De nos jours, des efforts majeurs pour la conception de systèmes sur puces performants et efficaces énergétiquement sont en cours. Le déclin de la loi de Moore au début du XX e siècle a poussé les concepteurs à augmenter le nombre de cœurs par processeur pour continuer d’améliorer les performances. En conséquence, la surface de silicium occupée par les mémoires caches a augmentée. La finesse de gravure toujours plus petite a également fait augmenter le courant de fuite des transistors CMOS. Ainsi, la consommation énergétique des mémoires occupe une part de plus en plus importante dans la consommation globale des puces. Pour diminuer cette consommation, de nouvelles technologies de mémoires émergent depuis une dizaine d’années : les mémoires non volatiles (NVM). Ces mémoires ont la particularité d’avoir un courant de fuite très faible comparé aux technologies CMOS classiques. De fait, leur utilisation dans une architecture permettrait de diminuer la consommation globale de la hiérarchie de caches. Cependant, ces technologies souffrent de latences d’accès plus élevées que la SRAM, de coûts énergétiques d’accès plus importants et d’une durée de vie limitée. Leur intégration à des systèmes sur puces nécessite de continuer à rechercher des solutions. Cette thèse cherche à évaluer l’impact d’un changement de technologie dans la hiérarchie de caches.Plus spécifiquement, elle s’intéresse au cache de dernier niveau (LLC) et la technologie non volatile considérée est la STT-MRAM. Nos travaux adoptent un point de vue architectural dans lequel une modification de la technologie n’est pas retenue. Nous cherchons alors à intégrer les caractéristiques différentes de la STT-MRAM lors de la conception de la hiérarchie mémoire. Une première étude a permis de mettre en place un cadre d’exploration architectural pour des systèmes contenant des mémoires émergentes. Une seconde étude sur les optimisations architecturales au niveau du LLC a été menée pour identifier quelles sont les opportunités d’intégration de la STT-MRAM. Le but est d’améliorer l’efficacité énergétique tout en atténuant les pénalités d’accès dues aux fortes latences de cette technologie. / Today, intensive efforts to design energy-efficient and high-performance systems-on-chip (SoCs) are underway. Moore’s end in the early 20 th century pushed designers to increase the number of core per processor to continue to improve the performance. As a result, the silicon area occupied by cache memories has increased. The ever smaller technology node also increased the leakage current of CMOS transistors. Thus, the energy consumption of memories represents an increasingly important part in the overall consumption of chips.To reduce this energy consumption, new memory technologies have emerged overthe past decade : non-volatile memories (NVM). These memories have the particularity of having a very low leakage current compared to conventional CMOS technologies. In fact, their use in an architecture would reduce the overall consumption of the cache hierarchy. However, these technologies sufferfrom higher access latencies than SRAM, higher access energy costs and limitedlifetime. Their integration into SoCs requires a continuous research effort.This thesis work aims to evaluate the impact of a change in technology in the cache hierarchy. More specifically, we are interested in the Last-Level Cache(LLC) and we consider the STT-MRAM technology. Our work adopts an architectural point of view in which a modification of the technology is not retained. Then,we try to integrate the different characteristics of the STT-MRAM atarchitectural level when designing the memory hierarchy. A first study set upan architectural exploration framework for systems containing emerging memories. A second study on architectural optimizations at LLC was conducted toidentify opportunities for the integration of STT-MRAM. The goal is to improve energy efficiency while reducing access penalties due to the high latency ofthis technology.

La thèse a permis de formaliser des méthodologies pour identifier et quantifier des économies d'énergie dans le domaine de la climatisation à eau glacée. Une démarche est proposée pour permettre d'établir un référentiel d'options d'amélioration. Cette démarche repose sur l'analyse des facteurs d'inefficacité du système pendant une partie de son cycle de vie (conception, installation, exploitation et maintenance). Par ailleurs, l'analyse des méthodes d'identification montre que celles-ci doivent être utilisées d'une façon complémentaire pour obtenir des résultats de qualité. L'analyse des méthodes d'évaluation montre qu'elles peuvent être utilisées pour le développement structurel d'un service énergétique. Une analyse plus approfondie, en fonction des coûts humains et techniques et de la disponibilité des informations, permet de proposer une sélection de modèles. Ces modèles permettent d'élaborer des outils d'évaluation pour chacune des étapes du travail d'un inspecteur ou d'un auditeur. Les méthodologies et les modèles sont utilisés pour permettre l'identification des économies d'énergie relatives à l'amélioration de l'exploitation du réseau d'eau glacée. Certaines de ces options peuvent modifier les conditions d'ambiance intérieure, le confort devant alors être vérifié. Des procédures d'identification d'économies d'énergie sont ensuite proposées. Enfin, une analyse du mécanisme d'inspection réglementaire est effectuée. Les méthodologies sont utilisées pour augmenter la portée des conseils. L'évaluation quantitative proposée, rapide et peu coûteuse, prend en compte les spécificités du bâtiment et du système inspecté.

