Le projet Smart Thermogène Grid® s’intègre dans la dynamique actuelle d’économie d’énergie en s’intéressant à la mise en œuvre de solutions de récupération et de stockage des énergies fatales et renouvelables dans le bâtiment résidentiel. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une approche globale permettant le choix et le dimensionnement de ces systèmes. Ce manque freine leur intégration au sein du bâtiment ainsi que l’évolution du bilan énergétique. Dans ce contexte, une modélisation de type « boites grises » qui se base sur un assemblage de modules (récupérations sur air extrait, sur eaux usées et solaire, stockages géothermique et en cuve) a été développée. Ce type de démarche permet une simplification importante du modèle complet et une réduction considérable du nombre de paramètres à déterminer. Il devient alors possible de mettre en place une méthode d’optimisation sous contrainte de type GPS afin d’aboutir à un dimensionnement physique. Une solution discrète est ensuite proposée grâce à une recherche dans des bases de données. Il est ainsi possible de répondre à la problématique et de proposer un dimensionnement cohérent du SThG®. / The goal of the SThG® project is to recycle, to store and to manage unavoidable and renewable energies in the residential building. The aim of the work performed is to fill the lack of research on global sizing of systems, which is a barrier to the evolution of the energy balance of the building. Indeed, available tools are not adapted to make optimized choices and to size systems as they are very time-consuming. That is why an alternative model has been found. This work can be divided into two main steps. The first one, consists in doing a simplified model of a building and its systems. The second one in applying optimization to have the best choice and the better sizing of those systems according to energy and economic criterions. To solve this problem a model has been developed and two blocks can be identified. The first block is composed of two main points: the establishment of a physical model and the physical optimization. First, a macroscopic model of a building and its systems (recovery, storage and generation) has been created. This model is as much as generic as possible in order to represent a huge part of systems. But, it is also precise to ensure a good description of the real way they work and to allow the link to systems after the physical optimization during block two. Secondly, a Global Pattern Search optimization is used to find the best physical solution according to the constraints of the situation. The second block permits to find solutions in a discrete data basis of systems. These two blocks allow a durability of the tool, indeed the mechanism of optimization depends on the physical model. It will be possible to enrich the data basis of the second block without reconsidering the first one. Thanks to this work, a consistent choice and sizing of systems can be found.

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Dans cette thèse on s’intéresse à un modèle de faute Byzantins Mobiles. Jusqu’à présent, seulement le problème du Consensus a été résolu en présente de faute Byzantines Mobiles et plusieurs variations de ce modèle de faute ont été proposé. Pour chacun de ces modelés ont été prouvées les bornes inferieures du nombre de processus correct nécessaire et des solutions asymptotiquement optimales ont été proposées. Notre première contribution porte sur les registres repartis dans ce modèle. Les registres repartis sont l’abstraction à la base du stockage reparti. Ces résultats préconisent donc notre deuxième contribution principale, un modèle de faute Byzantine Mobile généralisé. Notre troisième contribution est un ensemble de preuves de nécessité et d’impossibilité pour les registres repartis dans ces modèles. En particulier on prouve qu’il n’est pas possible d’implémenter la spécification plus faible des registres dans un système asynchrone. Par contre, pour les systèmes synchrones, on prouve des bornes inferieures et propose des protocoles asymptotiquement optimaux pour le registrer régulier. Pour conclure, notre dernière contribution porte sur le problème d’accord approximé, une forme affaiblie du consensus. On résout ce problème dans le modèle basé sur ronde, le même du consensus. En outre, il est intéressant de noter qua dans le modèle statique, la borne inferieure sur le nombre de répliques est la même pour le consensus et pour le problème d’accord approximé. Le même invariant s’applique avec les fautes byzantine mobiles. De plus, on accompagne ces bornes inferieures avec une solution asymptotiquement optimale pour le problème d’accord approximé. / In this thesis we consider a model where Byzantine failures are not fixed, we consider the so called Mobile Byzantine failures. So far, only Consensus problem has been solved in presence of Mobile Byzantine failures and interestingly different variations of this failure model have been proposed. For each of them have been proved lower bounds on the number of required processes and have been proposed tight solutions. Our first contribution concerns distributed Registers in such strong model. Distributed Registers are the basic abstraction for Distributed Storages. This advocates our second and main contribution, a general Mobile Byzantine Failure Model. Our main focus is about Distributed Registers, so our third contribution comes, we prove necessities and impossibilities in those models. In particular we prove that is it not possible to solve the weakest register specification in an asynchronous system. On the other side we prove lower bounds for the synchronous system, with respect to the proposed hierarchy models, and tight protocols to solve the Regular Register problem. To conclude, our last contribution is about the Approximate Agreement problem, a weaker form of Consensus. We solve such problem in the same round-based models as Consensus so far. The interesting result is the following, in presence of static Byzantine failures, lower bounds on the number of correct replicas does not change between consensus and approximate agreement. The same invariant still holds in presence of Mobile Byzantine failure. Moreover, along with lower bounds we propose a tight solution to solve approximate agreement.

