En réponse à des contraintes écologiques et économiques de plus en plus forte dans l’industrie, la problématique de réduction et de maîtrise de la consommation énergétique est aujourd’hui prise en considération dans le domaine de la machine-outil. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet Green HSM porté par l’entreprise PCI-SCEMM ayant pour but de réduire la consommation énergétique d’une machine-outil de 30%. L’étude s’est focalisée sur le thème spécifique de l’allègement de structure. L’objectif est de concevoir des structures de machines-outils avec des masses mobiles les plus faibles possibles tout en gardant une rigidité fonctionnelle.Deux méthodes d’allègement de structures sont proposées dans le cadre de cette thèse. La première présente une méthode d’optimisation de structure de machines-outils par analyse de contraintes. Cette méthode a permis un allègement de deux pièces principales de la structure de 6,5% et 9% pour une réduction globale de la consommation énergétique de 3%.Une autre méthode pour concevoir une structure de machines-outils plus légère utilisant l’optimisation topologique est proposée. La méthode s’appuie sur deux paramètres spécifiques : l’espace de conception et DISCRETE. Cette méthode est présentée dans l’optimisation d’un cas simple de poutre encastrée soumise à un effort de flexion et donne de bons résultats. L’utilisation de la méthode sur le chariot X d’une machine-outil met en évidence les limitations de l’optimisation topologique dans le cas d’étude de structures complexes et l’influence du choix de la solution initiale. / In response to the increase of environmental and economic constraints in industry, the issue of reducing and controlling energy consumption is highlighted in machine tool context. This thesis is part of the Green HSM project carried out by the PCI-SCEMM company with the aim of reducing the energy consumption of a machine tool by 30%. The study focused on the specific topic of lightweight design. The objective is to design machine tool structures with the smallest mass while maintaining functional rigidity.Two methods of lightening structures are proposed in the framework of this thesis. The first one presents a method for optimizing the structure of machine tools by stress analysis. This method allows reducing the mass of two main parts of the structure of 6.5% and 9% for an overall reduction in energy consumption of 3%. Another method for designing a lighter machine structure using topological optimization is proposed. The method is based on two specific parameters: the space design and DISCRETE. This method is presented in the optimization of a simple case of embedded beam subjected to a bending effort and gives good results. The use of the method on the X-axis carriage of a machine tool highlights the limitations of topological optimization in the case of complex structure studies and the influence of the initial solution choice.

La gestion de l’énergie est une préoccupation majeure dans les réseaux de capteurs sans fil. Ces capteurs sont généralement alimentés par une batterie embarquant une quantité d’énergie finie. Par conséquent, le temps pendant lequel les capteurs peuvent surveiller une zone et communiquer par signaux radio peut être limitée lorsqu’il n’est pas possible de remplacer leur batterie. En outre, les réseaux de capteurs sont parfois déployés dans les zones difficiles d’accès ou dans des environnements hostiles dans lesquels le placement des capteurs peut être considéré comme aléatoire (c’est le cas par exemple lorsque les capteurs sont largués d’un avion ou d’un hélicoptère). Ainsi, l’emplacement des capteurs n’est pas connu a priori et les approches pour utiliser efficacement l’énergie sont nécessaires. Cette thèse explore l’utilisation de la génération colonnes pour optimiser l’utilisation de l’énergie dans les réseaux de capteurs sans fil. La génération de colonnes peut être vue comme un cadre général pour résoudre différents problèmes dans la conception et l’exploitation de ces réseaux. Plusieurs versions du problème et divers modèles sont proposés pour représenter leur fonctionnement,en utilisant notamment la génération de colonnes. Ces approches exploitent le caractère naturel de la génération de colonnes pour modéliser les différents aspects des réseaux de capteurs sans fil.Dans cette thèse, des contributions algorithmiques sont apportées afin de tirer le meilleur parti de la génération de colonnes au plan de l’efficacité computationnelle. Des stratégies hybrides combinant génération de colonnes et (méta)-heuristiques et donnant lieu à des méthodes exactes et approchées sont proposées et évaluées. Des tests numériques montrent l’efficacité des approches proposées et des bornes supérieures qui peuvent être employées pour évaluer l’efficacité des méthodes centralisées et distribuées. Enfin, des perspectives sont dégagées concernant les performances et la portabilité de la génération de colonnes pour aborder des problèmes plus réalistes et tenir compte des caractéristiques des réseaux de capteurs sans fil du futur. / Energy is a major concern in wireless sensor networks (WSN). These devices are typically battery operated and provided with a limited amount of energy. As a consequence, the time during which sensors can monitor the interesting phenomena and communicate through wireless signals might be limited because of (sometimes) irreplaceable batteries. Additionally, it is very common for WSN to be usedin remote or hostile environments which possibly makes necessary a random placement strategy (by using an airplane, a drone or a helicopter). Hence, the sensors location is not known a priori and approaches to efficiently use the energy are needed to answer to network topologies only known after sensors deployment. This thesis explores the use of column generation to efficiently use the energy in WSN. It is shown that column generation can be used as a general framework to tackle different problems in WSN design. Several versions of the problem and models for the operation of the WNS are adapted to be solved through column generation. These approaches take advantage of the natural way that column generation offers to consider different features of the WSN operation. Additionally, some computational improvements are proposed to keep the column generation method operating as an efficient exact approach. Hybrid strategies combining column generation with (meta)heuristic and exact approaches are considered and evaluated. The computational experiments demonstrate the efficiency of the proposed approaches and provide practitioners on WSN research with strategies to compute upper bounds to evaluate heuristic centralized and decentralized approaches. Finally, some future directions of research are provided based on the performance and adaptability of column generation to consider more sophisticated models and characteristics newly introduced in sensor devices.

