Le béton est un matériau dont le comportement n'a pas été totalement compris surtout dans des situations accidentelles spectaculaires: les incendies de tunnels. De nombreuses recherches ont été donc entreprises pour comprendre son comportement à hautes températures (allant jusqu'à les 800°C) surtout qu'il y a eu trois incendies de tunnels en Europe durant les dix dernières années provoquant un écaillage de structures en béton. Ce travail vise à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes de cet écaillage dans le béton chauffé. Par une première approche, on s'intéresse à l'étude de l'écaillage hydraulique provoqué par les pressions des fluides dans le béton considéré comme un milieu poreux. L'étude, basée sur un modèle thermo-hydro-chimique indéformable, porte plus particulièrement sur la formation d'un "bouchon" (zone quasi-saturée d'eau liquide) qui est à l'origine de l'augmentation importante des pressions de gaz qui se trouve "bloqué". Une approche analytique simplifiée et justifiée par un calcul numérique complet a permis de mettre en évidence l'existence d'une température de "saturation" qui peut nous renseigner sur la profondeur du "bouchon" majorant ainsi la profondeur de l'écaillage hydraulique. Par une deuxième approche basée sur un modèle de thermo-chimio-plasticité, on cherche à étudier l'écaillage mécanique. Le béton, considéré cette fois comme un milieu continu, est soumis à des contraintes de compression provoquées par la dilatation thermique empêchée. Sa rigidité et sa résistance sont aussi réduites sous l'effet de la déshydratation chimique des hydrates CSH à hautes températures. Le zone proche de la surface chauffée rentre en phase plastique. Un modèle analytique simplifié et justifié par un calcul numérique complet a permis de comprendre cet écaillage mécanique et de mettre en évidence l'existence d'une température de "plastification" qui peut nous renseigner sur la profondeur de la zone plastifiée majorant ainsi la profondeur de l'écaillage mécanique. Finalement, un modèle thermo-poro-élastique qui tient compte des transferts de chaleur et de masse ainsi que de la déformabilité du béton a permis de définir deux contraintes effectives: une contrainte de traction exercée par les fluides sur le squelette et qui caractérise donc l'écaillage hydraulique et une contrainte de compression conséquence de la dilatation thermique empêchée et qui caractérise donc l'écaillage mécanique. Un critère de plasticité a été utilisé pour voir la contribution de chacune des contraintes dans l'atteinte de la phase plastique ce qui peut nous renseigner sur le \poids" de chacun des deux mécanismes (hydraulique ou mécanique) dans le processus d'écaillage.

Waterhammer is an undesirable event, caused by sudden flow changes in a confined pipe system. When it occurs, its consequences can be very costly and even sometimes deadly. In general, it may be encountered in the penstocks of hydropower plants, water transmission lines, water networks, etc. Therefore, the operation guidelines of the hydropower plants should be defined correctly. In this thesis, waterhammer problems in pumped storage hydropower plants are investigated. Time dependent flow conditions in the penstocks are studied by the help of computer software, HAMMER. The software solves nonlinear differential equations by using method of characteristics. Firstly, hydraulic transients for various operational cases are investigated using some scenarios. Then a surge tank, protective device for waterhammer, is added to the system and for the same operational cases, hydraulic transients are studied again. Finally, the results obtained from the operation of the system with and without surge tank are compared. Wind-hydro hybrid systems are also included in the study.

