Le présent projet a porté sur la simulation de récupération de chaleur pour le traitement thermique de l'air de ventilation d'un aréna. La chaleur récupérée provenait des rejets thermiques des condenseurs du système de réfrigération de la patinoire. Deux configurations ont été testées : la récupération directe et la récupération à l'aide d'un échangeur de chaleur. La récupération directe apportait des économies de 24 % de demande en chauffage au cours de l'année. Un échangeur de chaleur dimensionné pour répondre aux pointes de débit de ventilation occasionné par les opérations de surfaçage permettait une diminution de 61 % de la demande en chauffage. En utilisant un échangeur de chaleur dimensionné pour les périodes de fonctionnement normal seulement, la demande diminuait de 52 %, malgré un échangeur trois fois plus petit. Cet échangeur ayant le meilleur rapport économies/dimension, il a été utilisé pour évaluer l'impact environnemental et économique de la récupération de chaleur. L'analyse environnementale révèle que les impacts sur les changements climatiques et l'extraction de ressources sont grandement réduits, et que l'impact sur la santé humaine et les écosystèmes est légèrement diminué. De plus, il est évident que la phase d'utilisation est la principale source d'impact, et que celui-ci est fortement affecté par la source d'énergie utilisée pour le chauffage et la production d'électricité. Finalement, l'analyse économique prédit un taux de rendement de 19 % à 27 % pour l'investissement initial, selon les coûts d'énergie.

L'augmentation des prix de l'énergie due à la raréfaction des énergies fossiles et la prise en compte des impacts environnementaux rend inéluctable l'engagement des industriels dans une démarche de maitrise de leurs consommations énergétiques et leurs émissions. L'Industrie Diffuse (ID), par opposition aux IGCE, est de plus en plus importante sur le plan économique, énergétique et environnemental. Elle devient ainsi une cible prioritaire d'autant plus que l'on constate qu'elle a été peu traitée dans les analyses énergétiques malgré l'intérêt des politiques en matière d'efficacité énergétique et le nombre considérable d'articles et de livres sur l'énergie. Comment quantifier alors l'implication de l'ID dans la contrainte réglementaire liée au changement climatique ? Quelles technologies et politiques à mettre en œuvre pour contribuer aux objectifs fixés par les plans d'actions pour l'efficacité énergétique ?Le travail de cette thèse repose ainsi sur une optimisation technico-économique de la chaine énergétique, à partir du modèle " bottom-up " de TIMES, dans une approche prospective pertinente des conséquences énergétique et environnementale de politiques MDE dans l'ID. Ce modèle s'appuie notamment sur une représentation par usages à l'inverse des IGCE du fait de l'inadaptabilité de l'approche produit/procédé. Dans ce cadre, l'analyse de la valorisation de la chaleur perdue en sortie des procédés à travers le déploiement de PAC dans l'agroalimentaire a été réalisée.Le recours à la modélisation prospective permet notamment d'observer le profil technologique et le timing des investissements des PAC en réponse à des contraintes énergétiques ou de mesures incitatives dans le cadre de Certificat d'Économie d'Énergie ou de valorisation des émissions de CO2. Il peut mettre aussi en lumière, d'une part, une possibilité d'étude sur un ajustement incrémentiel d'une taxe sur les émissions par les autorités de régulation pour atteindre leurs objectifs environnemental et énergétique sur le court, moyen et long-terme. D'autre part, il constitue un bon outil d'aide à la décision en déterminant des coûts différenciés d'économies d'énergie dans le cadre d'investissements de technologies MDE pour un meilleur criblage sectoriel.

