Le traitement des effluents et eaux usées par bioréacteurs à membranes immergées (BAMI) permet d'obtenir une haute qualité de perméat par une dégradation biologique et une séparation physique. Néanmoins, le procédé de filtration est limité par l'influence de facteurs très complexes, en particulier le colmatage de la membrane. Le but du travail est de développer des modèles dynamiques et de simuler le procédé de filtration dans les BAMI. Le développement et la simulation des modèles ont été ciblés sur la description des rapports existants entre les variables les plus importantes du système, comme la pression transmembranaire (PTM), les matières en suspension (MES), les substances polymériques extracellulaires (SPE) et l'influence sur l'évolution du colmatage d'une aération syncopée, injectée à la surface de membrane, et sa synchronisation avec une filtration intermittente. Le modèle et les études d'optimisation du système ont été validé par voie expérimentale. / This thesis studies a submerged membrane bioreactor (MBR) technology that is used to treat effluents. We present in detail the modeling of this process, the validation of developed models, and the results of simulation and optimization carried out with the above mentioned models. The new contributions to scientific knowledge of this work are the following: - A new dynamic model that integrates for such systems, many of the variables and the main phenomena occurring during the process of filtration in MBR wastewater treatment. That constitutes an original contribution to the analysis and development of this technology. – The simulation allows to achieve the quantification of the influence and effect of aeration on the process (membranes fouling) and the influence of the sequencing of the filtration and coarse bubbles aeration cycles. All that takes into account the behavior of biomass, the generation of exopolymeric substances and inlet characteristics. The results provided by the model are validated by comparison with experimental results. – An optimization of MBR operating conditions using the experimental design for simulation, is reported based on the results obtained using the developed models / En la presente tesis se reflejan los estudios realizados en un biorreactor con membrana sumergida, tecnología que se utiliza para el tratamiento de efluentes residuales. Se presentan de forma detallada la modelación de este proceso, la validación de los modelos desarrollados, así como los resultados de la simulación y optimización realizados con los modelos. Entre los nuevos aportes al conocimiento científico del trabajo se encuentran los siguientes: - Un nuevo modelo dinámico que integra por primera vez, para estos sistemas, muchas de las variables y los principales fenómenos que ocurren durante el proceso de filtración y tratamiento de las aguas residuales utilizando los BMS. Lo cual constituye un aporte novedoso para el análisis y desarrollo de esta tecnología. - Se logró por primera vez cuantificar mediante simulación la influencia y el efecto de la aireación sobre el proceso de colmatación de las membranas, así como la influencia de la sincronización de los ciclos de filtración y aireación de burbujas gruesas. Todo esto tomando en cuenta el comportamiento de la biomasa, la generación de sustancias colmatantes y las características de la alimentación. Se validaron los resultados que ofrece el modelo mediante la comparación con resultados experimentales. - Se reporta por primera vez la optimización de las condiciones operacionales de un sistema BMS utilizando el diseño de experimento para la simulación, partiendo de los resultados obtenidos utilizando los modelos desarrollados

L'introduction des énergies renouvelables intermittentes, la mise en place d'une réglementation thermique qui baisse les besoins de chauffage d'un facteur 5 à 10, entraîne une re-conception des moyens de chauffage intégrant efficacité énergétique et effacement d'équipements domestiques lors des heures de pointe. Cette thèse comporte l'étude et la conception d'une PAC intégrant un stockage thermique par chaleur latente dans son condenseur. Ce stock permettra un effacement d'au moins deux heures. Les besoins d'une maison basse consommation (BBC) ont été évalués ainsi que la quantité de chaleur à stocker afin d'assurer cet effacement. Une étude sur le phénomène de changement de phase et les MCP a été menée afin de sélectionner un matériau adapté à cette application. Le phénomène de changement de phase a été modélisé en régime dynamique. Quatre matériaux candidats ont été sélectionnés et analysés par colorimétrie différentielle (DSC) avec ajustement par méthode inverse. Plusieurs structures de l'échangeur stockeur ont été proposées, simulées et optimisées et deux ont été choisies et réalisées. Les deux échangeurs réalisés ont été testés seuls et intégrés dans un système de PAC. La dernière génération a donné des résultats très encourageants pour le développement d'une PAC à stockage efficace. Finalement, l'apport de stockage a été évalué en termes d'efficacité énergétique et d'émissions de CO2. Cette PAC présente une amélioration potentielle du COP saisonnier de 20 à 30 % comparativement à des PAC air/eau et air/air du fait de la gestion intelligente du stockage/déstockage d'énergie en faisant fonctionner la PAC pendant les heures les plus favorables de la journée et en évitant les cycles courts de fonctionnement correspondant aux besoins thermiques faibles. / The introduction of intermittent renewable energies, the implementation of a thermal regulation, which decreases heating needs of a factor between 5 and 10, causes a redesign of heating systems integrating energy efficiency and the cut-off of domestic equipments during peak hours. This thesis involves the study and design of a heat pump incorporating a latent thermal storage in its condenser. This storage will allow a cut-off during at least two hours. The heating needs of a low-energy consumption house (BBC) have been estimated as well as the heat amount to be stored so as to ensure such a cut-off. A study on the phase-change phenomenon and the PCM has been carried out in order to select suitable materials for this application. A dynamic model of the phase change was also developed. Four candidate materials were selected and analyzed by tuned Differential Scaning Calorimetry (DSC) with adjustment by the inverse method. Several storing-exchanger structures have been proposed, simulated, and optimized; two of them have been realized. Both heat exchangers have been tested alone and then integrated into a heat pump system. The final generation gave very promising results for the development of an efficient heat pump with storage. Finally, the heat storage effect has been evaluated in terms of energy efficiency and CO2 emissions. This heat pump presents potential improvement of the seasonal COP between 20% and 30% compared to air-to-water and air-to-air heat pumps because of the smart monitoring of the energy storage/delivery due to the heat pump operation during the most favorable hours of the day and by avoiding short cycles operation corresponding to low heating needs.