Dans le contexte énergétique actuel une vraie chasse aux économies d'énergie est ouverte, spécialement dans le secteur du bâtiment qui constitue en Europe le secteur le plus énergivore. D'un côté les innovations technologiques sont importantes et les nouvelles constructions ont des consommations très inférieures aux anciennes. De l'autre côté, le taux de renouvellement de bâtiments et des systèmes n'est pas capable d'assumer à lui seul les objectifs de réduction de consommations et d'émissions de CO2 (Kyoto, facteur 4 etc.). Ce n'est donc qu'en s'intéressant à l'existant que de tels objectifs deviennent possibles. La climatisation est aujourd'hui un enjeu car le marché est en forte croissance (renforcé aussi par le réchauffement de la planète) et le stock européen est déjà important. La Directive de performance énergétique des bâtiments s'intéresse aux systèmes de climatisation en prévoyant l'inspection périodique des systèmes de plus de 12 kW. L'inspection vise à évaluer le bon fonctionnement du système et ensuite à proposer des actions d'amélioration. La thèse cherche à déterminer et quantifier les problèmes que les principaux systèmes de climatisation rencontrent pendant leur vie du point de vue technique. Il s'agit de savoir comment les détecter, quels sont les impacts énergétiques et les effets sur le confort. Les technologies de climatisation sont nombreuses et diversifiées selon le type et les besoins spécifiques du bâtiment. On a donc retenu deux types de système à analyser, les plus courants sur le marché européen : les climatiseurs split et les groupes de production d'eau glacée. Les caractéristiques des appareils représentatifs sont celles des technologies utilisées dans les années passées et couramment présentes dans le stock. Après avoir déterminé les défauts de fonctionnement les plus courants pour ces deux types de système, les défauts sont analysés du point de vue physique puis modélisés par des outils spécifiques bâtis à partir d'une structure existante, afin de mesurer les impacts sur les performances et de déterminer les paramètres mesurables qui caractérisent chaque défaut. Ensuite, on observe les effets des défauts dans un contexte plus proche de la réalité par des simulations qui incluent la dégradation des systèmes dans des bâtiments type avec des climats de référence. Une troisième étape de ce travail consiste à relier le niveau du défaut au temps afin d'observer la dégradation progressive et de pouvoir déterminer la fréquence des actions de correction optimisée en termes d'énergie et de coût. On peut ainsi obtenir une courbe de performance pluriannuelle avec ou sans action corrective ou préventive. La modélisation est l'outil principal de cette thèse car flexible et performant pour isoler l'effet de dégradation de chaque défaut. Surtout, le problème posé constitue un cas ou la vérification expérimentale est longue et où les différents effets s'additionnent. Ceci étant, tous les éléments expérimentaux recensés dans la littérature ont été utilisés pour valider les résultas et paramétrer certains modèles.

Le broyage du clinker dans des tubes-broyeurs à boulets en acier est une étape très consommatrice d'énergie électrique dans la fabrication du ciment, et son rendement énergétique est très faible. Pour améliorer le rendement de cette opération, des produits appelés agents de mouture sont ajoutés en très faibles quantités au broyage du clinker. Cependant, les modes d'action de ces produits restent mal connus à l'heure actuelle. Dans le but de mieux connaître les mécanismes d'action de ces produits, deux agents de mouture sont étudiés sur le broyage du clinker. L'un d'entre eux, appelé « Mi », est utilisé couramment en industrie et est constitué d'un mélange d'eau et d'acétate de triéthanolamine. L'autre qui est noté « formulation F », se compose de trois molécules organiques. Ce dernier a un effet différent de celui de Mi sur le broyage du clinker en laboratoire, utilisant un broyeur de type planétaire. <br />Nous avons montré que ces deux produits agissent aussi favorablement sur le rendement du broyage d'autres minéraux tels que le calcaire et le laitier. Leur mode d'action n'est pas dépendant de la nature du milieu de broyage puisque Mi et F sont efficaces dans des bols de broyage en acier ou en alumine.<br />Leur mode d'action est lié à l'amélioration de la désagglomération de la poudre au cours du broyage grâce à un effet dispersant sur le clinker.