Au sein des discours accompagnant les volontés de transition énergétique, apparaît de manière grandissante une promotion de circulations d’énergie à des échelles infra-urbaines entre des activités diverses. Des acteurs locaux, nationaux ou transnationaux proposent par exemple de valoriser la chaleur dite « fatale », produite par de multiples activités (industries, data centers, eaux usées …). Parallèlement, on promeut le partage de productions d’énergie décentralisées entre différentes fonctions (résidentiel, tertiaire, commercial …) à des échelles allant de l’îlot au quartier. En somme, des formes de connexion entre activités urbaines pour échanger de l’énergie sont promues et les exemples de mise en œuvre se multiplient.Cette thèse propose de saisir ces connexions comme des nouvelles formes de réseaux urbains, qui se substituent ou se superposent à un modèle de grand réseau centralisé plus que centenaire, fondé sur l’efficacité technico-économique, la solidarisation du territoire et la croissance des consommations. Elle vise à comprendre ce que change l’émergence de ces circulations locales à la co-construction de la ville et des réseaux d’énergie.Pour saisir ces transformations, la thèse combine les apports de deux ensembles de travaux. D’un côté, les recherches urbaines et sociotechniques sur les réseaux permettent de saisir les reconfigurations de ces infrastructures. D’un autre, le champ de l’écologie industrielle et territoriale analyse les dynamiques qui mènent à des échanges de flux matériels entre activités humaines. La combinaison de leurs résultats permet ainsi de saisir l’objet considéré dans ses dimensions sociale, technique et métabolique, c’est-à-dire dans une perspective sociomatérielle.L’analyse se fonde principalement sur trois études de cas dont on s’attache à comprendre l’émergence, le fonctionnement et l’évolution : l’approvisionnement du réseau de chaleur de Dunkerque par une source de chaleur industrielle, la récupération de chaleur sur un data center pour approvisionner un quartier de Marne-la-Vallée et la mutualisation des productions d’énergie dans le quartier de La Confluence à Lyon. Plus largement, un regard est porté sur les reconfigurations concrètes ou proposées de l’organisation de la chaîne d’approvisionnement énergétique à la ville.Les résultats de la thèse sont de trois ordres. En premier lieu, ces mises en réseau ne sont plus motivées par la seule efficacité technico-économique de la forme réticulaire pour l’approvisionnement du territoire. Les intérêts des différents acteurs impliqués ont tous à voir avec un objectif d’optimisation de l’usage des flux : on passe ainsi d’une recherche d’efficacité technico-économique à celle d’une efficacité métabolique. En second lieu, les réseaux qui émergent de ces échanges sont instables, tout particulièrement en raison des incertitudes quant à l’évolution à court et à long terme des flux disponibles. Ainsi, ils ne reproduisent pas l’effet solidarisant permis par la stabilité des grands réseaux conventionnels. Enfin, face à ces instabilités, les acteurs proposent des évolutions qui visent à réduire les dépendances à des flux incertains. Ces évolutions ont pour caractéristique de s’appuyer sur une croissance du réseau qui ne suit plus un objectif d’universalisation. Au contraire, une forte sélection spatiale de l’extension du réseau est opérée, en fonction de la matérialité des flux perçue par les acteurs. Plutôt que d’engendrer de nouvelles consommations dans une logique d’offre, il s’agit ainsi d’intégrer de nouveaux flux déjà présents sur le territoire.En somme, la thèse montre un certain « tournant métabolique » dans le processus de mise en réseau de la ville par l’énergie. Alors que l’extension des infrastructures est pendant longtemps restée au centre des problématiques de construction des réseaux, les flux produits et consommés qui préexistent sur le territoire peuvent à présent être la motivation première de la création de connexions / Within the framework of the ongoing energy transition objectives, energy circulations at the infra-urban level are increasingly promoted. For instance, local, national and transnational stakeholders suggest the reuse of heat currently being wasted by diverse human activities (industries, data centres, wastewaters …). Alternatively, distributed energy sharing between different urban functions (residential, services, retail …) at the urban block or district scale is promoted. In short, several forms of connections through energy exchange between urban activities are encouraged and examples of those are multiplying.The thesis offers to capture those connections as new forms of urban networks that supersede or overlap a century-old network model based on techno-economic efficiency, socio-economic and socio-spatial solidarity and consumptions growth. It aims at understanding what these local circulations change to the co-construction of cities and energy networks.To do so, the approach combines