Th. doct.-ing--Nancy, I.N.P.l., 1982.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 111-112. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Ce projet a pour objectif de développer un nouveau système solaire gonflable et portable qui facilitera les sports aquatiques en eau froide sur la période avril-octobre de l'année. En permettant la nage et le bronzage, ce projet peut bonifier considérablement le tourisme sur les côtes marines et sur les lacs. Le bateau solaire est muni de panneaux photovoltaïques. L'énergie ainsi recueillie dans la batterie marine joue un rôle dans la propulsion à l'aide du moteur électrique et dans le système de pompage, qui achemine de l'eau chaude à l'intérieur de l' habit hermétique pour nager en eau froide. Sur cet habit ont eu lieu des tests de performance validés par la comparaison des résultats expérimentaux avec les calculs théoriques.

Cette recherche propose d’analyser les opportunités solaires passives d’une serre accolée à un espace séjour en vue d’optimiser le confort et la consommation énergétique. La simulation numérique des différentes configurations à l’aide de l’outil PLEIADES+COMFIE 2.0 permet de traiter les différents phénomènes physiques présents dans un tel espace. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de tableaux et d’histogrammes qui permettent de comparer l’incidence des différentes variables étudiées sur la température de la serre et la consommation énergétique du séjour. Ces solutions répondent aux conditions climatiques de la ville de Québec et visent une application résidentielle. / This research proposes to analyze the solar passive opportunities of a greenhouse attached to a living-room to maximize comfort and energy consumption. Numerical simulations of different configurations using the tool PLEIADES+COMFIE 2.0 can handle the different physical phenomena present in such space. The results are presented in tables and histograms that allow to compare the impact of different variables studied on the temperature of the greenhouse and energy consumption of the living-room. These solutions meet the climatic conditions of Quebec City and are a residential application.

L'efficacité énergétique des bâtiments occupe une place de plus en plus importante dans la société. Afin de réduire la consommation énergétique des bâtiments, le mur solaire avec vitrage a été élaboré. Ce système est composé d'un vitrage placé devant un mur massif d'une grande absorptivité créant une cavité entre les deux. Le présent travail est divisé en deux parties revoyant chacune à un article scientifique. L'objectif principal de cette étude sera d'optimiser le mur solaire avec vitrage, afin de minimiser la charge de chauffage et de climatisation dans un bâtiment. Pour atteindre cet objectif, un modèle numérique a été réalisé dans le logiciel MATLAB™ permettant de simuler le comportement thermique du système et de déterminer la charge de chauffage et de climatisation requise pour maintenir les conditions intérieures confortables dans un bâtiment résidentiel. Le modèle numérique est validé grâce à des logiciels de simulation de bâtiments et des résultats obtenus dans un article scientifique. Une fois le modèle validé, des études paramétriques ont été faites afin d'étudier l'influence de différents paramètres du système sur la performance de celui-ci et de trouver les valeurs optimales. L'étude considère une période d'un an et utilise des données météorologiques pour la ville de Québec (Canada). Une optimisation des paramètres géométriques à l'aide de routines d'optimisation de MATLAB™ a été faite. Un design optimal du mur solaire avec vitrage est également proposé.

Cette recherche propose d’analyser les performances énergétiques et lumineuses de différentes formes de panneaux isolants mobiles (PIM) extérieurs pour un espace de travail. Les niveaux élevés d’éclairement exigé dans ces espaces se traduisent par la quête d’un maximum de transparence qui entraîne cependant d’importantes déperditions thermiques en climat nordique. Les simulations numériques IESVE permettent d’évaluer la performance énergétique de l’isolation mobile et de l’occultation, alors que les simulations réalisées dans le module RADIANCE du même logiciel permettent d’analyser les niveaux et la répartition de l’éclairement intérieur générés par la présence et le mouvement des PIM. Des scénarios journaliers optimaux de mouvements, construits sur une base horaire à l’aide d’indicateurs énergétique et lumineux, aux solstices et à l’équinoxe d’automne sous ciel dégagé, permettent d’évaluer l’impact d’une façade adaptative sur un espace de travail. Bien que certains scénarios soient clairement incompatibles, d’autres présentent des performances élevées à la fois sur les plans énergétiques et lumineux. Cette recherche conclue sur le potentiel du PIM en tant qu’opportunité d’adaptation au sein d’une architecture adaptative. / This research focuses on the performance of movable insulation panels as manual shading devices and as an energy conservation strategy for an office space. High lighting level requirements for such spaces ask for a quest for transparency which results in high thermal losses in cold climates. Simulation results demonstrate the device’s potential in reducing energy consumption as well as diversifying visual ambiances. Three forms of panels are simulated using IES VE and Radiance module. Optimal manipulations are determined from an energy and lighting standpoint by assessing two metrics and are compared to illustrate their effects on lighting environment and energy loads. Optimal scenarios are constructed on an hourly basis to illustrate differences in energy and lighting needs. While some manipulation scenarios clearly demonstrate non compatible effects on energy and lighting performance, some scenarios can significantly improve both energy and lighting performance and should be considered. Conclusions address the potential of movable insulation panels as an effective adaptive strategy.