Le contrat de performance énergétiques est une forme contractuelle de services énergétiques dans laquelle les prestataires de services prennent en charge le financement de projets d'amélioration des installations en se rémunérant grâce à la valeur des économies d'énergie générées. Le recours à ce type de contrat, réputé particulièrement efficace, est mis en avant dans les textes communautaires et dans le cadre des politiques publiques nationales en faveur de la maîtrise de la demande en énergie. A ce titre, les contrats de performances énergétiques sont appelés à faire partie intégrante des dispositifs existants en faveur de l'amélioration de l'efficacité énergétique, en particulier dans le cadre des systèmes de certificats d'économie d'énergie, et des outils de la commande publique pour l'amélioration du patrimoine de l'Etat et des collectivités territoriales. Leur mise en œuvre est cependant conditionnée à la mise au point de protocoles adaptés pour l'évaluation des performances énergétiques des installations, notamment lorsque celles-ci dépendent de nombreux paramètres, comme dans le cas des installations de production d'eau glacée. Après avoir mis en évidence l'efficacité énergétique portée par les contrats de performance, cette thèse analyse les obstacles techniques à la mise en œuvre de ces contrats sur les installations de production d'eau glacée. Dans un second temps, un protocole adapté à l'évaluation d'améliorations typiques de ces installations est proposé en couplant des outils de modélisation et des procédures de mesure légères sur site. Enfin, des propositions d'aménagement de ce protocole sont formulées dans le but de permettre l'intégration des améliorations typiques des installations de production d'eau glacée dans le cadre des dispositifs de certificats d'économies d'énergie, qui semblent ne pouvoir prendre en considération que des actions élémentaires facilement reproductibles.

Plus d'un milliard de mètres carrés de logements devraient être construits dans les villes chinoises d'ici 2020. Dans le même temps, la demande de services énergétiques des ménages chinois va très vraisemblablement augmenter avec la progression continue des niveaux de vie. Le chauffage représente d'ores et déjà près de 40% de la consommation énergétique dans le résidentiel en Chine. La performance énergétique des bâtiments représente de ce fait un enjeu majeur pour les villes chinoises en matière de sécurité énergique et de lutte contre le changement climatique dans les décennies à venir. Plusieurs réglementations relatives à l'exigence de la performance thermique du logement sont entrées en vigueur successivement en Chine depuis les années 1990. Pourtant, les conséquences économiques et environnementales de leur application n'ont pas été examinées systématiquement dans une perspective de long terme. La thèse cherche à répondre à deux questions fondamentales : 1. Existe-t-il une trajectoire optimale d'évolution des normes relatives à la performance énergétique du bâtiment dans le contexte d'une urbanisation extrêmement rapide en Chine? 2. Si oui, quels sont des instruments politiques et économiques à mettre en place pour limiter la croissance de la demande énergétique et des émissions de CO2 dans ce secteur dans le contexte économique et institutionnel chinois ? En s'appuyant sur un exercice de modélisation prospective, nous examinons les différentes stratégies de maîtrise de la demande énergétique dans le bâtiment ainsi que leurs coûts économiques dans une ville chinoise à l'horizon 2030. Notre analyse quantitative dans la première partie de thèse montre que l'application des normes thermiques actuelles dans le bâtiment en Chine non seulement ne permet pas d'atteindre un niveau optimal du point de vue sociétal, mais serait aussi le choix le plus coûteux à long terme parmi les options techniques dont nous disposons aujourd'hui. Nous proposons donc que la réglementation thermique soit renforcée significativement. Plusieurs instruments économiques et politiques sont analysés dans la seconde partie des travaux de recherche. Nous élaborons trois modèles principaux permettant d'accompagner l'apprentissage des technologies plus efficaces et la transformation du secteur du bâtiment : 1). mise en place d'un financement carbone au travers de l'intégration du mécanisme du développement propre du Protocole Kyoto dans le secteur du bâtiment ; 2). flexibilité de la réglementation sur l'usage du sol dans l'élaboration du plan d'urbanisme de la ville ; 3). création d'une incitation économique pour faciliter le tiers-financement d'actions de maîtrise de l'énergie dans les bâtiments, notamment par l'implication des compagnies de chaleur. A cet égard, la réforme tarifaire du chauffage urbain doit être menée à bien.

Dans un contexte de raréfaction des ressources énergétiques et d'objectifs de diminution par 4 des émissions de gaz à effet de serre, le problème posé aux acteurs de l'industrie du bâtiment est d'élaborer des concepts de bâtiments à forte efficacité énergétique et de disposer des outils d'ingénierie capables de les évaluer. De nombreuses études et retours d'expériences sur des bâtiments atteignant des besoins annuels de chauffage inférieurs à 50 kWh.m-2. (incluant chauffage, climatisation, eau chaude sanitaire, éclairage et ventilation) montrent que la diminution des consommations énergétiques passe par une conception architecturale prenant en compte la compacité du bâtiment et la gestion des apports d'énergie passifs, une sur-isolation de l'enveloppe, la mise en place de free-cooling et d'une ventilation double-flux avec récupération de chaleur. Les performances de cette dernière technologie sont directement affectées par le renouvellement d'air naturel à travers les défautsd'étanchéité de l'enveloppe. Il paraît donc primordial de procéder à une évaluation plus fine de ces phénomènes. Un modèle de simulation aéraulique multizone est développé. Il permet d'évaluer les débits d'air dans le bâtiment et s'insère dans un outil d'aide à la conception thermique, COMFIE. Ce modèle est basé sur les hypothèses du mélange parfait et de la conservation de la masse pour chaque zone du bâtiment. Les débits d'air entre deux zones s'expriment en fonction de la différence de pression (causée par le vent et le tirage thermique) entre ces zones. Plusieurs sortes de connexions aérauliques sont implémentées dont les fissures, les entrées d'air et les grandes ouvertures. Le modèle aéraulique utilise les températures du modèle thermique pour qui les débits d'air sont aussi une donnée d'entrée. Les deux modèles sont donc couplés, via une méthode synchrone, jusqu'à ce qu'un critère de convergence soit atteint. Deux études de cas permettent de présenter les fonctionnalités du modèles : une opération de logement et un "concept building" de bâtiment urbain performant.

Cette thèse s'est focalisée sur le développement et l'optimisation de techniques de métallisation électrochimique permettant le dépôt de métaux conducteurs, l'argent et le cuivre, par voie électrolytique ou par la technique dite LIP (Light-Induced Plating). Deux approches ont été abordées pour l'élaboration des contacts en face avant : l'épaississement de contacts sérigraphiés d'une part, et la réalisation de contacts entièrement par voie électrochimique sans recours à la sérigraphie. Pour cette dernière solution, le dépôt d'une couche d'accroche avant l'étape d'épaississement est nécessaire afin d'assurer une résistivité de contact faible, une bonne adhérence et une bonne sélectivité au travers de la couche anti-reflet. Ces objectifs ont été atteints grâce à la mise en œuvre et l'optimisation de dépôts electroless de nickel-phosphore (NiP), y compris sur émetteur peu dopé. Les investigations menées ont également permis une meilleure compréhension des mécanismes de formation du contact NiP/Si. La faisabilité des techniques de dépôt électrochimique a été démontrée pour diverses applications: cellules avec contacts électrochimiques NiP/Ag en face avant, cellules de type n, épaississement de contacts fins sérigraphiés... Des résultats très prometteurs d'amélioration de facteur de forme FF et de rendement η ont été obtenus et permettent d'envisager une ouverture potentielle vers de nouvelles structures de cellules photovoltaïques à haut rendement : cellules à émetteur peu dopé, cellules à émetteur sélectif avec ouverture laser de la couche anti-reflet, cellules à contacts arrières....

La densité de puissance est devenue la principale préoccupation lorsqu'un circuit numérique est conçu. Comme pour tous les systèmes embarqués, chaque nouvelle génération de système numérique a plus d'applications que la précédente et exige en fin de compte une plus grande densité de puissance. C'est pourquoi de nombreux chercheurs et concepteurs industriels se sont penchés sur de nouvelles méthodes de réduction de la consommation énergétique des circuits numériques. La logique adiabatique est un style de conception prometteur qui peut réduire la dissipation d'énergie dynamique. La logique adiabatique est différente de la logique conventionnelle en deux principaux points : 1) l’alimentation d’une porte logique adiabatique est un signal à 4 phases, et 2) l’énergie stockée dans la porte est récupérée. Afin de respecter ces principes, la logique adiabatique nécessite une alimentation spéciale. Étant donné que l’objectif d’une telle alimentation est d’agir comme une horloge, elle est appelée alimentation-horloge. L'objectif de cette thèse est de concevoir et d'optimiser une alimentation-horloge ainsi que son réseau de distribution. Cette thèse a été financée par l'Agence Nationale pour la Recherche, ANR, avec le projet ADIANEMS2 (numéro de subvention : ANR-15-CE24-0013). / Power density has become the primary concern when a digital core is designed. As in any embedded systems, each new digital core generation has more applications than the previous one and ultimately demands more power density. This is why many researchers and industrial designers have been looking into novel methods for reducing power consumption of digital circuit. Adiabatic logic is a promising design style, which can reduce the dynamic energy dissipation. Adiabatic logic is different than conventional logic in two main points: 1) adiabatic gate are charged with a 4-phase power signal, and 2) the energy, which is stored in the gate, is recovered. In order to fulfill these principles, the adiabatic logic needs a special power supply. As the purpose of such supply is to act as a clock also, it is referred as power-clock supply. The aim of this thesis is to design and optimize a power-clock supply and its delivery network. This thesis has been funded by the French National Research Agency, ANR, with the project ADIANEMS2 (Grant number: ANR-15-CE24-0013).