the results of two different strands of work. On the one side, urban and sociotechnical studies of networked infrastructures allow to understand the reconfigurations of those systems. On the other side, industrial ecology works analyse the dynamics that lead to material circulations between human activities. The articulation of their results makes it possible to grasp the considered object in its social, technical and metabolic dimensions, that is, in a sociomaterial perspective.The analysis is mainly based on three French case studies of which the emergence, running and evolution are investigated: industrial waste heat reuse in the heat network of the city of Dunkirk, heat extraction from a data center to be distributes the in a district of Marne-la-Vallée and energy sharing in the La Confluence district in Lyon. More broadly, suggested or implemented reconfigurations of the organisation of energy provision are reviewed.The results of the study are threefold. First, these new forms of urban network are not solely motivated by techno-economic efficiency. The interests of the stakeholders all come into alignment with an objective of optimization of energy flows uses: from techno-economic efficiency, the goal becomes metabolic efficiency. Second, the networks formed by those circulations are unstable, in particular because of the uncertainties that regard short and long term availability of energy flows. Hence, they do not reproduce the solidarities that emerge from conventional large and stable networks. Third, to reduce those instabilities, actors suggest evolutions that aim at reducing their dependencies on uncertain flows. These evolutions all result in the growth of the network, but do not follow an objective of universalisation. On the contrary, an important spatial selection is operated, according to the perceived materiality of flows by actors. Instead of leading to new consumptions in a supply rationale, the logic becomes one of existing flows integration.To sum up, the thesis shows a “metabolic turn” in the process of networking the urban through energy circulations. While infrastructures extension has long been at the centre of networks construction, pre-existing produced and consumed flows can now become the primary motivation of building connections

Ce travail porte sur l'étude et le développement d'un système innovant de ventilation et de chauffage au bois dans les habitations à basse consommation d'énergie, qui sont appelées à devenir la référence constructive en France dès 2015. Dans ces habitations fortement isolées et particulièrement étanches à l'air, les besoins de chauffage sont très faibles et peuvent être couverts par une source de chaleur d'origine renouvelable, telle que le bois énergie. En outre, l'utilisation d'une ventilation performante s'impose comme étant un critère essentiel pour assurer la bonne qualité de l'air intérieur et peut même devenir l'unique vecteur de chauffage en apportant l'appoint de chaleur sur l'air insufflé dans les différentes pièces de l'habitation. Le système présenté dans cette étude propose ainsi de combiner les avantages d'un appareil de chauffage au bois de petite puissance, ici un poêle à granulés de bois, et ceux d'une ventilation à récupération de chaleur sur l'air extrait, grâce à un conduit échangeur intégré à la cheminée du poêle et relié au réseau de soufflage de la ventilation. Développé en partenariat avec l'industriel POUJOULAT, spécialisé dans la fabrication de conduits de cheminée métalliques, ce conduit échangeur permet de récupérer sur l'air neuf une partie de la chaleur initialement perdue par les fumées et de la distribuer dans toutes des zones de vie de l'habitation, même les plus éloignées de l'appareil au bois. Après avoir défini la configuration de couplage à adopter pour assurer le bon fonctionnement de l'ensemble et garantir à la fois la sécurité et le confort des occupants, les performances de plusieurs prototypes de conduit échangeur sont caractérisées expérimentalement. Les résultats obtenus lors des essais en laboratoire permettent alors d'orienter l'évolution des prochains prototypes et de souligner la nécessité de travailler avec un poêle à granulés de bois dont le cycle de combustion est étanche. Un modèle mathématique est également développé pour prédire les performances du dernier prototype de conduit échangeur à triple paroi non isolé sur sa surface extérieure et sa validation est obtenue suite au bon accord entre les résultats calculés et ceux mesurés lors des essais. L'ensemble du système combiné est ensuite installé dans deux habitations à basse consommation d'énergie situées près de Poitiers. L'exploitation des températures et des consommations recueillies pendant la première saison de chauffe montre la bonne tenue du système combiné, ses limites, ainsi que ses conditions d'appropriation par les occupants, dont le comportement apparaît jouer un rôle prédominant dans la réduction des consommations énergétiques.

