Afin d'enrayer le dérèglement climatique actuel dû à l'utilisation à grande échelle de combustibles fossiles comme source d'énergie, une transition vers des énergies non émettrices de dioxyde de carbone est nécessaire. L'hydrogène, vecteur d'énergie neutre en dioxyde de carbone, pourrait y jouer un rôle important. Cependant, ses propriétés thermodynamiques interdisent de le stocker pur à des pressions modérées dans un volume raisonnable pour alimenter un véhicule. Le stockage solide sous forme d'hydrure métallique semble être une solution prometteuse à ce problème. Les alliages de structure cubique centrée à base de vanadium étant légers comparés aux alliages à base de terres rares étudiés depuis les années 1970, cette thèse a pour objet l'étude des propriétés d'hydrogénation (pression d'équilibre et capacité d'absorption notamment) d'alliages du système Fe Ti-V. Les composés à étudier devant être de structure cubique centrée et la limite de solubilité du fer dans cette phase du système Fe-Ti-V n'étant pas documentée de manière fiable, la première partie du travail a consisté en l'approfondissement des connaissances sur le diagramme d'équilibre grâce notamment à la détermination des sections isothermes à 1000 °C et 1200 °C. Pour cela, des échantillons massifs ont été synthétisés par fusion en four à arc puis recuit en four résistif. Les relations de phases ont été systématiquement analysées par diffraction des rayons X sur poudre et microsonde électronique. Grâce à ces techniques, nous avons pu montrer qu'après recuit à 1000 °C, la limite de solubilité du fer dans un alliage Ti-V dépasse 15 at.% pour tout rapport Ti/V. Lorsque la température de recuit est portée à 1200 °C, cette limite de solubilité dépasse 20 at.% de fer quel que soit le rapport Ti/V < 1. Une réaction quasi-péritectique a également pu être mise en évidence à 1140 °C et une projection de la surface liquidus est proposée, basée sur l'analyse de la microstrucure des échantillons. La seconde partie de notre travail a consisté en l'étude sur banc manométrique des propriétés d'hydrogénation d'échantillons de structure cubique centrée. Il en ressort que la majorité des composés étudiés ont une capacité totale à température ambiante de 1,7H/M, soit 3,4 wt.%, ou 140 g_L-1, la capacité réversible s'élevant à 0,98H/M, soit 1,93 wt.%, ou 82,5 g_L-1 (densité supérieure à celle du dihydrogène liquide) pour l'échantillon de compositionTi10V88Fe2. La dépendance entre l'enthalpie d'hydrogénation et la compositiondes échantillons est linéaire et a été déterminée. On peut ainsi, en fonction de la composition choisie, obtenir des pressions d'équilibre allant de 0,1 bar à plus de 100 bar. Une étude structurale par diffraction des rayons X pour de faibles concentrations en hydrogène a mis en évidence la déformation de la maille cubique en maille quadratique lorsque la quantité d'hydrogène absorbé augmente. La cinétique d'absorption des échantillons de structure cubique centrée est par ailleurs très avantageuse, puisqu'une minute suffit pour que 90% de la capacité totale soit atteinte. En revanche, on observe un ralentissement de la cinétique en fonction du nombre de cycles appliqués. Toutefois, ce type d'alliage reste prometteur pour des applications de stockage de l'hydrogène

Les fournisseurs de services de cloud computing, les réseaux sociaux et les entreprises de gestion des données ont assisté à une augmentation considérable du volume de données qu'ils reçoivent chaque jour. Toutes ces données créent des nouvelles opportunités pour étendre la connaissance humaine dans des domaines comme la santé, l'urbanisme et le comportement humain et permettent d'améliorer les services offerts comme la recherche, la recommandation, et bien d'autres. Ce n'est pas par accident que plusieurs universitaires mais aussi les médias publics se référent à notre époque comme l'époque "Big Data". Mais ces énormes opportunités ne peuvent être exploitées que grâce à de meilleurs systèmes de gestion de données. D'une part, ces derniers doivent accueillir en toute sécurité ce volume énorme de données et, d'autre part, être capable de les restituer rapidement afin que les applications puissent bénéficier de leur traite- ment. Ce document se concentre sur ces deux défis relatifs aux "Big Data". Dans notre étude, nous nous concentrons sur le stockage de sauvegarde (i) comme un moyen de protéger les données contre un certain nombre de facteurs qui peuvent les rendre indisponibles et (ii) sur le placement des données sur des systèmes de stockage répartis géographiquement, afin que les temps de latence perçue par l'utilisateur soient minimisés tout en utilisant les ressources de stockage et du réseau efficacement. Tout au long de notre étude, les données sont placées au centre de nos choix de conception dont nous essayons de tirer parti des propriétés de contenu à la fois pour le placement et le stockage efficace.

