characterize the phenomenon of turbulence and the supply of a new analysis methodology focused on its qualitative verification, so important during the development of fire, will improve society’s security, as these computational simulations are extended to the professional field.

El diseño de edificios siguiendo criterios de sostenibilidad y eficiencia energética se ha convertido en un imperativo en los países desarrollados, sobre todo a raíz de la Directiva europea 2010/31/UE sobre Eficiencia Energética en los Edificios, cuyo objetivo para el año 2019 es el de conseguir zero-emission buildings, es decir, edificios cuyo impacto sobre el entorno sea casi nulo, al ser autosuficientes energéticamente y no emitir gases de efecto invernadero. En respuesta a esta corriente, la Doble Fachada Acristalada (DFA) representa una alternativa constructiva que, aplicada en entornos mediterráneos, supone una posible estrategia de diseño energéticamente eficiente para mejorar el comportamiento de las tradicionales fachadas de vidrio de uso tan extendido en los edificios de oficinas y comerciales de las grandes ciudades. El estudio de la implantación de la DFA y su comportamiento ha sido un tema tratado extensamente en la última década. No obstante, la literatura disponible está muy restringida a casos de regiones de clima frío y templado de Europa y América del Norte, contexto en el cual pueden encontrarse casos de aplicación eficiente a nivel energético. Sin embargo, las experiencias de aplicación de DFA en zonas de clima mediterráneo arrojan posibles problemas de funcionamiento, sobre todo durante la estación cálida, debido al sobrecalentamiento de la entrepiel causado por la elevada radiación solar característica de este tipo de clima. Este fenómeno ocasiona que sea necesario un coste energético extra para obtener unas condiciones de confort adecuadas en el interior del edificio. El estudio de la DFA requiere de una investigación exhaustiva de los fenómenos de transferencia de calor y fluidodinámicos involucrados. Para realizar un análisis apropiado de estos fenómenos, y gracias a la mejora de la potencia de cálculo de los ordenadores en los últimos años, han aparecido métodos que permiten abordar el problema de analizar el comportamiento de la DFA a través de la definición de modelos matemáticos que simplifican el modelo real. En esta línea, el uso de programas de simulación térmica zonal y multizonal, así como la utilización de programas de dinámica de fluidos computacional (CFD), se han destacado como herramientas útiles a la hora de modelizar los fenómenos fluidodinámicos y de transferencia de calor asociados a la DFA. El objetivo general de esta tesis se centra en la optimización del comportamiento térmico y energético de una doble fachada acristalada con ventilación forzada (DFAV) horizontal y configuración constructiva fija, para su aplicación en edificios de oficinas localizados en zonas de clima mediterráneo. Dicha optimización, que se ha llevado a cabo mediante el software de simulación térmica zonal TAS, pretende resolver los posibles problemas de sobrecalentamiento en el interior del edificio generados cuando se aplica esta tipología de fachada en climas de alta radiación solar. En el modelo analizado, la ventilación de la entrepiel de la fachada –que es la encargada de la evacuación del exceso de calor de la misma–, se supone a cargo de un sistema de recirculación del aire de climatización expulsado del edificio. Este sistema puede ser complementado, en caso de requerirse una mayor extracción de calor, por un equipo auxiliar que mediante la impulsión de aire exterior permita aumentar el caudal de aire a través de la entrepiel. Por otro lado, se ha utilizado un modelo analítico simplificado –desarrollado a partir de las ecuaciones fundamentales de transferencia de calor–, que se ha evaluado en diversos puntos característicos del dominio para comprobar la exactitud de los resultados obtenidos a través de las simulaciones realizadas. Se ha concluido que, para estimar la efectividad de la DFAV a la hora de disminuir la demanda energética del edificio, este modelo matemático simplificado –que utiliza coeficientes de transmisión de calor combinados medios– puede considerarse válido. Además, las diferencias obtenidas con el modelo simulado son lo suficientemente reducidas para considerar que –a falta de un modelo experimental sobre el que validar los resultados obtenidos– dicho desarrollo matemático permite afirmar la bondad de los resultados obtenidos en el modelo de simulación. Respecto al proceso de optimización de la DFAV se ha concluido que, para una oficina de características estándar, la fachada es el elemento clave que define el comportamiento termoenergético del edificio, de manera que su correcto diseño es fundamental para conseguir minimizar su consumo energético y alcanzar las mejores condiciones de confort térmico interior posibles. Así, en edificios con fachadas altamente vidriadas situados en entornos de elevada radiación solar como el mediterráneo, la utilización de vidrios que limiten las ganancias solares en el interior del edificio es básica para el control de la demanda de climatización del mismo. Contrariamente, el comportamiento del