Ce travail de recherche est motivé par les contraintes environnementales qui imposent une réduction des émissions de gaz à effet de serre. L'objectif de cette thèse est d'explorer les possibilités de réduction de consommation des moteurs à combustion interne en les munissant d'un dispositif de récupération de chaleur. Cette étude est focalisée sur la valorisation des rejets thermiques d'installations de faible puissance. Le cycle de Rankine est la technologie qui a été sélectionnée. Une installation d'essais a été construite. Un générateur de gaz chaud simule le moteur thermique ; une part de cette chaleur est collectée par le système de récupération de chaleur et partiellement convertie en énergie mécanique. L'échangeur de chaleur a été conçu et construit en interne ainsi que la machine de détente à piston. Un modèle numérique statique validé expérimentalement pour l'évaporateur a été développé. Celui-ci permet d'explorer les performances du cycle de Rankine sur un large champ de fonctionnement. Avec des hypothèses restrictives le modèle numérique fait apparaître qu'un gain de consommation de l'ordre de 3 % à 4 % sur un tracteur agricole serait possible. Un modèle dynamique de moteur à piston adapté aux cycles de Rankine de faibles puissances a été développé pour aider à son dimensionnement. Ce modèle a permis de mettre au point un concept de machine de détente à piston avec un mécanisme de distribution simplifié. Bien qu'offrant des performances en retrait sur les machines de détente à piston à distribution commandée ce concept est à approfondir pour les systèmes de faible puissance nécessitant une simplicité de construction et un faible coût. / This research was motivated by environmental constraints which impose a reduction in greenhouse gas emissions. The aim of the thesis was to explore the possibility of reducing the consumption of an internal combustion engine using a bottom waste heat recovery system. The study focused on waste heat recovery for low power installations. The Rankine cycle technology was selected to exploit the heat source. An experimental test bench was designed and set up. A hot gas generator simulates an internal combustion engine. Part of the thermal power is absorbed by the evaporator and partially converted into mechanical power. The heat exchanger and piston expander were designed and built in-house. A numerical static model with experimental validation of the evaporator was developed. The model was used to explore the performances of the Rankine cycle over a large operating range. Under restrictive hypotheses, the numerical model showed that is possible to reduce the consumption of a tractor by about 3 to 4 %. A piston expander dynamic model was developed to assist in sizing the expander. The model was used to define a piston expander concept with a simple distribution mechanism. Although a classical distribution mechanism offers better performances, this concept is promising for systems that are simple, small-scale and low-cost.