La conception des systèmes distribués est une tâche onéreuse : les objectifs de performance, d’exactitude et de fiabilité sont étroitement liés et ont donné naissance à des compromis complexes décrits par de nombreux résultats théoriques. Ces compromis sont devenus de plus en plus importants à mesure que le calcul et le stockage se sont déplacés vers des architectures distribuées. De plus, l’absence d’approches systématiques de ces problèmes dans les outils de programmation modernes les a aggravés — d’autant que de nos jours la plupart des programmeurs doivent relever les défis liés aux applications distribués. En conséquence, il existe un écart évident entre les abstractions de programmation, les exigences d’application et la sémantique de stockage, ce qui entrave le travail des concepteurs et des développeurs. Cette thèse présente un ensemble de contributions tourné vers la conception de systèmes de stockage distribués fiables, en examinant ces questions à travers le prisme de la cohérence. Nous commençons par fournir un cadre uniforme et déclarative pour définir formellement les modèles de cohérence. Nous utilisons ce cadre pour décrire et comparer plus de cinquante modèles de cohérence non transactionnelles proposés dans la littérature. La nature déclarative et composite de ce cadre nous permet de construire un classement partiel des modèles de cohérence en fonction de leur force sémantique. Nous montrons les avantages pratiques de la composabilité en concevant et en implémentant Hybris, un système de stockage qui utilise différents modèles pour améliorer la cohérence faible généralement offerte par les services de stockage dans les nuages. Nous démontrons l’efficacité d’Hybris et montrons qu’il peut tolérer les erreurs arbitraires des services du nuage au prix des pannes. Enfin, nous proposons une nouvelle technique pour vérifier les garanties de cohérence offertes par les systèmes de stockage du monde réel. Cette technique s’appuie sur notre approche déclarative de la cohérence : nous considérons les modèles de cohérence comme invariants sur les représentations graphiques des exécutions des systèmes de stockage. Une mise en œuvre préliminaire prouve cette approche pratique et utile pour améliorer l’état de l’art sur la vérification de la cohérence. / Engineering distributed systems is an onerous task: the design goals of performance, correctness and reliability are intertwined in complex tradeoffs, which have been outlined by multiple theoretical results. These tradeoffs have become increasingly important as computing and storage have shifted towards distributed architectures. Additionally, the general lack of systematic approaches to tackle distribution in modern programming tools, has worsened these issues — especially as nowadays most programmers have to take on the challenges of distribution. As a result, there exists an evident divide between programming abstractions, application requirements and storage semantics, which hinders the work of designers and developers.This thesis presents a set of contributions towards the overarching goal of designing reliable distributed storage systems, by examining these issues through the prism of consistency. We begin by providing a uniform, declarative framework to formally define consistency semantics. We use this framework to describe and compare over fifty non-transactional consistency semantics proposed in previous literature. The declarative and composable nature of this framework allows us to build a partial order of consistency models according to their semantic strength. We show the practical benefits of composability by designing and implementing Hybris, a storage system that leverages different models and semantics to improve over the weak consistency generally offered by public cloud storage platforms. We demonstrate Hybris’ efficiency and show that it can tolerate arbitrary faults of cloud stores at the cost of tolerating outages. Finally, we propose a novel technique to verify the consistency guarantees offered by real-world storage systems. This technique leverages our declarative approach to consistency: we consider consistency semantics as invariants over graph representations of storage systems executions. A preliminary implementation proves this approach practical and useful in improving over the state-of-the-art on consistency verification.