Cette recherche multidisciplinaire présente un questionnement théorique sur la présence d'une dichotomie entre le citoyen et le consommateur dans les communications environnementales. L'analyse permet d'appliquer cette perspective au terrain de l'efficacité énergétique au Québec, dans un contexte lié à la modernisation écologique et à la primauté du concept de développement durable. La création d'un modèle d'analyse reliant à la fois la dichotomie citoyen-consommateur et les cadres forts et faibles de la modernisation écologique permet d'opérationnaliser les différents concepts. Ce modèle pourra être appliqué à d'autres analyses. En ayant recourt à l'analyse critique des discours contenus dans l'historique des enjeux énergétiques depuis la nationalisation (1963), l'analyse démontre la haute teneur politique des campagnes environnementales et d'efficacité énergétique d'Hydro-Québec. La politisation des enjeux énergétiques s'est articulée de manière parallèle à l'introduction de modifications discursives au sein de l'entreprise et du gouvernement ayant sensiblement modifié le rôle d'Hydro-Québec, par exemple avec l'introduction des concepts d'inter-financement et de division déficitaire. L'analyse se penche en outre sur les composants consuméristes et citoyens des deux récentes campagnes publicitaires de l'entreprise (2003-2009) tout en situant ces dernières dans le contexte sociopolitique de la dernière décennie. Le principal apport de cette recherche est de souligner le fait que le lien qui a longtemps uni les Québécois à Hydro-Québec s'effrite sous les modifications qu'a subies l'entreprise sous l'effet de l'idéologie néolibérale, telle que soutenue dans les politiques du gouvernement Bouchard jusqu'au gouvernement Charest. Alors que l'entreprise délaisse de plus en plus le citoyen-actionnaire pour orienter ses activités et sa rhétorique envers le consommateur, lieu est de constater que cette dynamique entraîne ce que nous appelons un processus de rupture/réconciliation. L'opposition grandissante face aux projets énergétiques résulterait ainsi de cette rupture avec le pacte social à la base de la création d'Hydro-Québec, ce qui mériterait une attention ultérieure dans un projet de recherche. Finalement, il semble à propos de réarticuler des orientations énergétiques en fonction non plus uniquement de décisions à caractère politique, mais surtout en se saisissant d'un propos - et d'un projet - écocitoyen. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : énergie, Hydro-Québec, rhétorique, modernisation écologique, analyse critique de discours, dichotomie citoyen/consommateur.

Environmental awareness and uncertainty about continued supply of fossil fuel has given rise to the renewable energy movement. Wind based power generation has been at the forefront of the motion to integrate distributed energy sources in the traditional power system. Due to various technical restrictions, wide scale penetration of wind generated power has been held back by most utilities. One such restriction is the variability of generation due to the technology’s dependence on Mother Nature. Energy storage devices can complement the wind generators by reducing this variability. These devices can store excess generation for supply during low generation periods. There are several promising technologies for both energy storage and power storage applications. Power storage devices provide short term fluctuation dampening capability while energy storage devices allow longer term storage. Pumped hydro, Vanadium Redox battery and Sodium-Sulphur battery are some of the viable energy storage technologies. This project provides a set of algorithms and guidelines to obtain the optimal configuration parameters of an energy storage device. To verify the efficiency of the algorithms, a model system has been obtained from a local utility. This system represents a typical radial distribution system in rural Ontario. The load demand, wind speed and energy prices for a period of one year have been obtained from utilities and Environment Canada. The main goal in determining the location of the storage device within a distribution system is to minimize the total cost of energy and the total energy loss during the period of analysis. Locating the storage device near the wind turbines or near the largest loads lead to the optimum results. Buses that are located near those elements can be considered as suitable locations for the storage device. The energy storage capacity and charge-discharge rate of the storage device are selected based on four criteria: maximize wind turbines’ load following capability, maximize capacity factors of the wind turbines, minimize system energy losses and minimize system energy costs. A weight based multi-objective optimization algorithm has been proposed to assign various priorities to these criteria and obtain a single solution. The larger the energy storage capacity of the storage device, the better the improvement in system performance. Lower charge-discharge ramp rates provide superior results. The parameters for storage device operating schedule, i.e. charge-discharge trigger levels, have been selected using similar criteria and weighted objective approach as for the capacity selection process. Higher charge trigger levels and moderate discharge trigger levels provide the optimum system performance. Once a set of parameters for the storage device has been selected, bus voltages over the period of study are analyzed. Voltage variations outside certain limits have been identified. Finally, a Monte Carlo based simulation approach is presented to obtain output parameter (system performance) variation ranges for pseudo random changes in input parameters.