edificio empeora al sustituir el vidrio interior transparente por uno bajo emisivo, lo que prueba que, en ocasiones, la utilización de un vidrio de mayor calidad no supone un beneficio claro en cuanto a la disminución de la demanda del edificio en el cuál se instala. Además, se comprueba que la utilización de la DFAV frente al muro cortina tradicional permite mejorar las condiciones de demanda de climatización y de confort térmico alcanzadas en un edificio como el analizado. Por último, se ha concluido que la aplicación de una estrategia de ventilación mixta a caudal variable en función de las necesidades de climatización de los espacios ocupados supone una mejora notable a nivel de reducción de la demanda de climatización global del edificio, aunque únicamente respecto al caso de DFA sin ventilar. Las mejoras respecto a los casos con la doble fachada ventilada con un caudal elevado de aire exterior son escasas. Así pues, la decisión de emplear un tipo u otro de ventilación de la entrepiel de la DFAV vendrá determinada por el análisis de coste de implantación contra la disminución de la demanda de climatización asociada a cada sistema. Las reducciones de la demanda de climatización obtenidas parecen descartar la instalación del sistema de recirculación de aire interior para ventilar la DFAV, al obtenerse escasas mejoras respecto a un sistema de ventilación con aportación de aire todo exterior. / The building design in base of sustainability and energy efficiency criteria has become an imperative in developed countries, especially since the application of the European Directive 2010/31/EU on Energy Efficiency in Buildings, whose goal for 2019 is the achievement of zero-emission buildings, buildings with almost zero impact on the environment. In response to this trend, Double Glazed Facade (DGF) represents a constructive alternative that can improve the performance of traditional glass facades commonly used in commercial and offices buildings located in large cities. The study of the DGF has been largely restricted to cases of cold and temperate climate regions in Europe and North America. In this context, many energy efficient applications can be found. However, the DGF application experiences in Mediterranean climate have shown potential performance problems, due to the facade overheating caused by high solar radiation characteristic of this type of weather. This phenomenon is responsible of the need of an extra energy cost for adequate comfort conditions inside the building. The study of the DGF requires an intensive investigation of heat transfer phenomena involved. For a proper analysis of these phenomena, some methods which analyze the DFA behavior through mathematical models which simplify the real model can be used. In this line, the use of thermal simulation zonal programs and the use of computational fluid dynamics have emerged as useful tools when modeling physical phenomena associated to the DFA. The main objective of this thesis focuses on the optimization of the thermal and energy performance of a double skin facade with an horizontal forced ventilation scheme, and with a fixed structural design, for its application in office buildings located in areas with a Mediterranean climate. This optimization has been carried out with the thermal simulation software TAS. The facade ventilation of the analyzed model ¿which is res pons ible for the removal of the heat accumulated in the space between the two skins is generated by a system which recirculates the air expelled from the building. This system can be supplemented with an auxiliary system which drives outside air for increasing the air flow through the facade cavity. On the other hand, a symplified analytical model developed from the fundamental equations of heat transfer has been used to check the accuracy of the results obtained through simulations. It has been concluded that such mathematical model allows us to affirm the goodness of the results obtained in the simulation model. Furthermore, it can be considered valid to estimate the effectiveness of DGF to decrease the energy demand of the building. Regarding the DFAV optimization process, it has been concluded that, for an standard office building, the facade is the key element that defines the thermal behavior of the building. So, its correct design is essential for minimizing energy consumption and for achieving indoor thermal comfort conditions. It is found that the use of DGF against traditional curtain wall can reduce the cooling demand and improve the thermal comfort in a building like the one analyzed. Moreover, it has been concluded that the application of variable flow hybrid ventilation causes a notable improvement to reduce overall cooling demand of the building when comparing with the unventilated DGF case. The analysis of the HVAC reductions seems to advise against the installation of an air recirculation system to ventilate the DGF cavity, because of the little improvement obtained over the use of a ventilation system only with exterior air supply. So the final decision to use a certain type of cavity ventilation will be determined by the analysis of implementation cost against the HVAC demand reduction for each system.