Au moins 30% de l'énergie produite par les moteurs à combustion interne est dissipée sous forme de chaleur dans les gaz d'échappement. L'intérêt des constructeurs pour les systèmes de récupération de chaleur bases sur le cycle thermodynamique de Rankine est justifié par des réductions de consommation espérées entre 5 et 10%. L'ambition de cette thèse est de contribuer à lever les principaux verrous liés à la gestion des procédés Rankine pour des applications ≪ mobiles ≫. Ce manuscrit s'appuie sur trois cas d'étude avec, pour chacun, un procédé pilote destiné à être intégré respectivement sur des véhicules légers à moteur essence, sur des camions poids-lourds et sur des trains à propulsion hybride Diesel électrique. Pour cela, des approches de l'automatique à base de modèle ont été développées. Une nouvelle loi de commande non-linéaire, permettant l'asservissement de la température et de la pression en sortie d'évaporateur, est proposée. Il est montré expérimentalement que le système peut être maintenu dans des conditions permettant la récupération d'énergie sans discontinuer, même sur des cycles routiers très dynamiques. La supervision énergétique du cycle de Rankine à bord d'un véhicule est ensuite abordée. Il s'agit de trouver les consignes pour la commande rapprochée qui permettent de maximiser l'efficacité énergétique d'un véhicule équipé d'un système de récupération d'énergie par cycle de Rankine. Il est montré que le gain énergétique apporté par l'optimisation dynamique temps réel proposée est important, comparé à une stratégie basée sur l'optimisation statique du système habituellement employée dans la littérature / More than 30% of the energy produced by internal combustion engines (ICE) is dissipated as heat through the exhaust gases. The interest of manufacturers in heat recovery systems based on the thermodynamic Rankine cycle is justified by announced reductions in fuel consumption ranging from 5 and 10% depending on the system and the driving cycle. The aim of this thesis is to help remove the main barriers associated with supervising and controlling Rankine processes for ≪ mobile ≫ applications. This dissertation is based on three study cases, each corresponding to a pilot process installed in engine test benches at IFP Energies nouvelles (IFPEN). These are applications to be integrated respectively on board light-duty vehicles with spark-ignition engine, heavy-duty trucks and trains with Diesel-electric propulsion. An original nonlinear (model-based) control law for the temperature and the pressure tracking at the evaporator outlet is proposed. It is shown experimentally that the system can be maintained under conditions allowing continuous energy recovery, even during highly transient road cycles. Then the supervision of Rankine systems is addressed, resulting in the choice of optimal set-points (in term of energy management) for the low-level controller. An optimal control problem is formulated, allowing online implementation via dynamic real-time optimization.The proposed approach is validated on a realistic simulator, showing significant benefits in the amount of energy recovered when compared with the classical (static) approach found in Rankine cycle literature

Cette étude concerne la compréhension des mécanismes de transfert de chaleur et le développement d’un système de stockage pour la valorisation de la chaleur fatale industrielle. L’utilisation de Matériaux à Changement de Phase (MCP) permet d’atteindre une densité énergétique élevée et de restituer la chaleur à température constante. Cependant, leur faible conductivité thermique impose d’améliorer les transferts thermiques, notamment par l’utilisation d’échangeurs à surface augmentée. Le but est de comprendre le comportement de tels échangeurs en régime transitoire au contact de MCP. Une étude expérimentale à basse température, où quatre échangeurs de type tube-calandre ont été testés avec différentes orientations (horizontale/verticale) et injections (haut/bas), a mis en évidence des phénomènes de transfert thermique importants, comme la convection naturelle à la charge et la contraction volumique à la décharge. Ces observations ont été validées par un modèle CFD tridimensionnel. Une méthode de comparaison des performances basée sur un calcul d’énergie par le biais d’un maillage expérimental est proposée et permet de sélectionner un échangeur selon les critères de densités énergétiques, de temps caractéristique et de coût. Trois MCP, envisagés pour l’application, ont alors été testés à température réelle (100-200 °C) au contact d’un échangeur tube inox à ailettes transverses en aluminium pour évaluer leur cyclabilité et comparer leur comportement. Le mélange de sels, H105 (Tfusion = 122 °C), n’est pas retenu