L’interaction des phénomènes de transfert de chaleur et de masse dans un tissu urbain avec les apports anthropiques participent à l’îlot de chaleur urbain et à la dégradation de la performance énergétique des bâtiments. L’objectif de cette étude est de définir l’impact de la modification des propriétés radiatives aux façades des bâtiments qui peut être réalisée par l’utilisation de revêtements sélectifs colorés récemment développés pour les toitures. Les flux sensibles et l’impact sur les bâtiments sont étudiés pour une morphologie caractéristique des milieux urbains denses, la rue canyon. Un suivi expérimental mené sur des surfaces élémentaires de propriétés radiatives différentes nous a permis de développer par une méthode d’optimisation un procédé de détermination simultané du coefficient de convection et des absorptivités solaires effectives sur la période de mesure. L’utilisation de peintures sélectives dans la configuration canyon retenue est ensuite analysée expérimentalement. Pour cela une maquette (1/10ème) de scène urbaine a été conçue sur la base de 5 rangées de cuves de béton creux qui ont fait l’objet de mesures de températures et de flux radiatifs. Dans un premier temps, le traitement de deux mois de mesures a permis de caractériser les évolutions de champs de températures liés à cette forme urbaine. Par la suite, trois configurations de propriétés radiatives aux façades ont été étudiées simultanément et ont permis d’analyser les modifications spécifiques sur les champs de température, de sur-faces et d’air. Afin d’estimer les économies d’énergie réalisables sur un bâtiment réel ainsi que l’impact sur son environnement proche, une étude paramétrique des revêtements de façade et de la chaussée a été effectuée par des simulations de l’interaction du bâti et du micro-climat. Les méthodes et expériences établies dans cette étude nous permettent d’envisager le développement du traitement des façades et de la caractérisation de leurs performances globales. / Modified heat and mass transfer in the urban built and anthropogenic loads contribute to the urban heat island phenomenon as to the deterioration of building energy efficiency. The scope of this study is to define the impact implied by the modification of façade radiative properties that can be achieved by using selective cool-coloured coatings initially developed for roofing. Sensible heat transfers and consequences on building comfort are studied through a characteristic morphology from dense urban environment, the street canyon. Monitoring of surface energy budget on elementary discs of different radiative properties allowed us to develop, through optimisation method, a process to determine simultaneously the effective solar absorptivities and a convective heat transfer coefficient on the measurement period. The following step consists in an experimental analysis of cool selective paints in the chosen canyon configuration. A reduced-scale model (1/10th) of an urban scene has been designed with 5 rows of hollow concrete tanks that had temperatures and radiative fluxes monitored. Measured data for uniform coatings allowed highlighting the temperature evolution linked to the particular urban form. Afterwards, three façades radiative properties configurations have been studied simultaneously and allowed the analysis of those specific modifications on air and surface temperature fields. Lastly, in order to estimate energy consumption savings on real scale buildings as well as the impact on the near urban environment, a parametric study on coating of façades and roads has been performed through simulation taking into account interactive heat transfers between the built environment and the microclimate. The experiments and methods designed along the study permit to consider façade coating development and global efficiency characterization.