Le stockage par supercondensateurs de l'énergie photovoltaïque est modélisé afin de disposer d'un modèle suffisamment fin et accessible permettant de les intégrer dans des chaînes de conversion de l'énergie solaire. Les supercondensateurs sont modélisés par un circuit multibranche comportant des résistances et capacités variables suivant la tension, dont les valeurs sont déterminées par une expérience de caractérisation ayant une bonne précision. Par ailleurs, tous les éléments d'une chaîne typique de conversion de l'énergie photovoltaïque sont modélisés avec le logiciel Matlab/Simulink (gisement solaire, conversion photovoltaïque des panneaux, régulateur, batterie et charges). Le modèle de stockage de l'énergie photovoltaïque par supercondensateurs est ensuite validé par la bonne concordance des mesures relevées en conditions réelles avec les résultats donnés par les simulations. Enfin, deux exemples d'exploitation du modèle sont proposés et discutés : la détermination du temps de charge des supercondensateurs suivant l'éclairement solaire et la température ambiante, et l'intégration des supercondensateurs dans la chaîne d'alimentation électrique d'un moteur à courant continu permettant de réduire les sollicitations électriques sur la batterie lors de l'appel de puissance nécessaire au démarrage du moteur

Le développement croissant de systèmes de stockages connectés au réseau électrique se voit stimulé par les problématiques de gestion de réseau liés entre autres à l'intégration croissante de technologies de production renouvelables. L'accumulation hydropneumatique d'énergie apparait comme une solution propre et économiquement intéressante dans le panel des technologies existantes. Cette étude analyse une configuration d'accumulation air-eau sans séparation, en cycle fermé et utilisant une pompe/turbine rotodynamique. Les principales problématiques en relation à ces choix techniques sont : les phénomènes de transfert de masse et de chaleur à l'interface air-eau, les caractéristiques de fonctionnement d'une machine hydraulique rotodynamique en régime d'opération variable et le rendement d'accumulation du système. Ces aspects sont traités ici par des approches locales dans certains cas, puis globales afin de pouvoir proposer un modèle de comportement dynamique du système de stockage pouvant faire l'objet de simulations rapides. Les aspects de modélisation ont été élaborés en parallèle au développement d'un banc d'essais de 45 kW réalisé dans le cadre de ce travail. Les observations expérimentales obtenues sur ce banc sont comparées aux résultats du modèle qui rend bien compte de la dynamique et de l'état énergétique du système. Des études d'amélioration du système sont engagées à la fin du document. Elles concernent d'une part la question de la flexibilité de fourniture de puissance et d'autre part le rendement d'accumulation du réservoir de stockage.