Ce travail s'appuie sur un nouveau bilan concernant les 70 structures en creux mésolithiques du site du « Parc du Château » à Auneau (Eure-et-Loir), datées entre 8 000 et 5 500 ans avant J.-C. Leurs fonctions variées — sépultures, dépôts intentionnels de restes animaux, foyers en fosse, calages de poteau, extraction, stockage, dépotoirs — évoquent des installations d'une certaine durée. Une enquête étendue à une bonne partie de l'Europe permet de recenser plus d'une centaine d'autres sites mésolithiques livrant des structures analogues, parfois en grand nombre. Il en ressort une image très éloignée de la vision traditionnelle de ces sociétés (cf. chasseurs-collecteurs très mobiles aux campements temporaires sommairement aménagés). Deux types de structures retiennent particulièrement l'attention : les fosses destinées au stockage alimentaire enterré (cf. silos) laissent envisager une consommation différée de fruits à coque (noisettes, glands) permettant de s'affranchir des cycles saisonniers ; les fosses-dépotoirs attestent, quant à elles, une gestion des déchets évoquant des installations durables. On en déduit que le développement de stratégies de subsistance adaptées à un riche environnement post-glaciaire a pu favoriser la sédentarisation de certains groupes de chasseurs-collecteurs stockeurs dès le Mésolithique moyen — bien avant donc les premiers contacts avec les populations néolithiques. L'apparition des premiers cimetières en Europe constitue un autre indice très évocateur d'une restriction de la mobilité, également perceptible à travers certains impacts anthropiques sur le milieu et divers types d'équipement (outillage lourd, vannerie, pirogues, pêcheries). / Our research leans on new analysis about the Mesolithic pits discovered during the excavation at "le Parc du Château" in Auneau (Eure-et-Loir; France). These 70 pits date between 8.000 and 5.500 cal. BC. Their various functions — i.e. graves, faunal hoards, pit-hearths, post-holes, extraction, storage, rubbish dumps — evocate long duration settlements. A European survey links to record more than 100 sites With such features, sometimes very numerous. These new data provide an original pattern, quite different from the traditional models of very mobile hunter-gatherer and short time encampment. Two kinds of features seem to be especially significant: food storage pits (similar to silos) may have allowed a delayed consumption of nuts (hazelnut or acorn) providing the bulk of food during the season of scarcity; rubbish pits indicate waste management linked to long term dwellings. From our point of view new subsistence strategies related with rich post-glacial environmental resources may allow some storing hunter-gatherer groups to adopt a sedentary way of life Since the middle Mesolithic — i.e. several millennia before the first interactions with Neolithic populations. The emergence of actual cemeteries in Euro e at the same period reveals also decreasing mobility evidence likewise some anthropogenic impacts on the environment and various equipment such as heavy lithic tools, basketry, pirogue, fishery, and so on.

Récemment, sous des pressions de plusieurs gigapascals, de nouveaux hydrures ont été synthétisés avec des propriétés étonnantes potentiellement porteuses de ruptures technologiques pour le stockage de l’hydrogène ou la supraconductivité. Plusieurs superhydrures sont étudiés expérimentalement et simulés par DFT dans cette thèse. Les diagrammes de phases en pression de LiBH4 et NaBH4, deux composés d’intérêt pour le stockage de l’hydrogène, sont explorés par diffraction de rayons X, spectroscopie Raman et infrarouge jusqu’à des pressions de 300 GPa sans observer de décomposition. L’insertion d’hydrogène dans NaBH4 donne le super-hydrure NaBH4(H2)0.5. Pour éclaircir l’interprétation de la supraconductivité record à 200 K trouvée dans H2S sous pression, le super-hydrure H3S a été synthétisé à partir des éléments S et H. Les résultats de diffraction semblent en désaccord avec l’interprétation communément admise qu’H3S en phase Im-3m est responsable de cette supraconductivité et laisse la porte ouverte à d’autres interprétations. Enfin, les super-hydrures CrHx avec x=1, 1.5 et 2 ont également été synthétisés à partir des éléments et caractérisés par diffraction de rayons X. Si ces hydrures correspondent bien àceux qui avaient été prédits numériquement, l’absence des stoechiométries plus élevées est discutée. Pour mesurer les températures de supraconductivité calculées dans les superhydrures MHx, une cellule à enclumes de diamant miniature permettant une détection de l’effet Meissner a été développée. / Recently, under pressures of several gigapascals, new hydrides have been synthesised with striking properties that may herald technological breakthroughs for hydrogen storage and superconductivity. In this PhD thesis, several superhydrides have been studied experimentally and simulated by DFT. The pressure phase diagrams of LiBH4 and NaBH4, two compounds of interest for hydrogen storage, have been explored thanks to X-ray diffraction and Raman and infrared spectroscopy up to pressures of 300 GPa without observing any decomposition. The insertion of hydrogen inside NaBH4 generates the superhydride NaBH4(H2)0.5. To refine the interpretation of the record superconductivity found in H2S under pressure at 200 K, the superhydride H3S has been synthesised from S and H elements. The results of the diffraction study seem to be at odds with the commonly accepted interpretation that Im-3m H3S is responsible for the superconductivity observed and leaves the door open to other interpretations. Finally, CrHx hydrides with x = 1, 1.5 and 2 have also been synthesised from the elements and characterised by X-ray diffraction. Although these hydrides do correspond to the ones that had been numerically predicted, the absence of the expected higher stoichiometries is discussed. To measure the superconductivity temperatures calculated for MHx hydrides, a miniature diamond anvil cell which allows the detection of a Meissner effect has been developed.