En esta tesis se estudia, mediante simulación numérica directa de las ecuaciones de Navier-Stokes, la dinámica de un fluido en el interior de un anillo cilíndrico en rotación con las tapas ligeramente inclinadas y sometido a un gradiente de temperatura y una gravedad en dirección radial. En el presente trabajo se ha introducido la curvatura de las paredes de forma natural mediante la resolución de las ecuaciones en coordenadas cilíndricas. Se han considerado condiciones de contorno de adherencia en las paredes laterales y esfuerzos cortantes nulos en las tapas del anillo. Si la rotación es suficientemente elevada es conocido que la dinámica se desarrolla en planos perpendiculares al eje de rotación, en forma de ondas que precesionan en el sentido de la rotación, llamadas ondas térmicas de Rossby.Se ha estudiado la dinámica en función de la rotación, la razón de radios del anillo, del número de Prandtl. El análisis de estabilidad lineal del estado conductivo indica que el inicio de la convección depende fuertemente de una característica del fluido como es el número de Prandtl. Si este parámetro es moderado o elevado las inestabilidades térmicas son dominantes y se han encontrado dos familias de modos dominantes. Se han obtenido modos en los que la convección se desarrolla principalmente cerca del pared interior y están inclinados en el sentido de la rotación (espirales); y modos prácticamente rectos, en los que la convección se desarrolla en toda la capa (normales). Para bajos números de Prandtl todos los modos dominantes son del segundo tipo. Mediante técnicas de continuación se han analizado las soluciones no lineales relacionadas con los dos tipos de modos existentes para el caso más interesante de los estudiados. Esto es cuando el número de Prandtl es 0.7. Las soluciones obtenidas se han comparado con las encontradas en el caso de capa plana. También se ha analizado la estabilidad lineal de estas soluciones mediante una técnica de Floquet. Se ha obtenido que independientemente del tipo de modo lineal del que provengan las soluciones no lineales presentan una bifurcación subarmónica si los parámetros están cercanos a un cambio de familia de modo.Por último, se han calculado las soluciones que bifurcan de las anteriores integrando las ecuaciones de Navier-Stokes, de continuidad y de conservación de la energía mediante una evolución temporal de las variables primitivas principalmente para número de Prandtl 0.7. Para una razón de radios fija y tres valores de la rotación diferentes. Dependiendo de sí la solución primaria proviene de un modo normal o no, la bifurcación afecta de manera diferente al transporte de calor de la solución secundaria. Se han obtenido para los casos estudiados dos tipos de convección, "vacilatoria" y en forma de doble columna

Series: Research Reports / RICC

Le projet porte sur le développement d'une pompe à chaleur magnétocalorique pour l'entreprise NextPAC. Une étude a été réalisée sur les transferts thermiques se déroulant dans le régénérateur de la pompe. Cette étude a permis de développer un modèle numérique permettant de simuler les échanges thermiques au sein du régénérateur et de développer un démonstrateur afin de pouvoir réaliser des mesures thermiques sur un matériau magnétocalorique échangeant avec un fluide caloporteur en écoulement alterné. De plus, une étude critique et approfondie a été réalisée sur le premier prototype de NextPAC afin d'évaluer son bon fonctionnement. De nombreuses propositions d'amélioration ont été proposées pour la réalisation d'un second prototype. / The project involves the development of a magnetocaloric heat pump for the NextPAC company. A study has been realized on the thermal transfers in the pump's regenerator. This study allowed us to develop a digital model that simulates the thermal exchanges in the regeneratot and to develop a demonstrator in order to collect thermal measurements of a magnetocaloric material. This last exchanges heat transfers with an oscillating fluid flow. Moreover, a study on a first industrial prototype hads been carry out in order to check and to show improvements that have to be carry out fo a second planned prototype.