La présente étude concerne le Centre de Stockage de la Manche (CSM), ce centre dédié aux déchets faiblement etmoyennement actifs à vie courte l’un des sites précurseurs au niveau international. La recherche proposée dans lecadre de la présente thèse CIFRE se concentre sur l’étude hydraulique des matériaux de couverture du site, et surleur amélioration hydromécanique. Il s’agit donc de renforcer leur imperméabilité afin que cette couche puisse jouerun rôle de barrière minérale. Une contrainte imposée par l’Andra était de considérer la validité du réemploi dumatériau en place au moyen d’un traitement par adjuvant. Ce matériau est un limon sableux, donc un matériaucomportant déjà une part de fines non négligeable. S’il existe dans la littérature de nombreuses études surl’amélioration mécanique des matériaux fins (applications aux infrastructures routières) et sur le traitement dematériaux pulvérulents par ajout d’une fraction fine (constitution de barrières étanches), il existe très peu d’études surle renforcement de l’imperméabilité de sols fins. Une campagne d’essais physiques sur les matériaux traités à labentonite a été réalisée à différents taux de traitement. Les résultats ont montré que l’ajout d’adjuvant entraine unediminution de leur poids volumique sec optimum pour une énergie de compactage Proctor normal et uneaugmentation de leur teneur en eau optimum. En complément, la sensibilité à l’érosion, interne ou externe, observéependant les essais à l’oedoperméamètre, a été vérifiée à partir de différents critères de stabilité disponibles dans lalittérature. A la différence du traitement d’un sol pour remblais routiers, on ne recherche pas une résistancemécanique accrue mais une flexibilité du matériau. On observe effectivement que le traitement n’augmente pas larigidité du matériau. La conductivité hydraulique des matériaux non traités et traités a été mesurée. Cette étude a étémenée à partir de plusieurs dispositifs (oedoperméamètre, perméamètres à parois rigides et à parois souples).L’influence du taux de traitement du matériau sur la diminution de la conductivité hydraulique a pu être observée.Quatre planches d’essais instrumentées ont été réalisées, elles devraient rester en fonction plusieurs années. Lesmesures de conductivité hydraulique initiales sur les planches d’essais ont montré que les résultats étaientconformes à ceux obtenus au laboratoire. Ces planches d’essais, permettront de suivre l’évolution éventuelle desperformances du traitement. La poursuite de leur suivi apparait être cruciale pour la validation du traitement avant samise en oeuvre à grande échelle sur toute la couverture du CSM. / This study related to the Manche storage center (CSM), one of the first landfill in the world dedicated to low andintermediate radioactive waste short-live time. The researches considered in this thesis supported by industrialcompanies, focus on the hydraulic study of cap cover materials of the site, and their hydromechanical improvement.The aim is to improve their impermeability in order to be substituted to the geomembrane as cap cover liner. Aspecification imposed by Andra was to consider a solution of the re-use of the in situ material by adding of additive.The initial material is a sandy silt, a material with a significant proportion of fines. In the literature there are manystudies on the mechanical improvement of fine materials (applications to road infrastructure) and the treatment ofsandy materials by adding a fine fraction (constitution of waterproof barriers). On the other hand there are very fewstudies on the impermeability improvement of fine soils. A physical tests campaign on treated materials withbentonite was carried out at various treatment rates. The results showed that the addition of additive induces adecrease in optimum dry unit weight for a normal Proctor compaction energy and increases their optimum watercontent. In addition, the susceptibility to erosion, internal or external, observed during oedopermeameter test wasassessed from various stability criteria available in the literature. Unlike the treatment of soil for road embankments,the increase of the material stiffness is not wanted and flexibility is preferred what is observed with the treatmenttested. The comparative hydraulic conductivity of the untreated and treated materials were measured. In this studydifferent devices (oedopermeametere, permeameters, triaxials device) were used. The influence of the treatment rateof the material on the decrease of the hydraulic conductivity was observed. Four large scale experimentations weredesigned; they should be monitored for several years. The initial hydraulic conductivity measurements on siteshowed that the results were compatible with those obtained in the laboratory tests. These large scaleexperimentations will demonstrate the possible evolution of the material improvement. The monitoring of this siteexperimentation is a preliminary test require before the application of the selected treatment on the cap cover of theCSM.

La question du stockage de chaleur est non négligeable dans le contexte actuel. L’une des solutions est l’utilisation de matériaux à changement de phase (MCP). Cependant leurs propriétés thermiques restent inadaptées et il est absolument nécessaire d'utiliser un substrat conducteur afin de maximiser le rendement de ces systèmes.L’objectif de cette thèse est la compréhension et la caractérisation des phénomènes physiques mis en œuvre, et l’optimisation de structures architecturés dans de tels systèmes de stockage de chaleur. Une double démarche a été adoptée à la fois expérimentale et numérique sur des structures d’accueil du MCP relativement simples (ailettes) puis plus complexes (mousses ouvertes). Nous avons pu étudier des paramètres géométriques (longueur, porosité, espacement et épaisseur des ailettes, taille de cellules des mousses) de la structure d'accueil, de son matériau constitutif et de son orientation. Les résultats expérimentaux corroborent les simulations numériques menées ce qui a permis de réaliser une étude plus systématique sur les paramètres analysés et notamment d’identifier dans quel cas il fallait prendre en compte la convection naturelle. Enfin à partir de ces résultats nous avons développé un outil permettant d’optimiser des structures pour un cahier des charges défini. / The problematic of heat storage is important in the present context. One of the solutions is to use phase change materials (PCM). Nevertheless their thermal properties are poors and a conductive substracte must absolutely be used in order to maximise the yield of theses systems.The purposes of this PhD are the physics phenomena implementation understanding and characterization, and the optimization of architectured structures for heat storage systems. A dual approach was adopted both experimental and numerical on simple PCM reception structures (fins) and on more complex ones (open foams). We analyzed influences of geometrical parameters (system lenght and porosity, thickness and space betweens fins, cellfoam size) from reception structure, its constituent material and its orientation. Experimental results support well with numerical simulations. This permits to pursue a more systematical study about analyzed parameters, and notably to identify in which cases natural convection has to be taken into account. Finally, from these results, we developped a tool which permits to optimize architectured structures for a defined bill of specifications.