Cette thèse consiste à développer des mécanismes distribués pour la gestion de ressources dans les réseaux cellulaires futurs. Dans la première partie de cette thèse, les défis techniques et économiques pour la mise en œuvre des politiques de stockage distribuées dans les réseaux à petites cellules sont traités. En particulier, un mécanisme de stockage proactif est proposé permettant aux stations de base d'exploiter les informations extraites des réseaux sociaux afin d'estimer la popularité locale des fichiers avant de le stocker. Une autre approche de stockage optimisée est proposée pour les réseaux cellulaires ultra-denses tout en prenant en compte les variations instantanées de l'état des unités de stockage. Pour faciliter le déploiement de ces solutions de stockage, de nouveaux mécanismes économiques sont développés pour motiver les fournisseurs de contenu à coopérer avec les opérateurs réseaux et stocker leurs fichiers au sein des petites stations de base. Dans la deuxième partie de cette thèse, le problème de gestion du spectre est étudié dans des réseaux contenant des stations de base munies de capacités de stockage ainsi que dans les systèmes LTE-U. En particulier, une approche de gestion de backhaul distribuée est proposée pour des réseaux cellulaire ayant des capacités de stockage et des liens de backhaul hétérogènes. D'autre part, un modèle multi-jeux est proposé comme un nouvel outil de la théorie des jeux pour faire face aux nouveaux problèmes d'allocation de ressources qui émergent avec l'introduction de la technologie LTE-U dans les réseaux sans fil. A cet égard, un multi-jeux composé de deux sous-jeux de types différents est formulé pour optimiser la coexistence des stations de base LTE-U et utilisateurs WiFi sur les bandes non-licenciés, tout en empêchant les stations de base LTE-U de dégrader la performance du réseau WiFi. / This thesis consists in developing distributed mechanisms for resource allocation in next-generation cellular networks. In the first part of this thesis, the technical and economic challenges for the implementation of distributed storage policies in small cell networks are addressed. In particular, a proactive storage approach is proposed enabling the small base stations to exploit the information extracted from online social networks to estimate the local popularity of the files. Another optimized storage approach is proposed for ultra-dense cellular networks while accounting for the instantaneous variations of the state of the storage units. To facilitate the deployment of these storage solutions, new economic mechanisms are developed to motivate content providers to cooperate with network operators and store their files within the operators' small base stations. In the second part of this thesis, the problem of spectrum management is studied in cache-enabled small cell networks as well as LTE-U systems. In particular, a distributed backhaul management approach is proposed for cellular networks with heterogeneous backhaul links. On the other hand, a multi-game framework is proposed as a new game theoretic tool to cope with the new resource allocation problems that emerge with the introduction of LTEU technology in wireless networks. In this regard, a multi-game composed of two subgames of different types is formulated to optimize the coexistence of LTE-U base stations and WiFi users over unlicensed bands, while preventing LTE-U base stations from jeopardizing the WiFi users.

Les moteurs à combustion interne utilisés pour propulser les véhicules routiers produisent des gaz à effet de serre, l’une des causes probables des changements climatiques actuellement observés partout sur la planète. L’utilisation de véhicules électriques représente une alternative intéressante à cette problématique. Grâce aux nouvelles générations de piles, il est désormais possible de recharger les véhicules électriques rapidement, ce qui peut favoriser leur adoption. Afin de réduire l’impact de cette recharge rapide sur le réseau électrique, une solution est d’emmagasiner de l’énergie lors de périodes creuses de consommation énergétique pour recharger les véhicules électrique rapidement lors des périodes de forte demande. La présente thèse fait état de travaux visant le développement d’un système de stockage inertiel d’énergie à moyen terme destiné à cette problématique des véhicules électriques. La conception de ce type de système nécessite l’étude de plusieurs domaines du génie mécanique et du génie électrique. Les recherches présentées dans cette thèse s’intéressent principalement à la dynamique des rotors, à la mécanique des matériaux et aux roulements magnétiques passifs. Plusieurs outils théoriques ont été développés pour prévoir le comportement dynamique du système et pour prédire les contraintes internes induites par la rotation. Plusieurs parmi ceux-ci ont été validés théoriquement grâce à des cas présentés dans la littérature, ainsi qu’expérimentalement à l’aide d’un système de stockage expérimental original. Ce dernier a aussi été utilisé pour valider plusieurs concepts théoriques de la dynamique des rotors qui sont peu discutés dans la littérature, c’est-à-dire l’influence des imperfections des roulements magnétiques passifs radiaux et du moteur à aimants permanents sur le comportement du système. Pour ce faire, des roulements magnétiques passifs radiaux réduisant les pertes mécaniques dans le système ont été conçus, fabriqués et caractérisés en utilisant une méthodologie novatrice. Il a été démontré expérimentalement qu’il est possible d’utiliser le principal défaut de ce type de roulements, c’est-à-dire leur instabilité, afin de réduire les pertes induites par une butée axiale à bille. Finalement, les premières étapes du développement d’un composite lourd utilisant l’acier comme renfort sont présentées. Mots-clés : Dynamique de rotor; Roulement magnétique passif; composite lourd; renfort d’acier; validation expérimentale; Moteur synchrone à aimants permanents; Stockage inertiel. / Internal combustion engines used to propel road vehicles produce greenhouse gases, one of the probable causes of global warming, a phenomenon currently observed everywhere on the planet. The use of electric vehicles is an interesting alternative to reduce the production of those gas emissions. New battery technologies enable rapid electric vehicles recharge, a feature which might increase their adoption. In order to reduce the impact of this rapid charging on the grid, an attractive solution is to store energy during periods of low consumption and then use it rapidly to recharge the onboard batteries during high demand periods. This thesis reports the work aimed at the development of a flywheel energy storage system that would solve this problem for electric vehicles. The design of such a system requires the study of multiple disciplines related to both mechanical and electrical engineering. The areas of research presented in this thesis are rotor dynamics, materials strength and behavior and passive magnetic bearings. Several theoretical tools were developed in order to predict the behavior of the system during operation and to estimate the internal stresses induced by the rotation. These tools were theoretically validated using reference cases presented in the literature and experimentally with the help of an actual storage system developed for this research. This system was also used to validate several rotor dynamics theoretical concepts that are rarely discussed in the literature, namely the influence of the imperfections in the passive magnetic bearings on the behavior of the system. To achieve this study, radial passive magnetic bearings were developed, fabricated and characterized using a novel technique. It has been demonstrated that it is possible to use the main flaw of this type of bearing, its instability, to reduce the mechanical losses induced by the mechanical thrust bearing. Finally, the first steps of the development of a new heavy composite that uses steel wires as reinforcement are presented. Keywords: Passive magnetic bearing; Rotor dynamics; Heavy composite; Steel reinforced plastics; Experimental validation; Permanent magnet synchronous motor; Flywheel energy storage.

Dans le présent travail, un modèle de « hub énergétique » a été utilisé pour concevoir des réseaux combinés de chauffage et de refroidissement afin de bénéficier des synergies potentielles. Les réseaux de chauffage et de refroidissement font partie intégrante de divers bâtiments, campus ou villes. Le concept de réseau thermique intelligent et de « hub énergétique » plaide en faveur de l'intégration thermique pour bénéficier des synergies potentielles et faciliter l'utilisation des sources d'énergie renouvelables. Dans ce système intégré, les pompes à chaleur peuvent être utilisées pour récupérer la chaleur de la boucle de refroidissement et la fournir à la boucle de chauffage. La récupération de la chaleur résiduelle peut aider à réduire les coûts d'exploitation et les émissions de gaz à effet de serre. Les charges de chauffage et de refroidissement du réseau peuvent être satisfaites par des chaudières au gaz naturel, des radiateurs électriques, des refroidisseurs et des pompes à chaleur. La conception du système et son fonctionnement ont été optimisés en termes de coût et d'émissions de gaz à effet de serre sous différentes combinaisons de charges de chauffage et de refroidissement. Les configurations de hub optimisées pour les scénarios avec et sans récupération de chaleur perdue ont été comparées, montrant que les pompes à chaleur étaient bénéfiques dans tous les scénarios. La capacité optimale des pompes à chaleur pour minimiser le coût total s'est avérée être d'environ 80% de la valeur maximale possible à partir d'une analyse thermodynamique des charges. La minimisation simultanée des coûts et des émissions a révélé une transition relativement nette du chauffage au gaz au chauffage électrique, car l'accent est davantage mis sur les émissions que sur les coûts, mais dans tous les cas, la récupération de la chaleur perdue avec des pompes à chaleur a été largement utilisée pour satisfaire les charges de chauffage et de refroidissement. Ensuite, en gardant le même cadre conçu ci-dessus, une méthode a été développée pour indiquer comment les unités de stockage d'énergie thermique (SET) peuvent contribuer à réduire le coût total d'un réseau thermique. Nous avons développé une méthode montrant comment les unités SET, couplées à des pompes à chaleur, peuvent contribuer à réduire le coût total d'un réseau thermique. Un modèle d'optimisation est introduit, basé sur un modèle de hub énergétique comprenant des chaudières au gaz naturel, des radiateurs électriques et des refroidisseurs. Pour différents profils de charge, les réseaux thermiques intégrant des pompes à chaleur seules, SET seules ou une combinaison des deux sont comparés à un hub de référence sans intégration thermique. Il a été constaté que l'inclusion à la fois du SET et des pompes à chaleur génère plus de bénéfices que lorsqu'elles sont utilisées séparément, étendant l'utilisation synergique des pompes à chaleur pour satisfaire à la fois les charges de chauffage et de refroidissement. De plus, l'intérêt du SET lorsque les composants du système(refroidisseur ou chaudière) sont sous-dimensionnés est évalué. Il a été observé que dans ces cas, le SET contribue à satisfaire les demandes thermiques. Cependant, en raison de la configuration du système, il existe une limite de sous-dimensionnement du refroidisseur que les unités SET peuvent compenser. Ensuite, l'influence du fonctionnement à charge partielle des dispositifs du hub énergétique a été étudiée pour le même hub énergétique. Dans la pratique, l'efficacité à charge partielle des équipements tels que les refroidisseurs, les chaudières et les pompes à chaleur doit être prise en compte dans la conception et le contrôle des réseaux de chauffage et de refroidissement car elle peut fortement affecter leurs performances globales. Cependant, les modèles d'optimisation tels que les hubs énergétiques considèrent généralement des efficacités constantes en raison du défi de mettre en œuvre l'efficacité à charge partielle dans de tels modèles. Par conséquent, l'impact des courbes d'efficacité à charge partielle sur les résultats d'optimisation des hubs énergétiques n'est souvent pas clair, en particulier lorsque plusieurs appareils sont inclus. Dans ce travail, le coût total sur la vie d'un système de réseaux combinés de chauffage et de refroidissement a été optimisé sur la base d'un hub énergétique dans lequel des dispositifs d'efficacité à charge partielle (chaudières à gaz naturel, radiateurs électriques, refroidisseurs électriques et pompes à chaleur) ont été modélisés. Le modèle a été linéarisé et étudié sous différentes combinaisons de charges thermiques. Une méthode itérative a été développée pour optimiser la conception et l'exploitation du pôle énergétique dans ce contexte. Pour déterminer l'impact des efficacités à charge partielle, chaque appareil a été examiné individuellement tandis que l'efficacité des autres appareils est restée constante. L'erreur résultant de l'hypothèse d'un rendement constant a ensuite été calculée sur la base d'un hub de référence avec des rendements constants. Les résultats ont indiqué une erreur