Environmental awareness and uncertainty about continued supply of fossil fuel has given rise to the renewable energy movement. Wind based power generation has been at the forefront of the motion to integrate distributed energy sources in the traditional power system. Due to various technical restrictions, wide scale penetration of wind generated power has been held back by most utilities. One such restriction is the variability of generation due to the technology’s dependence on Mother Nature. Energy storage devices can complement the wind generators by reducing this variability. These devices can store excess generation for supply during low generation periods. There are several promising technologies for both energy storage and power storage applications. Power storage devices provide short term fluctuation dampening capability while energy storage devices allow longer term storage. Pumped hydro, Vanadium Redox battery and Sodium-Sulphur battery are some of the viable energy storage technologies. This project provides a set of algorithms and guidelines to obtain the optimal configuration parameters of an energy storage device. To verify the efficiency of the algorithms, a model system has been obtained from a local utility. This system represents a typical radial distribution system in rural Ontario. The load demand, wind speed and energy prices for a period of one year have been obtained from utilities and Environment Canada. The main goal in determining the location of the storage device within a distribution system is to minimize the total cost of energy and the total energy loss during the period of analysis. Locating the storage device near the wind turbines or near the largest loads lead to the optimum results. Buses that are located near those elements can be considered as suitable locations for the storage device. The energy storage capacity and charge-discharge rate of the storage device are selected based on four criteria: maximize wind turbines’ load following capability, maximize capacity factors of the wind turbines, minimize system energy losses and minimize system energy costs. A weight based multi-objective optimization algorithm has been proposed to assign various priorities to these criteria and obtain a single solution. The larger the energy storage capacity of the storage device, the better the improvement in system performance. Lower charge-discharge ramp rates provide superior results. The parameters for storage device operating schedule, i.e. charge-discharge trigger levels, have been selected using similar criteria and weighted objective approach as for the capacity selection process. Higher charge trigger levels and moderate discharge trigger levels provide the optimum system performance. Once a set of parameters for the storage device has been selected, bus voltages over the period of study are analyzed. Voltage variations outside certain limits have been identified. Finally, a Monte Carlo based simulation approach is presented to obtain output parameter (system performance) variation ranges for pseudo random changes in input parameters.

The thesis utilizes the analogy in dynamic equations between a mechanical and an electrical system to convert the steam-turbine, micro-turbine, wind-turbine and hydro-turbine generator mechanical model to equivalent electrical circuit models respectively. And based on the round rotor type and permanent magnetic rotor type synchronous generators¡¦ dynamic equations, as well as their electromagnetic torque equations, the equivalent electrical interface circuits were derived respectively. By using the interface circuit, the circuit model of synchronous generator and the equivalent electrical circuit model of turbine-generator mechanism can thus be combined into the electromechanical integrated circuit model (Thevenin¡¦s analogy circuit model and Norton's analogy circuit model). The electromechanical integrated circuit model is helpful for analyzing the energy conversion, power transmission and interactions between the mechanical and electrical systems for a turbine generator unit. In order to learn about these electromechanical interactions by using the proposed electromechanical integrated circuit model, the thesis has made a study on the torsional vibrations for a small gas turbine generator unit and for a large steam turbine generator unit respectively. By way of the frequency scanning and eigenvalue calculation, it is found that the torsional mode frequencies can be changed due to the electromechanical integration. Moreover, the small unit was more affected by the electromechanical integration than the large unit. Finally, we studied the effect of operations of an Electric Arc Furnaces (EAF) on torsional vibrations of a low capacity turbine generator. The electric system studied belongs to a practical steel plant in an industrial park. Based on the electromechanical integrated equivalent circuit model, a flywheel coupling shaft was designed. It is found by simulations that the coupling shaft can be quite effective in alleviating vibrations caused by the system unbalance arising from the EAF operations.

