À mesure que les performances intrinsèques des bâtiments s’améliorent, les usages énergétiques non réglementés, que nous associons à une notion d’intensité énergétique des usages, prennent de plus en plus d’importance dans le bilan des consommations des bâtiments. De plus, les bâtiments performants font apparaître des problématiques au niveau de l’exploitation des installations. Ces constats nous permettent d’affirmer qu’il est aujourd’hui important de proposer un cadre pour le suivi et l’optimisation de la sobriété énergétique des usages et l’exploitation performante pour la maîtrise des consommations énergétiques réelles des bâtiments. Cette thèse propose tout d’abord de développer des modèles polynomiaux de prédiction de la consommation énergétique tous usages en fonction des facteurs caractérisant l’intensité d’usage, la qualité d’usage et la qualité d’exploitation. Pour cela, nous utilisons le logiciel EnergyPlus afin de réaliser des simulations énergétiques dynamiques (SED) sur des valeurs de paramètres définis par la méthode des plans d’expérience D-optimaux. Le modèle polynomial créé permet alors d’effectuer, avec un faible temps de calcul, une propagation des incertitudes sur les consommations d’énergie calculées. Pour ce faire, nous utilisons les données mesurées en exploitation dans le cadre de la mesure et de la vérification de la performance énergétique, associées à une incertitude concernant leur valeur. Nous pouvons alors déterminer l’incertitude globale sur les consommations énergétiques et identifier les pistes pour la réduire, permettant ainsi un meilleur suivi et encadrement de la consommation énergétique réelle. / Since building envelope and MEP systems characteristics regularly improve, the weight of non-regulatory energy end-uses increases. These energy end-uses are typically associated with tenants or owners’ activities. In addition, high performance buildings show new issues related to HVAC systems operations. Therefore, it is important to evaluate and improve non-regulatory energy end-uses energy as well as HVAC systems operations efficiencies. We have developed polynomial energy models that can predict energy consumption as a function of building’s activities characteristics and HVAC systems operations factors. We used EnergyPlus software in order to build reliable energy models along with the D-optimum design of experiments method (DOE). Then, we used measurement and verification (M&V) data, associated with probability functions, to determine the associated uncertainty of the calculated energy consumption. Finally, we combine the latter with the polynomial modeling error to calculate the energy consumption global uncertainty, with the goal to identify strategies to reduce it.

Le Cycle Organique de Rankine (abrégé ORC de l’anglais Organic Rankine Cycle) est une technologie permettant la conversion de chaleur basse température en électricité. L’ORC transcritique a été identifié comme une solution prometteuse pour la valorisation de la chaleur fatale. Cependant, peu d’installations expérimentales ont permis de confirmer ces performances. Ce travail de thèse présente le fonctionnement et l’optimisation d’ORC sous-critique et transcritique pour la conversion de chaleur basse température en électricité à partir de différentes sources. Premièrement, les contextes thermodynamique et technologique de l’ORC sont présentés. Des critères de performance énergétiques et exergétiques sont définis et appliqués à une base de données d’installations expérimentales afin d’exposer l’état de l’art actuel des ORC. Deuxièmement, les outils numériques et expérimentaux, spécifiquement développés ou utilisé pour ces travaux, sont présentés. Trois installations expérimentales d’ORC transcritique complet ou incomplet fournissent les données expérimentales. Différents modèles numériques sont utilisés : sous l’environnement Matlab pour la modélisation en permanent, l’analyse des données expérimentales et l’analyse énergétique/exergétique ; L’environnement Modelica/Dymola pour l’analyse des transitoires et de la dynamique du système. Dans un troisième temps, ces différents outils sont utilisés pour étudier quatre différentes problématiques : - Le fonctionnement de la pompe de circulation est étudié, d’un point de vue énergétique et volumétrique. Des modèles semi-empiriques et des corrélations de performance sont présentés. - Les transferts thermiques en supercritique sont examinés, en local et en global. Les coefficients de transfert thermique sont comparés avec différentes corrélations de la littérature. - L’influence de la charge de réfrigérant sur les performances et le comportement de l’ORC est analysée. La charge optimale est estimée pour différentes conditions de fonctionnement et des mécanismes de régulation de la charge sont présentés. - Les performances énergétiques et exergétiques de l’ORC sont comparées avec la base de données. Une analyse exergétique du procédé a permis d’identifier des voies d’amélioration. / The Organic Rankine Cycle (ORC) is a technology used for low-grade thermal energy conversion into electricity. Transcritical ORC has been identified as a solution for efficient waste heat recovery. However, few experimental tests have been conducted to confirm the interest of transcritical ORC and investigate its operational behaviors. The work presented focuses on the operation and the optimization of subcritical and transcritical Organic Rankine Cycles for low-grade heat conversion into electricity from various heat sources (solar, industrial waste heat). First, the thermodynamic framework of ORC technology is presented. Energetic and exergetic performance criteria, appropriate to each type of input source, are introduced and selected. The criteria are later applied to a database of ORC prototypes, in order to objectively analyze the state-of-the-art. In a second step, the experimental and numerical tools, specifically developed or used in the present thesis, are presented. Three subcritical and transcritical ORC test benches (hosted by CEA and AUA) provided experimental data. Numerical models were developed under different environments: Matlab for steady-state modeling, data processing and energy/exergy analysis. The Modelica/Dymola environment for system dynamics and transient operations. Lastly, the different tools are exploited to investigate four different topics: - The ORC pump operation is investigated, both under an energetic and volumetric standpoint, while semi-empirical models and correlations are exposed. - Supercritical heat transfers are explored. Global and local heat transfer coefficients are estimated and analyzed under supercritical conditions, while literature correlations are introduced for comparison. - Working fluid charge influence over the ORC performance and behavior is investigated. Optimal fluid charge is estimated under various operating conditions and mechanisms for charge active regulation are exposed. - ORC system performances and behavior are discussed. Through both an energetic and exergetic standpoint, performances are compared with the state-of-the-art, while optimization opportunities are identified through an exergetic analysis.

Dans le contexte actuel d'urgence environnementale, la consommation de carburant dans le secteur du transport routier, vu son impact négatif sur l'environnement et son rôle socioéconomique, doit évoluer dans une logique de durabilité. Nous initions notre travail de thèse par une approche comparative de 90 pays quant à leur intensité énergétique et leur intensité de CO2 dans le transport routier durant la période 1980-2010. En calculant le coefficient de Theil, nos résultats empiriques mettent en évidence l'existence d'une disparité spatiale et temporelle. En 2010, la Tunisie occupe le 48ème rang et le 38ème rang, respectivement en terme d'efficiences énergétique et environnementale. Elle a une performance énergétique moyenne tout en occupant le 34ème rang selon l'indice général de performance énergétique. Dans une deuxième partie, nous adoptions la démarche de modélisation conceptuelle dont l'objectif est la construction des indicateurs du transport routier énergétique durable. La définition d'un tel indicateur économique est confronté au problème de mesure de la valeur ajoutée réelle de ce secteur du transport. Par l'intermédiaire de l'approche de filtre de Kalman, nous pouvons conclure que la valeur ajoutée de transport informel est d'environ 61% de total de valeur ajoutée de secteur de transport durant la période 1980-2010 en Tunisie. Enfin, nous procédons à une modélisation économétrique des interactions entre les indicateurs de transport routier énergétiquement durable en Tunisie. L'étude de la dynamique des relations causales entre la consommation du carburant dans le transport routier, les émissions de CO2 dus au secteur de transport, la valeur ajoutée réelle de secteur du transport, le prix moyen du carburant, la longueur de l'infrastructure routière et le taux de motorisation se base sur la technique de cointégration de Johansen et le modèle de la Courbe Environnementale de Kuznets (CEK). Les résultats empiriques confirment, d'une part, l'hypothèse de neutralité entre la consommation de carburant et la valeur ajoutée réelle de secteur de transport et, d'autre part, l'hypothèse de CEK stipulant une relation en U-inversée entre les émissions de CO2 et la croissance économique du secteur du transport. Aussi, nous mettons en exergue une relation de causalité unidirectionnelle au sens de Granger allant de prix de carburant vers la consommation du carburant à court terme. Dans ce sens, en utilisant la technique de décomposition de prix, les résultats infirment l'hypothèse d'asymétrie de l'effet de prix sur la consommation de carburant. Avec la prise en compte de facteur technologique, nous estimons l'effet de rebond à l'ordre de 18% à court terme et 51% à long terme. En termes d'implications politiques, ce travail de thèse montre l'importance d'adopter des politiques publiques transversales où la question énergétique du transport routier est résolue en adéquation avec l'offre infrastructurel, la politique de prix de carburant, le droit à la mobilité individuelle et la protection de l'environnement. Une combinaison optimale entre divers instruments fiscal, économique et de régulation parait la meilleure stratégie pour atteindre un tel objectif. Le rôle de la gouvernance énergétique est central pour concevoir et opérationnaliser toute politique de transport routier énergétiquement durable. / As global concern about climate increases, road transport energy consumption, given its impact on the environment and its socio-economic role, must evolve to sustainability logic. First, the present work provides an international comparison of the energy intensity and the CO2 intensity in road transport for a group of 90 countries oer the period 1980-2010. Through the calculated Theil coefficient, our empirical findings highlight the existence of spatial and temporal disparities between coustries. In 2010, Tunisia occupies the 48th and the 38th rank respectively in terms of energy and environmental efficiency.Based on a general index of energy performance in the road transport sector, it is deemed to have a medium energy performance by occupying the 34th rank. Secondly, through the adoption of conceptual modeling approach, several indicators for sustainable energy development in road transport sector are constructed. To measure the real transport value added, we used filter Kalman approach. We denote that the informal transport value added is about 61% during the period 1980-2010.Finally, this thesis studies causal mechanisms between indicators for sustainable energy development related to energy consumption from Tunisian road transport sector. The investigation is made using the Johansen cointegration technique and the environmental Kuznets curve (EKC) approach. It examines the nexus between real transport value added , road transport-related energy consumption, road infrastructure, fuel price, rate of motorization and CO2 emissions from Tunisian transport sector during the same period. Empirical results support the hypothesis of neutrality between energy and income for Tunisian road transport sector, and the hypothesis of an inverted U-shaped EKC for transport CO2 emissions. Also, there is a unidirectional Granger causality running from fuel price to road transport-related energy consumption with no feedback in the short run. In this sense, using price decomposition technique, we refute asymmetric fuel price effect hypothesis. By the introducing of the technological factor, the rebound effect is about 18% in the short run and 51% in the long run. The study shows the importance if enhancing a number of policies for the road transport system through the joint improvement of the fuel price policy, of the road infrastructure policy and of the road vehicles policy. The optimal combination of fiscal, economic and regulatory instruments is the main strategy to achieve these objectives. The energetic governance is necessary in order to maintain sustainable energy road transport.