maximale sur le coût total de 1,85 %, 0,6 % et 0,16 % en supposant un rendement constant pour les chaudières, les refroidisseurs et les pompes à chaleur respectivement. Les charges pour lesquelles ces erreurs maximales se produisent ont ensuite été choisies pour optimiser le hub avec tous les appareils modélisés avec une courbe d'efficacité à charge partielle. Les erreurs ont augmenté à 1,9 %, 0,71 % et 1.49 %, respectivement. Enfin, le potentiel de récupération de chaleur perdue (WHR) d'un atelier de fabrication a été évalué. Dans un premier temps, les sources de chaleur résiduelle ont été identifiées et évaluées, ce qui a conduit à la préparation d'une carte de chaleur résiduelle pour l'entreprise. Par la suite, trois principales méthodes de récupération de la chaleur ont été choisies et analysées pour l'usine. Pour les étés, la possibilité de remplacer les refroidisseurs actuels de bureaux par un refroidisseur à absorption simple effet de 52 kW a été étudiée, ce qui coûterait 8,000 CAD de plus que les refroidisseurs actuels sur 20 ans. Pour les hivers, le flux de chaleur résiduelle conditionné peut être utilisé à des fins de chauffage local au lieu d'utiliser les systèmes de chauffage électrique actuellement utilisés, ce qui permettrait d'économiser environ 110,000 CAD sur 20 ans. Pour le reste de l'année, la consommation interne d'eau chaude de l'entreprise peut être fournie en utilisant un chauffe-eau hybride (WHR+ électricité), ce qui permettrait d'économiser environ 2,000 CAD sur la même période. / In the present work, an "energy hub" template was employed to design combined heating and cooling networks to benefit from potential synergies. Heating and cooling networks are integral components of various buildings, campuses, or cities. The concept of smart thermal grid and "energy hub" argue in favor of thermal integration to benefit from potential synergies and facilitate the use of renewable energy sources. In this integrated system, heat pumps can be used to recover heat from the cooling loop and supply it to the heating loop. Waste heat recovery can help reducing operation costs and greenhouse gas emissions. Heating and cooling loads of the network can be satisfied by natural gas boilers, electric heaters, chillers, and heat pumps. The design of the system and its operation were optimized with respect to cost and greenhouse gas emissions under different combinations of heating and cooling loads. The optimized hub configurations for scenarios with and without waste heat recovery were compared, showing that heat pumps were beneficial in all scenarios. The optimal capacity of heat pumps to minimize total cost was found to be ~80% of the maximal possible value from a thermodynamic analysis of the loads. The simultaneous minimization of cost and emissions revealed a relatively sharp transition from gas to electric heating as more emphasis is put on emissions than cost, but in all cases, waste heat recovery with heat pumps was heavily used to satisfy the heating and cooling loads. Next, keeping the same framework designed above, a method was developed to indicate how thermal energy storage (TES) units can contribute to reduce the total cost of a thermal grid. We developed a method showing how TES units, coupled with heat pumps, can contribute to reducing the total cost of a thermal grid. An optimization model is introduced, based on an energy hub model including natural gas boilers, electric heaters, and chillers. For different load profiles, thermal grids integrating heat pumps alone, TES alone, or a combination of both are compared to a reference hub with no thermal integration. It was found that the inclusion of both TES and heat pumps together results in more profits than when they are used separately, extending the synergic use of the heat pumps to satisfy both heating and cooling loads. Furthermore, the benefit of TES when components of the system (chiller or boiler) are under-sized is assessed. It was observed that in these cases, TES contributes to satisfying the thermal demands. However, due to the configuration of the system, there is a limit of chiller under-sizing that TES units can compensate. Then, the influence of part-load operation of energy hub devices was studied for the same energy hub. In practice, part-load efficiency of equipment such as chillers, boilers, and heat pumps need to be taken into account in the design and control of heating and cooling networks as it can strongly affect their overall performance. However, optimization models such as energy hubs usually consider constant efficiencies due to the challenge of implementing part-load efficiency in such models. Therefore, the impact of part-load efficiency curves on energy hub optimization results is often unclear, in particular when multiple devices are included. In this work, the lifetime cost of a combined heating and cooling networks system was optimized based on an energy hub in which part-load efficiency devices (natural gas boilers, electric heaters, electric chillers, and heat pumps) were modeled. The model was linearized and studied under