Cette étude porte sur les systèmes de stockage thermique régénératif dont le principe consiste à stocker de l’énergie sous forme de chaleur sensible dans un lit fixe. Le système est chargé et déchargé à l’aide d’un fluide caloporteur circulant à travers le lit fixe. Ce type de système est prometteur pour réduire le coût des infrastructures de stockage, par exemple dans les centrales solaires thermodynamiques. Cependant, le pilotage de ces systèmes est relativement complexe car leur fonctionnement est régi par divers phénomènes et met en jeux plusieurs modes de transfert de chaleur. Leur identification a permis de développer un modèle numérique monodimensionnel constitué d’une équation de continuité et de trois équations d’énergie : une pour le fluide caloporteur, une pour le solide du lit fixe et une pour les parois du réservoir. Les études expérimentales réalisées sur trois systèmes différents (un système huile/roches+sable, un système gaz/roches et un système gaz/céramique structuré en canaux), ainsi que des résultats issus de la littérature ont permis de valider le modèle proposé dans une large gamme de configurations. Le modèle s’avère notamment capable de traiter les fluides caloporteurs liquides ou gazeux et les lits fixes structurés en canaux ou constitués de milieux granulaires à granulométrie simple ou double. / This study deals with regenerative heat storage systems which aim to store sensible heat in a packed bed. The system is charged and discharged thanks to a heat transfer fluid which circulates through the packed bed. This kind of system is promising to reduce the cost of heat storage facilities, for example in concentrated solar power plants. However, the operation of these systems is relatively complex because their thermal behavior is governed by several phenomena and heat transfer modes. Thanks to the identification of these mechanisms, a one-dimensional numerical model consisting of one continuity equation and three energy conservation equations has been developed. There is one energy equation for the heat transfer fluid, one for the packed bed and one for the walls of the tank. The experimental studies carried out on three different systems (an oil/rock+sand system, a gas/rock system and a structured gas/ceramic system) and experimental results from the literature have enabled to validate the model in various configurations. The model is able to deal with liquid or gaseous heat transfer fluids and with structured packed beds with channels or granular packed beds with uniformly sized particles or particles of two different sizes.

Cette thèse se situe dans le cadre de l'étude des réseaux faiblement interconnectés (puissance échangée limitée)ou isolés, alimentés principalement par des sources d'origine renouvelable. Afin d'équilibrer à chaque instant la production et la consommation, des groupes électrogènes ou des systèmes de stockage sont insérés. Les travaux portent sur deux grands objectifs. Le premier est de déterminer un mode de fonctionnement des moyens de stockage et de production afin d'exploiter le système à coût minimal en fonction des conditions météorologiques (prévision de la production renouvelable), tarifaires et de la consommation. Une seconde méthode d'optimisation est développée, prenant compte également les contraintes du réseau. Le deuxième objectif est la détermination de la meilleure localisation des moyens de stockage et de production sur le réseau. Une installation optimale permet de réduire les pertes en ligne, d'améliorer la qualité de la tension et ainsi de limiter le renforcement du le réseau aux points critiques. Le concept de stockage réparti (ou décentralisé) est introduit. La répartition de la capacité globale de stockage et le choix des paramètres de fonctionnement des onduleurs (pour répartir les appels de puissance) sont proposés. La simulation d'un cas d'application (réseau de Corse) permet de valider les outils développés. / This thesis concern isolated or weakly interconnected networks (limited power exchanged), powered essentially by renewable sources. To balance at any time between production and consumption, generators and storage systems are inserted.The work will focus on two main objectives. The first is to determine an operation mode of the generators and storage system at minimal cost depending on the weather (forecast of renewable generation), pricing and consumption. Optimization with network constraint is also developed. The second objective is to find the best places to install these resources on the network. A good location helps reduce line losses and improve voltage quality, which helps limit to reinforce the network at critical points. The concept of distributed storage (or decentralized) is introduced. The distribution of the overall storage capacity and choice of operating parameters of the inverters (to share the demanded power) are proposed. The simulations on an application case help to validate the developed tools.