Demand for energy is constantly growing both in the world and in Turkey. Sustainable development being an important concept, development of small hydro power projects has been popular in recent years. Eastern Black Sea Basin in Turkey has a lot of small hydro power potential because of high amount of precipitation and existence of steep slopes. Since the amount of river runoff is the only parameter that is variable in order to determine the power potential, it is vital to estimate the project discharge in ungauged basins accurately that have hydro power potential. Projects discharges of hydro-power plants in ungauged basins have been calculated using conventional methods up to now. This study aims to introduce a statistical model in linear and multi-variate form using the topographical and morphological parameters derived from GIS and hydro-meteorological variables to estimate the specific flow duration curves of potential small hydro-power locations for the selected study areas in Eastern Black Sea Region namely Solakli and Karadere basins. As well as developing an annual regression model using the annual values of hydro-meteorological parameters / seasonal regression model (spring season) has also been developed by including the mean seasonal (spring) air temperature variable instead of snow covered area (SCA) in addition to basin parameters. By studying the spring model, effect of different variables from the annual model were tested and discussed with some recommendations for the future studies.

Ce travail de thèse s'appuie sur l'utilisation du modèle couplé hydro-météorologique SAFRAN-ISBA-MODCOU.<br />D'abord, la modélisation couplée du bassin de la Seine est mise en place, en utilisant une représentation détaillée des aquifères du bassin. La capacité de SIM à simuler les différentes composantes des bilans d'eau et d'énergie, le comportement du souterrain, et donc les débits, est présentée. En particulier, SIM est évalué pour la simulation des crues lentes de la Seine à Paris.<br />Ensuite, une chaîne temps réel de prévision d'ensemble des débits sur la France, basée sur SIM, est construite, où ISBA et MODCOU sont forcés par les prévisions d'ensemble météorologiques du CEPMMT désagrégées. Une analyse statistique de la qualité des prévisions d'ensemble de précipitations désagrégées et des prévisions d'ensemble de débit est effectuée sur près d'un an de prévision. Enfin, une étude des prévisions d'ensemble de plusieurs cas de grandes crues du passé récent est présentée.

Ce travail est consacré à la modélisation du comportement hydro-mécanique de milieux poreux linéaires et non linéaires par approche micromécanique. Les modèles développés sont illustrés par une application en géomécanique avec la simulation du comportement d'argiles compactées.<br />La modélisation proposée s'appuie sur une approche itérative d'homogénéisation couplée aux schémas prédictifs linéaires des modules effectifs. Le comportement d'un milieu linéaire est tout d'abord obtenu par homogénéisations successives de milieux poreux intermédiaires formés par ajouts progressifs de faibles porosités. A convergence, le processus itératif conduit à un même comportement équivalent du milieu poreux quelque soit la méthode d'homogénéisation utilisée à chaque étape et quelque soit le taux de porosité du milieu. Ce résultat permet d'unifier les prédictions des schémas linéaires explicites de la littérature qui concordent habituellement seulement pour des faibles porosités. <br />Cette approche itérative d'homogénéisation est ensuite étendue à la prédiction du comportement non linéaire de milieux poreux en procédant à des linéarisations sécantes du comportement des squelettes. Les schémas prédictifs linéaires sont exploités pour homogénéiser le milieu poreux ainsi linéarisé par itérations successives. Le couplage du processus itératif conduit, comme en linéaire, à la construction d'une même réponse non linéaire homogénéisée quelque soit le taux de porosité et le schéma prédictif utilisé. Les performances du processus itératif d'homogénéisation sont illustrées à travers différents tests en élasticité linéaire, non linéaire et élastoplasticité. Des validations par confrontation à des modèles de la littérature sont menées. L'approche micromécanique itérative est également exploitée pour construire des surfaces d'écoulement plastique de milieux poreux.<br /> Enfin, la modélisation est appliquée à la simulation de comportement de milieux argileux compactés qui avaient fait l'objet d'une étude expérimentale détaillée aux deux échelles. Sous chargement de compaction oedométrique, les argiles présentent un comportement élastoplastique et lors de la décharge, le comportement observé est élastique. Des identifications des propriétés élastiques et élastoplastiques des squelettes sont tout d'abord effectuées par homogénéisation inverse. Puis, le comportement macroscopique des argiles est simulé par les approches itératives d'homogénéisation. Un enrichissement des modèles par l'actualisation de la porosité au cours du chargement permet de reproduire de fa»con satisfaisante le comportement expérimental.

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km$²$) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique.