L’objectif de cette thèse est l’optimisation énergétique d’un système de micro-cogénération et micro-tri-génération à pile à combustible. Dans un premier temps, une modélisation mathématique de tous les composants du système de cogénération à pile à combustible a été menée. L'influence de plusieurs paramètres tels que la pression et la densité de courant sur les performances de système micro-cogénération est examinée. La pertinence énergétique et environnementale du système proposé pour le contexte français est étudiée. Ensuite, une étude numérique d’un système de tri-génération composé d’une pile à combustible et d’une machine à absorption simple effet H2O/ Li-Br a été menée. L’unité de micro-tri génération est couplée à une maison unifamiliale et la performance énergétique du système est évaluée. Enfin, afin d’évaluer le potentiel de coupler le système de micro-tri-génération avec les énergies renouvelables, un système de production d’hydrogène avec les panneaux photovoltaïques «PV-H2» a été étudié. Une modélisation des différents composants du système «PV-H2» a été réalisée. Les résultats de simulation du couplage du système PV-H2 avec une maison individuelle de l’éco-quartier de la Glacerie sont présentés. / The objective of this thesis is the energy optimization of the micro-cogeneration and micro-tri-generation fuel cell system. First, a mathematical modeling of all the components of the fuel cell cogeneration system was conducted. The influence of several parameters such as pressure and current density on micro-CHP system performance is examined. The energy and environmental relevance of the system for the French context is studied. Then, a numerical study of a tri-generation system consisting of a fuel cell and a single-acting H2O / Li-Br absorption machine was conducted. The micro-tri-generation unit is coupled to a single-family house and the energy performance of the system is evaluated. Finally, in order to evaluate the potential of coupling the tri-generation system with renewable energies, a hydrogen production system with photovoltaic panels «PV-H2» has been studied. A modeling of the various components of the "PV-H2" system has been carried out. The simulation results of the coupling of the «PV-H2» system with an individual house in the eco-district of La Glacerie are presented.

Les machines à absorption LiBr/H2O, appliquées aux systèmes de rafraîchissement par compression chimique présentent des avantages et des inconvénients à l'heure de leur intégration dans des bâtiments de basse consommation. Grandes tailles et coûts de mise en œuvre élevés les rendent peu attractives. Le développement de modules évapo-absorbeur et desorb-condenseur compacts et multifonctionnels, utilisant des échangeurs à film ruisselants couplés peuvent être une solution pour réduire les coûts de mise en œuvre, et augmenter la compacité et le rendement global du processus d'absorption. L'étude se centre autour de l'absorption de la vapeur d'eau à basse pression au sein d'un film de bromure de lithium qui ruisselle sur des échangeurs à plaques verticales. Les objectifs de la thèse sont le développement d'un modèle théorique simple décrivant le transfert de chaleur et de masse et sa validation à l'aide d'expériences de référence. Le modèle analytique est construit à l'aide des méthodes intégrales mettant en ouvre un écoulement laminaire établit à l'entrée de l'absorbeur et des conditions de saturation à l'interface Nous avons résolu le problème couplé de transfert de masse et de chaleur en prenant en compte couches limites thermiques et diffusives. Une représentation adimensionnelle des transferts à l'aide des nombres de Nusselt et de Sherwood en fonction du nombre de Graetz permet de décrire de manière générale les différentes zones thermiques et diffusives. Les variations de la température et la concentration à l'interface sont prises en compte, en considérant la linéarité des équations de transfert et, en appliquant la théorie des perturbations. Un banc d'essais a été spécifiquement développé pour l'étude de l'absorption de vapeur sur des films ruisselants de bromure de lithium à basse Reynolds (Re < 500). Il permet de fixer l'état de la solution LiBr à l'entrée (température, concentration et débit) ainsi que les conditions aux limites (pression de vapeur, condition adiabatique ou de température imposée à la paroi verticale). Différentes géométries de plaque sont comparées aux résultats du model en vu de quantifier l'impact des effets de bord et des instabilités. / Low pressure absorption machines, used in chemical compression refrigeration systems present several advantages and drawbacks in sustainable buildings integration. Large sizes and high implementation cost makes them unprofitable. Compact absorption machines with multifunctional absorption and desorption units using coupled falling film exchangers can be one solution to reduce implementation costs, increasing compactness and global machine performance. The present study is focused in the absorption process applied to vertical falling film exchangers and its improvement. The thesis objectives are: construction of a simple theoretical model; describing heat and mass transfer over a Lithium bromide falling film and model validation after data processing from a test bench build for this purpose. The analytic model is based on integral methods taking into account established flow conditions at the top of the plate, parabolic velocity profiles and saturation conditions at the interface. We solved the coupled heat and mass transfer problem considering thermal and diffusive boundary layers. Non dimensional representation of Nusselt (Sherwood) number as a function of the modified Graetz number, enables a general description of different transfer zones. Concentration and temperature evolution at the interface are studied considering the linearity of heat and mass transfer equations and applying perturbations theory. The test bench was created to study vapor absorption in a lithium bromide falling film at low Reynolds Numbers (Re < 500). Absorber inlet parameters (temperature, concentration and mass flow rate) and also boundary conditions (vapor pressure, adiabatic or isothermal condition at the vertical wall) can be varied. Different plate geometries were studied and compared with model results, to evaluate boundary conditions and instabilities. This study presents a simplified model for adiabatic and isothermal falling films absorbers with a local description of the absorption process. Influences of flow conditions and initial operation parameters were simulated, studied and compared with equivalent models and experimental data from literature;