Cette thèse s'intéresse aux processus liés à la localisation et la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil (Wireless Sensor Networks WSN). Dans les WSN, Durant le processus global de localisation, les communications radio représentent la principale source de consommation d'énergie. Nous étudions trois formes de coopération entre les nœuds qui exploitent de manière différente les nombreuses transmissions radio. En particulier, le "Radio broadcasting" qui est souvent perçu comme un inconvénient dans WSN est utilisé dans les protocoles que nous proposons comme un élément clé pour améliorer la consommation d'énergie de la localisation. Nous étudions leurs conditions de convergence, leur vitesse de propagation et leur coût de communication avec des modèles de simulation. Nous montrons que l'implémentation qui utilise le "Over-hearing" -corollaire du broadcasting- dans une approche positive surpasse les deux autres protocoles en termes de vitesse de convergence et de coût de communication.

La multiplication des terminaux mobiles dans les réseaux domestiques indoor tels que les habitations, les locaux professionnels ou encore les gares et les aéroports, entraîne une demande de plus en plus exigeante en terme de débit et une consommation énergétique accrue. Si on considère l'énergie consommée par utilisateur lors d'une connexion internet sur l'ensemble du réseau (du réseau coeur au terminal), plus de la moitié de l'énergie est consommée dans le réseau domestique. Pour limiter cette consommation énergétique domestique, tout en permettant une augmentation des débits, un système à antennes distribuées (DAS) utilisant des liens radio-sur-fibre est étudié dans cette thèse. Un premier objectif est de modéliser l'efficacité énergétique de cette architecture, définie comme étant le rapport de la puissance totale sur le débit effectif de transmission, de la calculer, puis de la comparer à celle d'un système mono-antenne. Les résultats de simulations, basés, à la fois sur la mesure expérimentale de la consommation de puissance dans des réseaux Wi-Fi, et une modélisation de la consommation des liens radio-sur-fibre permettent de montrer qu'un DAS peut être jusqu'à trois fois plus efficace énergétiquement qu'un système conventionnel en considérant une même puissance totale rayonnée. Ensuite, afin de déployer un système à antennes distribuées dans un espace indoor donné, une méthode est proposée pour optimiser l'efficacité énergétique. Elle permet à partir de la probabilité de présence des terminaux dans l'espace considéré, de déterminer le nombre optimal d'antennes distribuées ainsi que la puissance totale rayonnée. Cette thèse propose enfin des algorithmes de mise en veille d'équipement domestique et de désactivation des antennes distribuées en l'absence de connexion. Ces algorithmes complètent la modélisation précédente et peuvent permettre de réduire de plus de 45% la consommation énergétique d'un réseau domestique ayant une activité journalière de 8h.

L'objectif de ce mémoire est d'approfondir les connaissances sur les mécanismes de prises de décision en lien avec les rénovations éconergétiques résidentielles au Québec et d'en élaborer un modèle conceptuel à travers une démarche exploratoire. Les mécanismes décisionnels des différents acteurs, les mécanismes de fonctionnement des subventions et les mécanismes informationnels sont complexes et mettent en importance leurs mises en perspective dans le domaine des rénovations éconergétiques, notamment en ce qui a trait aux bâtiments résidentiels. Notre hypothèse de base fut d'abord que les subventions ne sont pas la solution la plus appropriée pour faire la promotion des rénovations éconergétiques résidentielles. Pour faire le tour de la question, nous avons entrepris une démarche de recherche afin de mieux comprendre les différents mécanismes qui orientent la prise de décision des propriétaires à faire des rénovations éconergétiques. Les principaux résultats de ce mémoire indiquent que les propriétaires plus « verts » ont plus de chance de procéder à des rénovations éconergétiques, alors que les propriétaires moins verts manifestaient peu d'intérêt sur ce type de rénovations. À travers l'intégration de divers acteurs en lien avec les rénovations éconergétiques, nous avons proposé un modèle conceptuel décrivant mieux la réalité actuelle de ce phénomène. Finalement, nous avons également pris la liberté de faire quelques recommandations, espérant qu'elles participeront à l'augmentation du nombre de rénovations éconergétiques résidentielles. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : rénovation résidentielle éconergétique, prise de décision, subvention, acteurs, mécanismes décisionnels