pour l’application à cause de sa faible densité énergétique (≈ 56 kWh/m3) et sa plage de fusion trop étalée. L’acide sébacique (Tfusion = 132 °C) a un comportement répétable au cours des cycles et une densité énergétique plus élevée (≈ 66 kWh/m3). L’alcool de sucre, l’érythritol (Tfusion = 118 °C), présente de bonnes thermo-physiques (128 kWh/m3) mais la maîtrise de sa cristallisation est un point clé pour l’utiliser en tant que MCP. / This PhD thesis deals with the understanding of the heat transfer mechanisms and with the development of thermal energy storage system for the industrial waste heat recovery application. The use of Phase Change Materials (PCM) is attractive for its high storage density and its possibility to deliver heat at constant temperature. However, the PCM low thermal conductivity leads to develop heat transfer improvement methods, such as heat exchangers with increased heat transfer surface. The goal is to characterize the behavior of such heat exchangers An experimental study, where four several heat exchangers have been tested with different orientations (horizontal/vertical) and injection types (upward/downward), highlighted the impact of natural convection during the melting process and the volume contraction one during the solidification. These results have been validated through a 3D numerical model. A performance comparison method based on an energy calculation through an experimental mesh is proposed and enables to select a heat exchanger on criteria such as the storage density, the characteristic time and the cost. Three PCM, adapted to our application, have been tested at the intended temperature (100-200 °C) by integrating them into a storage system made of a stainless steel tube with aluminum circular fins. Their ability to resist to repeated cycles has been assessed and their behavior has been compared. The salts mixture, H105 (Tmelting = 122 °C), is not selected for the application because of it low storage density (≈ 56 kWh/m3) and its large melting area. The sebacic acid (Tmelting = 132 °C) has a repeatable behavior with cycles and a higher storage density (≈ 66 kWh/m3) and is appropriate as storage material. The sugar alcohol, erythritol (Tmelting = 118 °C), has good thermo-physical properties (128 kWh/m3) but the crystallization control is a key point to use it as a PCM.

L'augmentation des prix de l'énergie due à la raréfaction des énergies fossiles et la prise en compte des impacts environnementaux rend inéluctable l'engagement des industriels dans une démarche de maitrise de leurs consommations énergétiques et leurs émissions. L'Industrie Diffuse (ID), par opposition aux IGCE, est de plus en plus importante sur le plan économique, énergétique et environnemental. Elle devient ainsi une cible prioritaire d'autant plus que l'on constate qu'elle a été peu traitée dans les analyses énergétiques malgré l'intérêt des politiques en matière d'efficacité énergétique et le nombre considérable d'articles et de livres sur l'énergie. Comment quantifier alors l'implication de l'ID dans la contrainte réglementaire liée au changement climatique ? Quelles technologies et politiques à mettre en œuvre pour contribuer aux objectifs fixés par les plans d'actions pour l'efficacité énergétique ?Le travail de cette thèse repose ainsi sur une optimisation technico-économique de la chaine énergétique, à partir du modèle « bottom-up » de TIMES, dans une approche prospective pertinente des conséquences énergétique et environnementale de politiques MDE dans l'ID. Ce modèle s'appuie notamment sur une représentation par usages à l'inverse des IGCE du fait de l'inadaptabilité de l'approche produit/procédé. Dans ce cadre, l'analyse de la valorisation de la chaleur perdue en sortie des procédés à travers le déploiement de PAC dans l'agroalimentaire a été réalisée.Le recours à la modélisation prospective permet notamment d'observer le profil technologique et le timing des investissements des PAC en réponse à des contraintes énergétiques ou de mesures incitatives dans le cadre de Certificat d'Économie d'Énergie ou de valorisation des émissions de CO2. Il peut mettre aussi en lumière, d'une part, une possibilité d'étude sur un ajustement incrémentiel d'une taxe sur les émissions par les autorités de régulation pour atteindre leurs objectifs environnemental et énergétique sur le court, moyen et long-terme. D'autre part, il constitue un bon outil d'aide à la décision en déterminant des coûts différenciés d'économies d'énergie dans le cadre d'investissements de technologies MDE pour un meilleur criblage sectoriel. / The growing energy prices due to the rarefaction of the fossil fuels and the consideration of the environmental impacts makes inevitable the involvement of industrials