L'émergence et la croissance rapide des services multimédia dans les réseaux IP ont créé de nouveaux défis pour les fournisseurs de services réseau, qui, au-delà de la Qualité de Service (QoS) issue des paramètres techniques de leur réseau, doivent aussi garantir la meilleure qualité de perception utilisateur (Quality of Experience, QoE) dans des réseaux variés avec différentes technologies d'accès. Habituellement, différentes méthodes et techniques sont utilisées pour prédire le niveau de satisfaction de l'utilisateur, en analysant l'effet combiné de multiples facteurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la commande du réseau en intégrant à la fois des aspects qualitatifs (perception du niveau de satisfaction de l'usager) et quantitatifs (mesure de paramètres réseau) dans l'objectif de développer des mécanismes capables, à la fois, de s'adapter à la variabilité des mesures collectées et d'améliorer la qualité de perception. Pour ce faire, nous avons étudié le cas de deux services multimédia populaires, qui sont : le streaming vidéo, et la voix sur IP (VoIP). Nous investiguons la QoE utilisateur de ces services selon trois aspects : (1) les méthodologies d'évaluation subjective de la QoE, dans le cadre d'un service vidéo, (2) les techniques d'adaptation de flux vidéo pour garantir un certain niveau de QoE, et (3) les méthodes d'allocation de ressource, tenant compte de la QoE tout en économisant l'énergie, dans le cadre d'un service de VoIP (LTE-A). Nous présentons d'abord deux méthodes pour récolter des jeux de données relatifs à la QoE. Nous utilisons ensuite ces jeux de données (issus des campagnes d'évaluation subjective que nous avons menées) pour comprendre l'influence de différents paramètres (réseau, terminal, profil utilisateur) sur la perception d'un utilisateur d'un service vidéo. Nous proposons ensuite un algorithme de streaming vidéo adaptatif, implémenté dans un client HTTP, et dont le but est d'assurer un certain niveau de QoE et le comparons à l'état de l'art. Notre algorithme tient compte de trois paramètres de QoS (bande passante, taille de mémoires tampons de réception et taux de pertes de paquets) et sélectionne dynamiquement la qualité vidéo appropriée en fonction des conditions du réseau et des propriétés du terminal de l'utilisateur. Enfin, nous proposons QEPEM (QoE Power Efficient Method), un algorithme d'ordonnancement basé sur la QoE, dans le cadre d'un réseau sans fil LTE, en nous intéressant à une allocation dynamique des ressources radio en tenant compte de la consommation énergétique / The emerging and fast growth of multimedia services have created new challenges for network service providers in order to guarantee the best user's Quality of Experience (QoE) in diverse networks with distinctive access technologies. Usually, various methods and techniques are used to predict the user satisfaction level by studying the combined impact of numerous factors. In this thesis, we consider two important multimedia services to evaluate the user perception, which are: video streaming service, and VoIP. This study investigates user's QoE that follows three directions: (1) methodologies for subjective QoE assessment of video services, (2) regulating user's QoE using video a rate adaptive algorithm, and (3) QoE-based power efficient resource allocation methods for Long Term Evaluation-Advanced (LTE-A) for VoIP. Initially, we describe two subjective methods to collect the dataset for assessing the user's QoE. The subjectively collected dataset is used to investigate the influence of different parameters (e.g. QoS, video types, user profile, etc.) on user satisfaction while using the video services. Later, we propose a client-based HTTP rate adaptive video streaming algorithm over TCP protocol to regulate the user's QoE. The proposed method considers three Quality of Service (QoS) parameters that govern the user perception, which are: Bandwidth, Buffer, and dropped Frame rate (BBF). The BBF method dynamically selects the suitable video quality according to network conditions and user's device properties. Lastly, we propose a QoE driven downlink scheduling method, i.e. QoE Power Escient Method (QEPEM) for LTE-A. It esciently allocates the radio resources, and optimizes the use of User Equipment (UE) power utilizing the Discontinuous Reception (DRX) method in LTE-A

D’après Cisco, le trafic mobile de données augmentera d’un facteur 7 entre 2016 et 2021. Pour faire face à l’augmentation du trafic, les opérateurs mobile dimensionnent le réseau, ce qui s’accompagne d’une augmentation de sa consommation d’énergie et de son empreinte Carbonne. En outre, les marges financières des opérateurs baissent. Ainsi, le revenu global généré par le secteur des télécommunications a connu une baisse de 4% entre 2014 et 2015 d’après l’union internationale des télécommunications (UIT). Ces préoccupations ont suscité l’intérêt de la communauté scientifique pour la réduction de la consommation électrique des réseaux. Des études dans la littérature estiment l’énergie consommée par les services sur les équipements réseaux en se focalisant sur la consommation variable. La consommation énergétique d’un équipement réseau est composée d’une composante fixe et d’une composante variable. Dans cette thèse, nous partageons la responsabilité des catégories de service dans la consommation fixe du réseau en utilisant la valeur de Shapley. Dans un premier temps, nous considérons un réseau d’accès mobile et partageons la responsabilité des catégories de service qu’il fournit dans la consommation fixe. Nous définissons 5 catégories de service, à