L’objectif de ce travail de thèse porte sur le stockage chimique du CO2 émis par l’industrie sidérurgique. Le processus de carbonatation directe de l’olivine et l’influence des conditions opératoires est évaluée afin d’optimiser le rendement de la réaction. Cependant, pour une acceptabilité environnementale et une rentabilité économique du projet, la récupération et la valorisation des produits de la carbonatation doivent toutes deux être considérées. La séparation des particules de chromite contenues dans l’olivine et inertes au cours de carbonatation, est tout d’abord étudiée par flottation en amont de la carbonatation. L’expérience de carbonatation montre qu’il est également possible d’extraire la chromite par séparation magnétique. Le rendement de carbonatation étant limité à 40 %, la séparation gravimétrique par sédimentation est alors envisagée pour récupérer les particules d’olivine résiduelle contenues dans les produits de la réaction, afin de les recycler dans le processus de carbonatation. Le tamisage des produits permet ensuite de concentrer les carbonates de métaux dans la fraction de particules de taille inférieure à 40 µm, tandis que la fraction comprise entre 40 et 106 µm contient davantage de silice. Cependant, la coprécipitation de carbonates mixtes liée à la présence de fer et de nickel inclus dans la matrice de magnésium compromet la purification et la valorisation optimale des produits de la carbonatation. De plus, la formation d’une couche de passivation en surface des particules limite la conversion de l’olivine. Un prétraitement de l’olivine est alors envisagé pour la lixiviation sélective du nickel en solution ammoniacale. Enfin, la carbonatation indirecte qui consiste en la dissolution préliminaire de l’olivine et la précipitation sélective des espèces avec un contrôle du pH de la solution se révèle être une alternative intéressante, imaginée pour l’augmentation du rendement de la carbonatation et l’obtention de produits de pureté satisfaisante / This work deals with the study of direct carbonation of olivine in solution, for the chemical transformation of CO2 emitted by the industries. The influence of operating conditions is evaluated in order to optimize the yield of the reaction. However, for environmental acceptability and economic viability of the project, the beneficiation of recoverable metals and products is considered. Chromite particles contained in olivine are unreactive during the carbonation reaction: the separation is developed by flotation upstream of the reaction. According to the results, the extraction of chromite by magnetic separation is also conceivable. Gravimetric separation by sedimentation is considered to recover residual olivine in the reaction products, in order to recycle them in the carbonation process. Products sieving allowed to concentrate carbonates (less than 40 µm) and silica (between 40 and 106 µm). However, the co-precipitation of mixed carbonates due to the presence of iron and nickel included in the magnesium matrix, compromises the purification and the optimal valorization of the solids. Moreover, the formation of a passivation layer on the particles surface limits the conversion of olivine. Pretreatment of olivine is envisaged for the leaching of nickel in ammoniac solution. Besides, preliminary dissolution of olivine and selective precipitation of species with pH control of the solution can be an interesting alternative for higher carbonation extent and more efficient purification of the products

Les systèmes à énergies renouvelables couplés à un stockage hydrogène apportent des solutions nouvelles et innovantes à l'alimentation électrique des milieux peu ou non électrifiés. Le concept de batterie H2 qui équipe ce type de système est une forme de stockage originale qui apporte l'autonomie et l'indépendance électrique pour des longues durées (typiquement stockage saisonnier). Le fonctionnement de cette batterie H2 est le suivant : un électrolyseur produit des gaz (H2 et O2) avec les surplus d'énergie de la source renouvelable ; l'hydrogène, voire l'oxygène, est ensuite stocké dans des réservoirs pour être utilisé ultérieurement grâce à une pile à combustible lorsque la source renouvelable est insuffisante. Dans cette étude, nous nous intéresserons spécifiquement au couplage entre des générateurs photovoltaïques avec une batterie H2/O2 pour l'alimentation d'un site isolé sans interruption. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-PanH 2007-2012) et ont été menés en partenariat avec HELION Hydrogen Power, le CEA Liten et l'Université de Corse. Le projet est également labellisé par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. Tout d'abord, une réflexion générale s'appuyant sur les propriétés d'une batterie H2/O2 démontre la nécessité d'introduire une batterie (ici au plomb) pour garantir un fonctionnement instantané et sans interruption. Puis, une étude qualitative sur les architectures électriques possibles (bus de tension DC, AC…) a été menée pour s'achever sur une étude quantitative réalisée spécifiquement pour le projet PEPITE. Parallèlement à cela, différentes stratégies de gestions énergétiques ont été proposées afin d'utiliser les deux stockages dans les meilleures conditions, de limiter leur vieillissement ainsi que les pertes. Deux bancs d'essais à échelle réduite (un premier à bus DC et un second à bus AC) ont été réalisés au sein du laboratoire LAPLACE afin de valider les études et de préparer le prototype final qui sera testé sur le site de HELION Hydrogen Power au cours de l'été 2011.