to promote energy efficiency policy and emissions reductions. We notice that the Non-energy intensive industry (NEI), by opposition to the energy intensive industry (EI), is expected to play an important role because of their economic and energy importance and its relatively high growth rate. It becomes then a priority target especially since it has been neglected in energy analysis despite the continuing policy interest in energy efficiency and the many reports and book written on the topic. How can NEI contribute effectively to the reduction of the energy consumptions and the CO2 emissions? Which technologies and/or policies should be implemented to reach these objectives?This PhD work is then based on a technical economic optimization of the sectoral energy system, by using a “bottom-up” model with TIMES framework, in a relevant prospective approach of the energy and environmental consequences of MDE policies in NEI. This model relies on a representation by energy end-uses contrary to the EI because of the unsuitability of the approach product/process. As part of this, we analyzed the industrial heat recovery on processes through the deployment of HP in Food & Drink industry, the most important NEI's sector.Then, this prospective modelling allows observing the shape of investments of HP in response to energy constraints or incentive policies within the mechanism of Energy Savings Certificate or valuation of CO2 emissions. It can give, on one hand, a possibility of study which giving the different adjustment of a tax on gas emissions by the authorities of regulation to reach their environmental and energy objectives in NEI over a medium or long-term horizon. On the other hand, it is very useful as a good decision-making tool by determining differentiated costs for energy savings within the investments of efficient technologies at the highest level of disaggregation for a better sectoral screening

L’objectif de cette thèse est deconcevoir et de réaliser un moteurpiézoélectrique destiné à une application derécupération de chaleur du gaz d’échappement.Cette application nécessite un couplerelativement élevé, une compacité importante,une endurance thermique et un coût acceptable.Afin d’atteindre ce but, la conception du moteurpasse par le choix de son mode defonctionnement. Ce choix est fait en se basantsur des critères comme bas coût, fort couple etcompacité importante.Après la détermination de l’architecture dumoteur piézoélectrique, la modélisation estabordée. Le but du modèle est de calculer lescaractéristiques couple/vitesse connaissantses dimensions et ses matériaux, l’état desurface du contact, la précontrainte et la tensiond’alimentation.La modélisation développée était validée pardes mesures expérimentales.Dans la dernière partie, le moteur dimensionnéest réalisé et testé. Son comportementdynamique et ces caractéristiquescouple/vitesse étaient mesurés. A l’exceptiondu couple à l’arrêt et celui de blocage, toutes lesperformances requises par l’application étaientremplies.Finalement, les résultats de modèle sontcomparés aux mesures faites sur le prototype.Le comportement dynamique était bienreproduit par la modélisation. Néanmoins, uneimprécision du calcul des déplacements dustator était constatée. Cela implique uneimprécision du calcul des caractéristiquesmoteur. Il s’avère que cette imprécision est liéeà l’absence du coefficient d’amortissement decontact. / The goal of this thesis is to designand build a piezoelectric motor for an exhaustgas heat recovery application. This applicationrequires relatively high torque, highcompactness, thermal endurance and acceptablecost.In order to achieve this goal, the design of theengine passes by the choice of its mode ofoperation. This choice is made based on criteriasuch as low cost, high torque and compactness.After the determination of the architecture ofthe piezoelectric motor, the modelling isaddressed. The purpose of the model is tocompute the torque/speed characteristicsknowing the motor dimensions and materials,the surface state of the contact, the precompressionforce and the supply voltage.The modeling developed was validated byexperimental measurements.In the last part, the motor is build and tested. Itsdynamic behavior and torque/speedcharacteristics were measured. With theexception of the peak and blocking torque, allthe performances required by the applicationwere fulfilled.Finally, the model results are compared to themeasurements done on the prototype. Thedynamic behavior is well predicted by themodel. However, the model is not able tocompute accurately the stator displacements.This implies inaccuracy in the motorcharacteristics computation. It turns out thatthey are related to the absence of the coefficientof contact damping.