Le stockage de l'énergie solaire thermique s'avère aujourd'hui nécessaire si on veut atteindre une meilleure efficacité et une utilisation à grande échelle de cette ressource. Le stockage sous forme de potentiel chimique se révèle être adapté au stockage de chaleur sur le long terme (cycles saisonniers ou pluriannuels) parce qu'il présente les moindres pertes thermiques par rapport au stockage sensible ou latent. Malgré les avancées significatives faites ces dernières années dans ce domaine, il n'existe pas aujourd'hui de système achevé dédié à ce type de stockage. Le but du présent travail est de démontrer la faisabilité d'un procédé de stockage de chaleur solaire à long terme par absorption pour le chauffage des bâtiments. La chaleur est stockée en été grâce à la désorption et restituée en hiver à travers l'absorption. Une analyse multicritère portant des couples de sorption possibles a permis d'identifier le couple LiBr−H2O pour la démonstration de faisabilité du concept. Il a été montré que la cristallisation d'une partie de la solution permet de multiplier par trois la densité de stockage énergétique et donc d'améliorer la compétitivité du procédé. Un modèle dynamique a été développé pour dimensionner et simuler les performances du système sous différentes conditions opératoires. De nombreuses simulations paramétriques ont permis de discuter de l'influence de différents paramètres et aspects du contrôle du procédé. Cela a donné lieu à la conception et au dimensionnement d'un prototype de démonstration capable de stocker 8 kWh de chaleur et de produire une puissance moyenne de chauffage de 1 kW. Ce prototype a été construit et expérimenté en fonctionnement statique et dynamique sur un banc d'essai, dans des conditions compatibles avec une installation solaire domestique. La faisabilité de la charge du procédé a ainsi été démontrée. L'absorption durant la phase de décharge est effective bien que des problèmes, dus notamment à une conception inadaptée de l'absorbeur, n'ont pas permis d'assurer la restitution de la chaleur. Différents aspects tels que la stratification et la circulation de la solution dans son réservoir ont également été abordés. La confrontation du modèle et des résultats expérimentaux a ainsi été réalisée et discutée. / Energy storage is a key component to improve the efficiency of energy systems, especially when the energy source is intermittent, such as solar energy. Heat storage systems based on sorption processes are relevant in case of long-term storage (seasonal or pluriannual storage) because of their acceptable heat losses. Even though considerable breakthroughs have been made in the past decades, there is no mature long-term sorption heat storage yet. The aim of this work is to demonstrate the feasibility of a long term solar thermal storage by absorption for building space heating. Solar heat is stored in summer using desorption process and released in winter via absorption. A multicriteria analysis on various possible absorption couples leads to the choice of LiBr−H2O as storage media for the concept feasibility demonstration. It has been shown that crystallisation in the solution storage tank can increase the storage density by three times and therefore, is relevant for the process competiveness. A dynamic model has been developed for the system design and simulations under various operating conditions were performed. A lot of parametric simulations are used to investigate the influence of certain parameters and controls aspects. This helps designing a demonstrative prototype that can store 8 kWh of heat and can produce a heating power of 1 kW. The prototype has been built and tested on a test bed in static and dynamic operating conditions that are compatible with domestic solar thermal plants. The charging process has been proved successful. Absorption during discharging phase is also verified. However, some problems related to the absorber design have not made possible to observe the heat release as expected. Various aspects such as stratification and circulation in the solution storage tank have also been addressed. The model comparison with experimental result is then performed and discussed.

Le stockage de l'énergie solaire thermique s'avère aujourd'hui nécessaire si on veut atteindre une meilleure efficacité et une utilisation à grande échelle de cette ressource. Le stockage sous forme de potentiel chimique se révèle être adapté au stockage de chaleur sur le long terme (cycles saisonniers ou pluriannuels) parce qu'il présente les moindres pertes thermiques par rapport au stockage sensible ou latent. Malgré les avancées significatives faites ces dernières années dans ce domaine, il n'existe pas aujourd'hui de système achevé dédié à ce type de stockage. Le but du présent travail est de démontrer la faisabilité d'un procédé de stockage de chaleur solaire à long terme par absorption pour le chauffage des bâtiments. La chaleur est stockée en été grâce à la désorption et restituée en hiver à travers l'absorption. Une analyse multicritère portant des couples de sorption possibles a permis d'identifier le couple LiBr−H2O pour la démonstration de faisabilité du concept. Il a été montré que la cristallisation d'une partie de la solution permet de multiplier par trois la densité de stockage énergétique et donc d'améliorer la compétitivité du procédé. Un modèle dynamique a été développé pour dimensionner et simuler les performances du système sous différentes conditions opératoires. De nombreuses simulations paramétriques ont permis de discuter de l'influence de différents paramètres et aspects du contrôle du procédé. Cela a donné lieu à la conception et au dimensionnement d'un prototype de démonstration capable de stocker 8 kWh de chaleur et de produire une puissance moyenne de chauffage de 1 kW. Ce prototype a été construit et expérimenté en fonctionnement statique et dynamique sur un banc d'essai, dans des conditions compatibles avec une installation solaire domestique. La faisabilité de la charge du procédé a ainsi été démontrée. L'absorption durant la phase de décharge est effective bien que des problèmes, dus notamment à une conception inadaptée de l'absorbeur, n'ont pas permis d'assurer la restitution de la chaleur. Différents aspects tels que la stratification et la circulation de la solution dans son réservoir ont également été abordés. La confrontation du modèle et des résultats expérimentaux a ainsi été réalisée et discutée.