Le développement de la climatisation individuelle est une préoccupation grandissante pour les pouvoirs publics français. Dans ce cadre, cette thèse vise à évaluer, sous l'angle de l'Analyse Coût-Bénéfice (ACB), des solutions permettant de concilier amélioration du confort d'été et réduction des impacts environnementaux. Après avoir éclairci le concept d'ambiance climatique confortable, des méthodes de monétisation de l'inconfort et des externalités sont développées en vue d'être intégrées dans l'évaluation économique d'actions d'amélioration du confort d'été. Les potentiels d'actions portant sur l'enveloppe et l'usage des bâtiments sont ensuite quantifiés en termes de réduction des besoins de refroidissement (locaux climatisés) et d'amélioration du confort d'été (locaux non climatisés). Des stratégies efficaces de lutte contre l'inconfort sont identifiées. Il apparaît d'autre part que les rénovations d'enveloppe des bâtiments, réalisées en vue de réduire les besoins de chauffage, peuvent fortement détériorer le confort d'été. Les potentiels d'amélioration des performances environnementales des climatiseurs sont ensuite estimés, ce qui nécessite le développement d'une méthode d'évaluation de l'efficacité énergétique saisonnière des appareils. L'Analyse en Cycle de Vie réalisée montre que l'atténuation des impacts requiert de se concentrer sur la réduction des consommations électriques puis sur le cycle de vie du fluide frigorigène. Enfin, l'ACB d'actions d'amélioration du confort d'été est réalisée, puis complétée par un travail prospectif d'estimation des impacts de la climatisation dans le parc existant français. La superficie climatisée pourrait croître de 650 % d'ici 2030, le secteur résidentiel représentant alors l'essentiel des surfaces (90 %). Des mesures de maîtrise de la demande d'énergie, associées à la récupération des fluides frigorigènes, peuvent néanmoins réduire fortement les impacts engendrés.

Le contexte global de réchauffement climatique et de fin programmée des carburants d'origine fossile a conduit depuis quelques décennies au développement des biocarburants. Les nombreux inconvénients liés à la première génération de biocarburants ont peu à peu donné naissance aux biocarburants de seconde génération dont l'avantage notable est d'utiliser la partie ligno-cellulosique des plantes. La principale voie de conversion envisagée consiste en une gazeification suivie d'une synthèse Fisher-Tropsch. Mais la dispersion énergétique et géographique de la biomasse ainsi que les nombreuses contraintes liées au processus de fabrication nécessitent la mise au point d'un préconditionnement adéquat. Le matériau utilisé devra en effet être homogène, concentré énergétiquement, stockable et facilement transportable. Il devra aussi être facilement broyable en vue de son injection sous pression dans les gazéifieurs. Une voie de prétraitement possible consiste à torréfier la biomasse. Le présent travail s'inscrit dans cette thématique puisqu'il a permis une caractérisation chimique, énergétique et mécanique du bois (Pinus pinaster et Quercus robur) traité thermiquement (T°C<300°C). Dans une première partie du travail, des analyses chimiques et énergétiques de bois traités thermiquement à différentes intensités ont été réalisées. Les résultats ont permis de quantifier la dégradation chimique et la densification énergétique lorsque l'intensité du traitement augmente. Il s'avère que la perte de masse est un excellent indicateur de ces modifications : des relations de prédiction de l'évolution de ces propriétés ont été établies. Un dispositif d'impact original a été développé dans la seconde partie du travail. Les résultats obtenus montrent une augmentation de la broyabilité du bois lorsque l'intensité de son traitement thermique augmente. Avec l'intensité du traitement, le bois perd d'abord sa résilience, puis son comportement fibreux.Cela permet la formation de fines particules particulièrement adaptées aux processus de fabrication des biocarburants de seconde génération. / Biofuels are developed worldwide since the few last decades to face two major problems of our societies: global warming and peak oil. Due to many disadvantages of the first generation of biofuel, a second generation is developed, whose major advantage is to use the lignocellulosic part of plants. One interesting way to produce this kind of biofuel is a gasification followed by a Fisher-Tropsch synthesis. However, a pretreatment is needed because raw biomass is not suitable for a direct use in gasifier. The role of the pretreatment is to homogenize product properties, to ease storage and transport, to concentrate the energy content. Moreover, its grindability has also to be improved since fine particles are required to supply the gasifier. The present work proposes a comprehensive chemical, energetic and mechanical characterization of wood (Pinus pinaster and Quercus robur) with different treatment intensities (T°C<300°C). The first part proposes a full set of chemical and energy analysis on heat-treated woods. The mass loss was confirmed as a synthetic indicator of the effect of treatment intensity on the degree of chemical degradation and energy concentration. Therefore, analytical expressions allowing the prediction of energy and chemical properties as a function of the overall mass loss are provided. The second part of the work consists in the development and use of a novel impact device. Results obtained in radial and tangential directions show that the heat treatment improves the wood grindability. As the treatment intensity increases, wood first losses its resilience first, followed by a loss of its fibrous behavior. The later eases its transformation into small particles suitable for gasification process.