savoir, le «Streaming», le Web, le téléchargement, la voix et les autres services de données. En outre, nous traitons le cas de figure où certaines catégories de service sont obligatoires. Etant donné la complexité algorithmique de la valeur de Shapley, nous en proposons une forme approchée qui permet d’en réduire considérablement le temps de calcul. Ensuite, nous considérons le réseau de bout-en-bout, c’est-à-dire, l’accès mobile, l’accès fixe, la collecte, le coeur IP, le coeur mobile, les registres et les plateformes de service. Pour chaque segment, nous partageons la responsabilité des catégories de service dans la consommation fixe en appliquant notre modèle de partage basé sur la valeur de Shapley. L’analyse des résultats montre que le service «Streaming» consomme le plus d’énergie quel que soit le segment de réseau considéré, à l’exception des registres. Pour finir, nous traitons de la modélisation de l’efficacité énergétique des catégories de service. Dans un premier temps, nous calculons l’efficacité énergétique des catégories de service étant donné une station de base avec et sans «sleep mode». Ensuite, nous calculons l’efficacité énergétique des catégories de service étant donné un réseau d’accès mobile et considérant les cas avec et sans catégories de service obligatoires. Aussi étudions-nous les conditions pour ne pas détériorer l’efficacité énergétique du réseau au cours du temps en fonction des scénarios de dimensionnement / Internet traffic is growing exponentially. According to Cisco, mobile data traffic will increase sevenfold between 2016 and 2021, growing at a compound annual growth rate (CAGR) of 47%. In order to improve or keep up with users quality of experience (QoE), mobile carriers upgrade the network with additional equipment. As a consequence, the network carbon footprint increases over time, alongside with its energy consumption. In addition, mobile carriers margins are decreasing. Global telecommunication revenues declined by 4% between 2014 and 2015 based on the international telecommunication union (ITU) figures. These concerns fostered a great interest in the research community for reducing networks energy consumption. In this regard, many works in the literature investigate the energy consumed by services on network equipment for optimization purposes notably, focusing on the variable component of energy consumption. Energy consumption of a network equipment is composed of a variable and a fixed components. The variable component is consumed to serve traffic. The fixed component is consumed irrespective of traffic. In this thesis, our objective is to share the responsibility of service categories in the fixed energy consumption. To do so, we use the Shapley value. First, we consider a radio access network and share the responsibility of the service categories it delivers in the fixed energy consumption. The services are classified into five categories, namely, Streaming, Web, Download, Voice and other data services. In addition, we consider the case when some service categories are mandatory to be provided, such as Voice due to legal constraints for instance. Because the Shapley value has a huge computational complexity, we introduce closed-form expressions in order to significantly reduce it. Next, we consider the end-to-end network and all its segments, that is, the mobile access, the fixed access, the collect, the mobile core, the registers, the IP core and the service platforms. For each segment, we share the responsibility of the service categories in the fixed energy consumption with the Shapley-based model introduced in the preceding chapter. We find that Streaming is the service that consumes the most whatever the network segment, except for registers, as it represents the vast majority of Internet traffic. Eventually, we focus on the service categories energy efficiency. First, we consider a base station and compute the services energy efficiency for the cases with and without sleep mode. Then, we consider a radio access network and compute the services energy efficiency with and without a mandatory player. Moreover, we discuss the conditions to not deteriorate the network energy efficiency over time following different upgrade scenarios

La fibre optique demeure le support de transmission le plus utilisé, portant le trafic à une énergie par bit relativement faible. Cependant, à cause de l’absence de mémoire toutoptique pratique, la commutation de paquets est toujours exécutée électriquement. Les conversions Optiques Électriques Optiques (O-E-O) nécessaires font de la commutation l’un des domaines les plus consommateurs d’énergie. Ce problème est de plus en plus important spécialement avec la croissance exponentielle du trafic dans les réseaux optiques. Un défi majeur à prendre en considération dans la conception de futurs réseaux optiques est la restriction de leur consommation énergétique. De ce fait, dans le cadre de cette thèse, nous étudions un commutateur hybride opto-électronique qui consiste en une matrice de commutation optique complétée par une mémoire électronique partagée. L’analyse de performance prenant en compte différentes classes de service, distributions de paquets et méthodes de connectivité du commutateur (canaux WDMet/ou SDM), montre que, grâce aux stratégies de commutation établies, le commutateur hybride répond aux besoins de toutes les classes de service en termes de taux de perte de paquets, la charge durable du système et la latence. De plus, il réduit significativement les conversions O-E-O par rapport aux commutateurs électriques commercialisés, puisqu’ils n’auront lieu