different combinations of thermal loads. An iterative method was developed to optimize the design and operation of the energy hub in this context. To determine the impact of part-load efficiencies, each device was individually examined while the efficiency of other devices remained constant. The error resulting from assuming a constant efficiency was then calculated based on a reference hub with constant efficiencies. The results indicated a maximum error on the total cost of 1.85%, 0.6%, and 0.16% by assuming constant-efficiency for the boilers, chillers, and heat pumps respectively. The loads for which these maximum errors occur were then chosen to optimize the hub with all devices modeled with a part-load efficiency curve. The errors increased to 1.9%, 0.71%, and 1.49%, respectively. Finally, the waste heat recovery (WHR) potential of a manufacturing workshop was assessed. First, the sources of waste heat were identified and evaluated, leading to preparation of a waste heat map for the company. Subsequently, three main WHR methods were chosen and analyzed for the plant. In the summer, the possibility of replacing the current office chillers with a 52 kW single-effect absorption chiller was investigated, which would cost 8,000 CAD more than the present chillers over 20 years. For winters, t waste heat can be used for local heating purposes instead of using the electric heating systems currently used, which would save approximately 110,000 CAD over 20 years. For the rest of the year, the internal hot water consumption for the company can be supplied by using a hybrid (WHR + electricity) water heater, which would save around 2,000 CAD over the same period.

Ces dernières années, les paliers magnétiques sont de plus en plus exploités dans des applications diverses. Ils sont généralement utilisés dans des applications à très haute vitesse de rotation, dans lesquelles la minimisation des pertes est requise pour éviter la pollution d’un environnement sensible à la poussière ou à un lubrifiant pour supprimer les vibrations et pour limiter la maintenance. Cette thèse présente l’étude de deux configurations de centreurs magnétiques  centreurs magnétiques actifs et hybrides polarisés utilisés dans un système de stockage d’énergie de longue durée par volant d’inertie. Dans plusieurs applications utilisant les centreurs magnétiques, les pertes magnétiques sont généralement négligées. Dans une application de stockage d’énergie de longue durée, toute source de pertes doit être prise en compte lors du dimensionnement de ces derniers. Nous avons proposé une méthode de calcul de pertes dans les deux configurations de centreurs supportant un volant d’inertie soumis à une force radiale de balourd. Après comparaison il en est ressorti que le centreur magnétique hybride polarisé présente moins de pertes Joule que le centreur magnétique actif, tandis que les pertes magnétiques du centreur magnétique actif sont inférieures à celles des centreurs hybrides polarisés. Le temps de décharge du volant supporté par les centreurs actifs est très inférieur à celui du volant supporté par les centreurs hybrides polarisés. Pour une application de stockage de longue durée, l’utilisation des centreurs magnétiques polarisés selon notre étude semble la plus appropriée. De même, notre étude a montré que le stockage d’énergie par volant d’inertie favorise les hautes vitesses de rotation, et ce quelle que soit la configuration de centreur utilisée. En d’autres termes, le temps de décharge du volant augmente avec la vitesse maximale d’opération du volant. / Nowadays, magnetic bearings are increasingly used in diverse applications. They are generally used in high speed rotating systems where low losses are requested, to avoid dust or lubricant in sensitive environments, for vibration elimination and to limit maintenance. This thesis presents the study of two magnetic bearings configurations  radial active magnetic bearings and hybrid radial magnetic bearings used in a long term flywheel energy storage system. In several applications involving magnetic bearings, iron losses are usually neglected. In a long term energy storage application every single loss has to take into account when designing the latters. We have proposed a loss calculation method of two magnetic bearings configurations supporting a flywheel submitted to an unbalance radial force. After some comparisons it emerges that hybride radial magnetic bearings present lower copper losses than active radial magnetic bearings, while iron losses are lower in active magnetic bearings than in hybride magnetic bearings. The flywheel discharge time supported by radial active magnetic bearings is much lower than the one supported by hybrid radial magnetic bearings. According to our study, utilization of hybrid radial magnetic bearings in long term energy storage seems to be more appropriated. Likewise, our study has shown that no matter the configuration of magnetic bearing used, flywheel energy storage promote the high rotating speeds. In other words the discharge time increases with the flywheel’s maximum operating speed.