Les services d'efficacité énergétique sont en forte croissance en Europe mais leur rôle est encore limité. Afin d'évaluer leur potentiel futur en termes d'économies, nous étudions d'abord les mécanismes politiques, économiques et environnementaux ayant soutenu leur développement. Le marché des énergies de réseau presque totalement libéralisé est donc analysé et comparé à la situation antérieure. En introduisant l'incertitude dans les prix, cette nouvelle donne sensibilise davantage les utilisateurs au coût réel de l'énergie. Pour les clients qui en profitent, les « contrats de performance énergétique » limitent l'impact de ces incertitudes en garantissant financièrement un résultat. En modélisant ces contrats, d'exploitation/maintenance notamment, nous prouvons qu'ils transfèrent également les risques technique et financier vers le prestataire facilitant la réalisation des économies potentielles. Ces contrats sont relativement fréquents en matière de chauffage ou d'air comprimé mais quasiment inexistants en climatisation. Garantir sur le long terme le rendement énergétique en climatisation requiert des méthodes permettant (1) de maîtriser le process et ses performances et (2) de chiffrer précisément le potentiel et ses coûts d'obtention. Un audit énergétique est donc inévitable, pour lequel nous proposons une procédure. Les conclusions des audits menés montrent que ce potentiel se trouve principalement au niveau de la régulation et de la gestion des appareils. Ces optimisations ne sont pas toujours mises en oeuvre par manque d'incitation contractuelle et par la faiblesse des procédures d'audit. Par l'intervention d'un expert indépendant, la future inspection périodique et obligatoire des installations de climatisation doit permettre de contrôler et de limiter ces pratiques. Une méthode d'analyse en trois étapes est donc conçue pour maximiser le potentiel de cette mesure et pour pouvoir tirer pleinement profit de ce type de contrats.

En utilisant les données des comptes industriels canadiens et en construisant une base de données sur les politiques gouvernementales existantes, nous évaluerons l'impact des politiques énergétiques et environnementales sur la consommation d'énergie et sur l'émission de polluants d'origine industrielle. Nous estimerons économétriquement la demande d'énergie par type d'énergie (pétrole, électricité, mazout et autres) ainsi que la production de pollution en conformité avec la théorie économique de façon à quantifier l'impact des décisions gouvernementales en matière énergétique et environnementale pour chacun des secteurs industriels et pour chacune des provinces canadiennes. Nos résultats indiquent que les politiques n'ont aucun impact sur plusieurs secteurs de l'activité économique et que pour les autres cet impact est mineur voire négligeable. Par contre, la politique représentant une partie des budgets attribué au CRSNG, semble être en mesure de stimuler la consommation des divers ressources énergétiques et autres inputs. De plus, cette politique et la politique environnementale restreignent légèrement les émissions de GES du secteur d'hébergement et de service de restauration, par contre, ces mêmes politiques ont plutôt tendance à augmenter les émissions de polluant et la production des secteurs de la construction et de la fabrication. ______________________________________________________________________________

Les grands espaces fermés (amphithéâtres, supermarchés, gymnases et piscines) jouent un rôle essentiel dans l'économie et la société canadienne mais n'assurent pas nécessairement le confort thermique et la bonne qualité de l'air intérieur. En outre, leur consommation énergétique demeure très élevée. Plus spécifiquement, les piscines intérieures présentent certaines particularités telles qu'une humidité relative élevée, une température contrôlée de l'eau et une condensation possible sur les parois ce qui rend la tâche d'assurer le confort des baigneurs encore plus difficile. Rares sont les études réalisées pour ce type de bâtiment malgré l'existence de pistes d'optimisation de la consommation énergétique et l'amélioration de la qualité d'air intérieur. Dans cette optique, ce mémoire présente une étude thermo-aéraulique réalisée sur la piscine intérieure de l'Université Bishop's (Sherbrooke, Canada). La simulation numérique a été effectuée en utilisant le logiciel TRNSYS. L'approche adoptée pour la modélisation est la méthode zonale qui découpe l'espace de travail étudié en plusieurs zones fictives tout en calculant les caractéristiques thermo-aérauliques (température, pression, nombre de changement d'air par heure). D'autre part, une validation expérimentale en situations réelles est mise en oeuvre au sein de cette piscine moyennant un dispositif expérimental spécifique. Ce dernier a été conçu spécialement pour s'adapter aux caractéristiques du milieu (hauteur du bâtiment, présence de l'eau et forte humidité) afin de mesurer la température, la pression et la vitesse de l'air dans plusieurs endroits significatifs de la piscine. Cette étude développe un outil de calcul capable de prédire les températures de différentes zones thermiques et des surfaces de l'enveloppe du bâtiment d'une part et de calculer le débit massique de l'air entre les zones ainsi que le nombre de changement d'air par heure pour en déduire le confort thermique des occupants d'autre part. De plus, elle fournit une base de données des mesures extensives de température, humidité relative et de vitesse de l'air prises à l'été 2012 qui ont permis de valider les simulations numériques réalisées. Enfin, une étude paramétrique a été menée pour savoir l'effet de la modification de certains paramètres tel que les caractéristiques des systèmes de ventilation et chauffage sur la consommation énergétique du bâtiment et le confort thermique des occupants. Par conséquent, des recommandations ont été proposées. Les résultats ainsi obtenus permettront aux industriels d'améliorer les performances énergétiques des piscines intérieures et donneront des solutions constructives pour les concepteurs de ce type de bâtiment.