Ce travail porte sur l’étude et le développement d’un système innovant de ventilation et de chauffage au bois dans les habitations à basse consommation d’énergie, qui sont appelées à devenir la référence constructive en France dès 2015. Dans ces habitations fortement isolées et particulièrement étanches à l’air, les besoins de chauffage sont très faibles et peuvent être couverts par une source de chaleur d’origine renouvelable, telle que le bois énergie. En outre, l’utilisation d’une ventilation performante s’impose comme étant un critère essentiel pour assurer la bonne qualité de l’air intérieur et peut même devenir l’unique vecteur de chauffage en apportant l’appoint de chaleur sur l’air insufflé dans les différentes pièces de l’habitation. Le système présenté dans cette étude propose ainsi de combiner les avantages d’un appareil de chauffage au bois de petite puissance, ici un poêle à granulés de bois, et ceux d’une ventilation à récupération de chaleur sur l’air extrait, grâce à un conduit échangeur intégré à la cheminée du poêle et relié au réseau de soufflage de la ventilation. Développé en partenariat avec l’industriel POUJOULAT, spécialisé dans la fabrication de conduits de cheminée métalliques, ce conduit échangeur permet de récupérer sur l’air neuf une partie de la chaleur initialement perdue par les fumées et de la distribuer dans toutes des zones de vie de l’habitation, même les plus éloignées de l’appareil au bois. Après avoir défini la configuration de couplage à adopter pour assurer le bon fonctionnement de l’ensemble et garantir à la fois la sécurité et le confort des occupants, les performances de plusieurs prototypes de conduit échangeur sont caractérisées expérimentalement. Les résultats obtenus lors des essais en laboratoire permettent alors d’orienter l’évolution des prochains prototypes et de souligner la nécessité de travailler avec un poêle à granulés de bois dont le cycle de combustion est étanche. Un modèle mathématique est également développé pour prédire les performances du dernier prototype de conduit échangeur à triple paroi non isolé sur sa surface extérieure et sa validation est obtenue suite au bon accord entre les résultats calculés et ceux mesurés lors des essais. L’ensemble du système combiné est ensuite installé dans deux habitations à basse consommation d’énergie situées près de Poitiers. L’exploitation des températures et des consommations recueillies pendant la première saison de chauffe montre la bonne tenue du système combiné, ses limites, ainsi que ses conditions d’appropriation par les occupants, dont le comportement apparaît jouer un rôle prédominant dans la réduction des consommations énergétiques. / This work is devoted to the study and development of an innovative wood-based air-heating system for energy-efficient dwellings, which are expected to become the building reference in France from 2015 onwards. As these kinds of homes are highly insulated and particularly airtight, heating requirements are very low and may be covered by a renewable energy source, such as wood energy. In addition, efficient ventilation is absolutely required to ensure indoor air quality and may even sometimes be use as the only way to provide heat into the various rooms of the house. In this context, the system presented in this study aims to combine advantages of a low power wood-burning appliance, as a wood-pellet stove, and those of a mechanical ventilation heat-recovery unit, thanks to a heat exchanger integrated into the chimney of the pellet stove and connected to the ventilation air supply network. Developed in partnership with POUJOULAT, a metallic chimneys manufacturer, this new heat exchanger recovers a part of the heat from flue gases and enables to warm up the fresh air distributed in each living zone of the house, even the most remote of the wood heating device. After defining the best coupling configuration to ensure the proper behaviour of the system, as well as both safety and comfort of the occupants, performances of several heat exchanger prototypes are characterized experimentally. The results from tests in laboratory are then used to guide prototypes development and they highlight the need to work with a room-sealed wood-pellet stove. Moreover, a mathematical model is developed to predict the performances of the latest prototype of triple concentric tube heat exchanger with no insulation at the outer surface. Then, the model validation is obtained following the good agreement between calculated results and those measured during the laboratory tests. The combined system is then installed in two energy-efficient dwellings near Poitiers. Operating temperatures and energy consumptions collected during the first heating season show the good reliability of the combined system, its limitations and its conditions of acceptance by the occupants, whose behaviour is pointed out as a major factor in reducing energy consumptions.