que pour les paquets mis en mémoire d’attente. Nous défendons que le commutateur de paquets hybride opto-électronique satisfait les exigences en qualité de service et pourrait être une solution prometteuse pour réduire la consommation d’énergie des réseaux optiques. / Most transmission systems are based on optical fibers, carrying the traffic at a relatively low energy per bit. However, due to the lack of mature optical buffers, packet switching is still performed electrically. The required Optical-Electrical-Optical (O-E-O) conversions make the switching one of the areas with the fastest-growing energy consumption. A major challenge that must be met in designing future optical networks is curbing their energy consumption. Therefore, within this thesis, we investigate a hybrid optoelectronic switch which consists of an optical switching matrix supplemented with a shared electronic buffer. Performance analysis taking into account different classes of service, packet classifications and switch connectivity methods (WDM and/or SDM channels), shows that, thanks to the established switching strategies, the hybrid switch satisfies the requirements of all the different classes of service in terms of Packet Loss Rate, sustainable system load and latency. Moreover, it significantly reduces the O-E-O conversions compared to commercial off-the-shelf electrical switches, since they occur only for buffered packets. We defend that the hybrid opto-electronic packet switch meets the requirements on quality of service and could be a promising solution to reduce the energy consumption of optical networks.

Si un concepteur, architecte ou ingénieur, veut concevoir un logement de basse consommation et le site du projet se trouve dans une région au climat froid, les réponses sont nombreuses et la littérature scientifique très abondante. Si le site de notre projet se situe en climat chaud, voir très chaud, le nombre de méthodes simples pour concevoir une maison de basse consommation diminue drastiquement. La solution la plus habituelle des concepteurs non initiés à la basse consommation est de faire appel à un ingénieur d’un bureau d’études énergétiques, qui saura proposer des simulations à partir d’un modèle thermique-dynamique et anticiper la consommation du modèle. La mission d’un bureau d’études a un certain coût, et ses services ne peuvent pas être accessibles à tous les projets. Ainsi, des milliers d’architectes en climat chaud proposent des projets inspirés des références lointaines ou des réalisations non adaptées sans les conseils d’un spécialiste de l’énergie du bâtiment. Ces projets, très énergivores, continuent à croître sans cesse. Pour tous ces concepteurs des projets de taille modeste nous proposons dans cette étude une méthode facile, efficace et accessible à tous permettant de prendre conscience des enjeux bioclimatiques et les options architecturales qui existent pour réussir un projet de basse consommation, puis de le défendre auprès de ses commanditaires. En nous appuyant sur les informations en ligne accessibles à tous, nous proposons une méthode basée sur l’utilisation des degrés-jour de refroidissement et de chauffage. Une série de simulations robustes sur un modèle thermique dynamique générique fourni des résultats qui pourront être interprétables par les concepteurs et projetés sur leurs propres conceptions.La première partie de ce document analyse la construction et la culture en climat chaud: méthodes de classification climatique, les phénomènes physiques les plus significatifs en lien avec la basse consommation,et les notions de confort et température ressentie. En suite, nous proposons un outil d’aide à la conception : la Méthode des Saisons Climatiques, une méthode basée sur un concept très simple : l’ouverture ou fermeture de la maison à l’extérieur en fonction des conditions extérieures quantifiée par les degrés-jour du site. Elle permet de faire une classification climatique du site très orientée vers la conception bioclimatique. Elle base le classement d’un site selon des journées types, S1 à S6, selon jour/nuit froid/froide, tempéré/froide, tempéré/tempérée, chaud/froide, chaud/tempérée et chaud/chaude respectivement. Cette nouvelle classification peu ts’appliquer à tous les climats de la Planète. Une période de l’année continue avec une même journée type donne lieu a une Saison Climatique. Chaque Saison climatique aura des spécificités architecturales propres,et parfois contradictoires entre deux saisons climatiques différentes. L’objectif est de trouver la combinaison architecturale la plus efficace pour une période annuelle complète.Des modélisations Energy+ seront faites pour ces 6 journées types ainsi que pour une période annuelle dans une ville au climat très chaud : Dubaï. Des actions architecturales sont évaluées avec un modèle thermique dynamique.Les actions architecturales seront classées par efficacité énergétique et par temps de retour surinvestissement . Deux maisons idéales par journée type seront proposées : la maison la plus performante et la maison la plus rentable. Une méthode de combinaison d’actions architecturales permettra de trouver une combinaison cohérente d’actions en fonction du climat annuel d’un site. Ensuite nous proposerons les caractéristiques communes, un socle commun, de la maison en climat très chaud de la région du Moyen Orient. / The last 25 years have been ground-breaking in architectural design on low energy consumption in cold climate, mainly in north-western cultures. For an architect today, the method to design a passive house in cold weather and the choice of the Architectural Actions (AA), are clearly established. When the question comes to how to build a passive house in warmer, hot, and very hot climates, the strategies arepoor and often results of a combination of western strategies with a local relook. From several visits in MiddleEast countries, Saudi Arabia, UAE, Oman, Palestine, Qatar, we concluded that the strategy for low consumption houses is not established yet and poorly grasped. The lack of training on low energy consumption in hot climate and the low price of energy, force designers and owners to rely on over usage of air-conditioning systems as measures to catch up on poor bioclimatic design. This method proposes a new approach on bioclimatic designfor hot climates from an architect point of view. It is based on a Cooling Degrees Days (CDD) and Heating Degrees Days (HDD) approach, a state of art of contemporary architecture and professional experience. Localclimates are classified according to the energy-hunger of six situations of the exterior temperature during night/day : cold/cold, cold/cool, cool/warm, cold/hot, cool/hot, and hot/hot as CDD and HDD of the twelve month ofthe year. A group of days on one of those situations will be called “climatic season”. In parallel we will create two main “climatic situations”: people keep the house closed to the exterior or opened to the exterior. We will associate passive strategies to these two differents ways to live in the house: “cold” and “hot” to a closed houseand “cool” and “warm” to a house opened up to the exterior. This method allows classifying any climate in theworld under these six climatic seasons. Our climate classification can now be associated to different strategies that we will call “architectural actions” as house is closed or opened. We could already start to design a house from here, but to better understand the influence of each action we have created an Energy+ model to analyze individually the effect of a single AA. The performance of each action is evaluated under the situations of six representative journeys as well as a year round on a very hot city: Dubai. The result of the effect good or badof action during each different season situation allows us to create the best combination of AA that are best fora year round climate resulting of the combination of several climatic seasons. This low-tech method will help usto find the common features of the houses of different hot climates of a big region and find the best typology. We have carried in parallel a cost study of the base house and the financial incidence of each single action to evaluate also the payback period by action.

Le secteur du bâtiment participe à hauteur de plus de 50% de la consommation d’énergie à l’échelle mondiale. Cette consommation ne cesse d’augmenter depuis ces trente dernières années. L’impact environnemental de la consommation d’énergie au niveau de ce secteur est en évolution permanente malgré les recommandations prises durant les COP. Ces constatations sont valables pour la France métropolitaine et aussi pour le cas de Madagascar. Au-delà de la maitrise de la consommation d’énergie, en phase de fonctionnement d’un espace bâti, nous devons également prendre en compte les impacts environnementaux de la phase de construction notamment en ce qui concerne les indicateurs de changement climatique, des maitrises de ressources et de la pollution. Cette thèse s’articule autour de trois concepts. En premier lieu, il s’agit de l’analyse des flux matière autour de leurs caractéristiques techniques et de leurs impacts environnementaux et économiques lors de la construction de l’espace bâti. Dans un second temps, notre analyse se focalise sur l’analyse de flux d’énergie en vue de connaitre la signature énergétique et environnementale du fonctionnement de l’espace bâti et de la mise en œuvre d’un fichier horaire traduisant les caractéristiques de la consommation d’énergie (Profil de consommation journalier et annuel). En dernier lieu, nous abordons également la problématique du pilotage de la distribution de l’énergie électrique dans un espace bâti en vue de dimensionner un système de production d’EnR et un système de stockage et de lisser la courbe de consommation au niveau du réseau de distribution. / The building sector accounts for more than 50% of global energy consumption. This consumption has been increasing steadily over the last thirty years. The environmental impact of energy consumption in this sector is constantly changing despite the recommendations made during the COPs. These findings are valid for metropolitan France and also for Madagascar. Beyond the control of energy consumption, during the operating phase of a built space, we must also take into account the environmental impacts of the construction phase, particularly with regard to climate change indicators, resource management and pollution. This thesis is based on three concepts. First, it is about the analysis of material flows around their technical characteristics and their environmental and economic impacts during the construction of the built space. In a second step, our analysis focuses on the analysis of energy flows in order to know the energy and environmental signature of the functioning of the built space and the implementation of a time file reflecting the characteristics of energy consumption (Daily and annual consumption profile). Finally, we also discuss the problem of managing the distribution of electrical energy in a built-up area in order to size an renewable energy production system and a storage system and to smooth the consumption curve at the level of the distribution network.