Au Québec, les alumineries sont de grandes consommatrices d’énergie électrique, soit près de 14% de la puissance installée d’Hydro-Québec. Dans ce contexte, des petits gains en efficacité énergétique des cuves d’électrolyse pourraient avoir un impact important sur la réduction globale de la consommation d’électricité. Le projet de maîtrise décrit dans cette étude répond à la problématique suivante : comment l’optimisation de la géométrie d’un bloc cathodique en vue d’uniformiser la densité de courant peut augmenter l’efficacité énergétique et la durée de vie de la cuve d’aluminium? Le but premier du projet est de modifier la géométrie en vue d’améliorer le comportement thermoélectrique des blocs cathodiques et d’accroître par le fait même l’efficacité énergétique du procédé de production d’aluminium. La mauvaise distribution de la densité de courant dans la cuve est responsable de certains problèmes énergétiques ayant des impacts négatifs sur l’économie et l’environnement. Cette non-uniformité de la distribution du courant induit une usure prématurée de la surface de la cathode et contribue à réduire la stabilité magnétohydrodynamique de la nappe de métal liquide. Afin de quantifier les impacts que peut avoir l’uniformisation de la densité de courant à travers le bloc cathodique, un modèle d’un bloc cathodique d’une cuve de la technologie AP-30 a été conçu et analysé par éléments finis. À partir de son comportement thermoélectrique et de données expérimentales d’une cuve AP-30 tirées de la littérature, une corrélation entre le profil de densité de courant à la surface du bloc et le taux d’érosion local au même endroit a été créée. Cette relation correspond au modèle prédictif de la durée de vie de tout bloc du même matériau à partir de son profil de densité de courant. Ensuite, une programmation a été faite incorporant dans une même fonction coût les impacts économiques de la durée de vie, de la chute de voltage cathodique et de l’utilisation de nouveaux matériaux. Ceci a permis d’évaluer les bénéfices faits à partir d’un bloc modifié par rapport au bloc de référence. Plusieurs paramètres géométriques du bloc sont variables sur un domaine réaliste et l’intégration d’un composant en matériau plus conducteur y a également été étudiée. Utilisant des outils mathématiques d’optimisation, un design de bloc optimal a pu être trouvé. Les résultats démontrent qu’il est possible de générer des économies à partir de la modification du bloc. Il est également prouvé que l’uniformisation de la densité de courant à travers le bloc peut apporter de grands avantages économiques et environnementaux dans le procédé d’électrolyse de l’aluminium. Les résultats de cette étude serviront d’arguments pour les chercheurs dans l’industrie à savoir s’il vaut la peine d’investir ou non dans la fabrication d’un prototype expérimental souvent très coûteux.

L'étude et la compréhension du comportement des flammes de diffusion sont nécessaires et ceci à cause de leur présence dans diverses applications industrielles. Dans la présente étude, cette flamme de diffusion laminaire est issue d'un jet circulaire de méthane et d'un jet coaxial d'air. Deux moyens sont proposés afin d'influencer cette flamme: l'application d'un champ magnétique non-homogène et l'enrichissement du jet d'air coaxial en oxygène. L'effet de ces deux facteurs est étudié au niveau des caractéristiques de la flamme hauteur de décrochage ou lift et la longueur de la flamme), son comportement, sa stabilité et les instabilités d'écoulement en amont de la flamme, de front de flamme et de sommet de la flamme (flickering). L'effet du champ magnétique dépend du signe de son gradient, et cet effet est dû à la génération d'une force magnétique et de la modification des courants de convection. L'enrichissement de l'air en oxygène a un effet stabilisant sur la flamme, une meilleure efficacité énergétique est remarquée. Le champ magnétique et l'enrichissement en oxygène modifient l'amplitude et la fréquence des instabilités évoquées. Un avantage majeur de ces moyens de contrôle pourrait être une stabilisation de la flamme décrochée a la sortie du brûleur.