L'amélioration de la résolution en énergie des calorimètres hadroniques est adressée dans cette thèse. L'approche envisagée se base sur la technique du dual-readout qui consiste à détecter simultanément les radiations Cherenkov et la scintillation. La comparaison de ces deux signaux permet en effet de compenser les fluctuations observées dans la détection de gerbes hadroniques. Les grenats d'Aluminium et de Lutetium (LuAG), qui sont d'efficaces scintillateurs une fois activés avec des terres rares, peuvent aussi jouer le rôle de radiateur Cherenkov sous leur forme non-dopée. Les deux types de matériaux peuvent alors être assemblés pour former un calorimètre dual-readout performant. Dans l'objectif d'étudier la faisabilité de ce concept, les effets de la concentration en dopant et de l'addition de divers codopants sur le rendement lumineux et les propriétés temporelles ont été étudiés. Nous avons montré le rôle important de la technique de croissance choisie sur la nature et la concentration des défauts structuraux. La géométrie optimale, qui se base sur des monocristaux en forme de fibres, donne l'avantage à la technique de micro-pulling down. Cette technologie ne montre pas de meilleurs résultats que les techniques de Bridgman et de Czochralski mais a été retenue pour des raisons de coût et d'adaptabilité pour une production à grande échelle. L'optimisation des paramètres de croissance a permis la production de fibres monocristallines de LuAG dopées avec du Cérium présentant un rendement lumineux de 8000 photons par MeV et un bon comportement en tant que guide de lumière grâce à une qualité optique bien maitrisée. Des tests avec des faisceaux d'électrons et de pions, en conditions de calorimétrie à haute énergie, permettent désormais d'envisager la production d'un prototype à plus grande échelle / This thesis focuses on the improvement of the energy resolution of hadron calorimeters. The approach is based on dual-readout, which consists in the simultaneous detection of both scintillation and Cherenkov light. The comparison of these two signals allows a compensation of the energy fluctuations, which are inherent to the detection of hadronic showers. Lutetium Aluminium garnets (LuAG), which are efficient scintillators when activated with rare-earth dopants (i.e. Cerium), can also act as Cherenkov radiators when undoped. Both undoped and doped crystals can then be assembled to build an efficient dual-readout calorimeter. With the objective to investigate the feasibility of this concept, the effects of the doping concentration and the use of various co-dopant on the light output and the timing properties of LuAG were studied. The growth method was demonstrated to induce significant differences in the nature and concentration of structural defects. The optimum geometry, which is based on singlecrystals shaped into fibers, favors the micro-pulling down technique. This technology does not outperform Bridgman and Czochralski techniques but was chosen on bases of cost considerations and large scale productions abilities. The optimization of the growth parameters led to the production of single-crystalline fibers of Cerium-doped LuAG with a light output of 8000 photons per MeV and an adequate behavior as light guide due to a well-controlled optical quality. Test with electrons and pions in high energy calorimetry conditions allow to engage a future production of a larger-scale prototype