Face à l'augmentation du prix du carburant et des exigences légales rigoureuses sur les émissions de gaz à effet de serre ces dernières années, les fabricants de camions doivent s'interroger davantage sur les nouvelles mesures techniques pour être plus compétitifs sur le marché. Dans ce contexte, l'électromobilité est l'une des approches les plus prometteuses pour répondre aux exigences ci-dessus, où sa solution principale est l'hybridation électrique du groupe motopropulseur. Parallèlement à cette solution, une autre solution technique de l'électromobilité, l'électrification auxiliaire qui apparaît récemment, devient aussi une solution attrayante non seulement pour le milieu universitaire, mais aussi pour les entreprises de l'automobile. Cependant, l'intégration de ces deux solutions dans un véhicule peut donner lieu à un problème de commande du système beaucoup plus compliqué, notamment en terme de gestion de l'énergie. L'objectif de ce travail est de concevoir une approche appropriée pour la conception de la commande auxiliaire électrifiée, qui peut gérer d'une part la stratégie de commande du groupe motopropulseur hybride électrique et, d'autre part, améliorer l'efficacité énergétique globale du véhicule. Tout d'abord, le travail se concentre sur un seul auxiliaire électrifié typique - le système d'alimentation en air. Pour ce cas simple, la modélisation et le contrôle à base d'énergie basés sur le contrôle prédictif (MPC) sont développés afin de minimiser la consommation d'énergie / l'efficacité de cet auxiliaire le long d'un cycle de conduite. En soulignant les difficultés à atteindre l'objectif en matière d'efficacité énergétique en considérant uniquement des unités auxiliaires, l'approche se concentre ensuite sur l'analyse d'impact du système auxiliaire sur l'efficacité énergétique globale du véhicule. La première étape de cette analyse propose une méthode générale pour simplifier le contrôleur de groupe motopropulseur de HEV / PHEVs. Ensuite, une méthode basée sur l'optimisation est présentée et appliquée sur un modèle de véhicule simplifié, qui contient le contrôleur de groupe motopropulseur simple obtenu à partir de l'étape ci-dessus. Cette méthode d'optimisation, qui est un contrôle en mode hors connexion et basée sur la méthode de programmation dynamique, permet de déterminer l'économie d'énergie maximale réalisable du véhicule lors de l'application d'une stratégie de contrôle avancée sur le système auxiliaire électrifié. De plus, certaines idées / règles pour concevoir le contrôle auxiliaire sont également tirées des résultats obtenus avec la méthode ci-dessus. Pour une mise en oeuvre en ligne de ces concepts, un contrôle multi-agent est finalement adopté pour la commande du système auxiliaire électrifié (EAS). Sur la base des résultats de l'étape d'analyse d'impact et d'un modèle simple de l'EAS, trois paramètres de contrôle pour l'EAS (centralisé, hiérarchisé et distribué) sont étudiés et discutés. Enfin, différents algorithmes pour ces paramètres de contrôle sont fournis, puis comparés pour indiquer les avantages et les limites de chaque algorithme. / Facing to the increase of fuel price and stringent legal requirements on the greenhouse gas emission in recent years, truck manufacturers have to investi-gate more on new technical measures to be more competitive on the market. Within this context, electromobility rises as one of the most promising approaches to answer to above requirements, where its principle solution is the electric hybridization of powertrain. In parallel with this solution, another technical solution of electromobility- the auxiliary electrification that appears recently becomes also an attractive solution for not only the academic community but also the automotive companies. However, the integration of these two solutions together in a vehicle can give rise to a much more complicated system control problem, especially in term of energy management. The objective of this work is to figure out an appropriate approach for designing the electrified auxiliary control, which can cope with the control strategy of the electric hybrid powertrain on one hand, and can improve the overall energy efficiency of the vehicle on the other hand. Firstly, the work focuses on only one typical electrified auxiliary- the air supply system. For this simple case, energy-based modeling and control based on predictive control (MPC) are developed in order to minimize the energy consumption/efficiency of this auxiliary along a driving cycle. By pointing out the difficulties