Le domaine des énergies est au cœur des préoccupations technologiques, politiques et économiques de notre société moderne. Ce domaine nécessite une compréhension minimale du concept scientifique de l’énergie. Elle est selon nous essentielle à toute formation citoyenne. Nous avons dans un premier temps, à partir de considérations théoriques et pratiques, examiné pourquoi ce domaine si important dans notre société technologique est si peu abordé dans le cursus scolaire québécois? Pourquoi se contente-t-on d’un enseignement théorique et discursif de ce concept? Pourquoi, au contraire de tout enseignement scientifique, n’a-t-on pas envisagé de situations d’apprentissages en laboratoire pour l’étude des énergies? Dans un deuxième temps, nous avons proposé une idée de solution concrète et réaliste pour répondre à l’ensemble de ces questions. Une solution qui invite les élèves à s’investir de manière constructive dans des activités de laboratoire afin de s’approprier ces concepts. Pour ce faire, nous avons conçu des variables globales énergies qui ont permis aux élèves de les mesurer et d’expérimenter facilement des transformations énergétiques. Cette recherche de développement technologique en éducation consiste donc à profiter des nouveaux développements technologiques de l’informatique et de la micro-électronique pour concevoir, réaliser et mettre à l’essai un environnement informatisé d’apprentissage en laboratoire pour les sciences et la technologie. Par ce que l’énergie est au confluent de trois domaines, cet environnement a été conçu pour supporter dans une même activité l’apprentissage des mathématiques, des sciences et de la technologie. Cette intégration recommandée par les nouveaux programmes est, selon nous, essentielle à la compréhension des concepts liés à l’énergie et à ses transformations. Par cette activité d’apprentissage multidisciplinaire, nous voulons, via une approche empirique et concrète, aborder ces problèmes de transformations énergétiques afin de donner aux élèves la capacité de perfectionner les prototypes qu’ils construisent en technologie de manière à améliorer leurs performances. Nous avons montré que cette démarche technoscientifique, assimilable à la conception d’un schème expérimental en sciences, favorise la compréhension des concepts liés aux énergies et à leurs transformations. Ce développement, ouvert à l’investigation scientifique, apporte un bénéfice didactique, non seulement, pour des enseignants en exercices et des étudiants-maîtres, mais aussi pour des élèves de 5ème année du niveau secondaire, ce que nous avons démontré dans une mise à l’essai empirique. / The energy sector is at the heart of the concerns technological, political and economic modern society. This area requires a basic understanding of the scientific concept of energy. It is our opinion essential to any citizen training. We initially, from theoretical and practical considerations, examined why this area is so important in our technological society is so little discussed in the Quebec curriculum? Why do we merely a theoretical and discursive concept? Why, contrary to all scientific education, have we not considered learning situations in the laboratory for the study of energy? In a second step, we proposed an idea of practical and realistic solution to address all these questions. A solution that invites students to engage constructively in laboratory activities to appropriate these concepts. To do this, we have developed global variables energies that allowed students to experiment and measure energy transformations easily. This quest for technological development in education is therefore to take advantage of new technological developments in computing and microelectronics to design, build and test a computerized environment learning laboratory for science and technology. With this energy is at the confluence of three domains, this environment has been designed to support the same activity in the learning of mathematics, science and technology. This integration recommended by the new programs we believe is essential to the understanding of concepts related to energy and its transformations. For this learning activity multidisciplinary, we want, via an empirical and practical address these issues of energy transformations in order to give students the ability to develop the prototypes they build technology to improve their performance. We have shown that this approach techno, similar to the design of an experimental design in science, promotes understanding of concepts related to energy and their transformations. This educational development, open to scientific investigation, provides educational benefit, not only for practicing teachers and student teachers, but also for students from the fifth year of high school, we have shown in a setting tested empirically.