for reaching the target on the energy efficiency when considering only auxiliary units, the approach focuses then on the impact analysis of the auxiliary system on the overall vehicle‘s energy efficiency. The first step of this analysis proposes a general method to simplify the powertrain controller of HEV/PHEVs. Then, an optimization-based method is presented and applied on a simplified vehicle model, which contains the simple powertrain controller obtained from the above step. This optimization method, which is an offline con-trol and based on the dynamic programming method, allows us to determine the maximal achievable energy saving of the vehicle when applying an advanced control strategy on the electrified auxiliary system. Additionally, some ideas/rules for designing the auxiliary control are drawn as well from the results obtained with the above method. Toward an online implementation of these concepts, a multi-agent based control is finally adopted for controlling the electrified auxiliary system (EAS). Based on the results of the impact analysis step and a simple model of the EAS, three control settings for the EAS (centralized, hierarchical, and distributed) are studied and discussed. Finally, different algorithms for these control settings are provided, and then compared to point out the advantages and limitations of each algorithm.

Limiter les émissions de dioxyde de carbone (CO2) est devenu un enjeu d’envergure internationale, notamment pour les industries des secteurs énergétique, chimique et métallurgique. À cette fin, des technologies de captage de CO2 ont été développées durant ces dernières décennies. Dans cette étude, nous nous intéressons à trois types de technologies de captage de CO2 : par absorption chimique à la MEA, par séparation membranaire et par adsorption sur charbon actif. Le CO2 considéré est émis par une centrale à charbon puis directement valorisé au sein d’un procédé de fabrication sur le même site. L’objectif de cette étude est de quantifier les bénéfices environnementaux de l’installation d’une technologie de captage de CO2, en comparaison à la configuration actuelle, sans captage du CO2. Notre approche associe modélisation systémique des procédés et analyse de cycle de vie (ACV). La méthodologie adoptée consiste à modéliser le système complet (la centrale, le procédé de fabrication et les différentes unités de captage) en utilisant un logiciel de diagrammes de flux (Aspen Plus), puis à déterminer les impacts environnementaux par une ACV. Les résultats montrent que le procédé par adsorption chimique à la MEA est fortement pénalisé par l’utilisation du solvant, tant en ce qui concerne la consommation énergétique que les impacts environnementaux. Le procédé membranaire montre des impacts environnementaux importants, malgré une consommation énergétique bien plus faible, en raison de l’utilisation massive de polymères (matériaux membranaires). Enfin, le procédé par adsorption au charbon actif présente des impacts environnementaux moins élevés que les deux autres procédés dans la grande majorité des catégories d’impact. / Limiting carbon dioxide (CO2) emissions is a major global issue, particularly for the energy, chemical and metallurgical industries. To this end, CO2 capture technologies have been developed in recent decades. In this study, we focused on three types of CO2 capture technologies: chemical absorption by MEA, membrane separation and activated carbon adsorption. The CO2 considered is emitted by a coal-fired power station and then directly valorized within a manufacturing process on the same site. The objective of this study was to quantify the environmental benefits of installing a CO2 capture technology in comparison to the current configuration, without CO2 capture. Our approach combined process modeling and life cycle assessment. The methodology adopted was to model the complete system (the power plant, the manufacturing process and the various capture units) using a flowsheeting software (Aspen Plus), then to determine the environmental impacts by LCA. The results show that the MEA chemical adsorption process is strongly penalized by the use of the solvent, both regarding the energy consumption and the environmental impacts. The membrane process exhibits significant environmental impacts, despite a much lower energy consumption, due to the massive use of polymers (membrane materials). Finally, the activated carbon adsorption process has lower environmental impacts than the other two processes in the vast majority of impact categories.