Un système électrique isolé du réseau, uniquement alimenté par un générateur photovoltaïque nécessite un stockage d'énergie pour être autonome. La batterie au plomb est couramment utilisée à cet effet, en raison de son faible coût, malgré certaines contraintes de fonctionnement. On peut la remplacer par une unité de stockage (USEH) incluant un électrolyseur, une pile à combustible et un réservoir d'hydrogène. Mais il reste d'importants efforts à fournir avant de voir l'essor industriel de cette technologie dont les débouchés doivent être identifiés. Les applications stationnaires de quelques kW sont évaluées par simulation numérique. Un simulateur est développé dans l'environnement Matlab/Simulink, comprenant principalement: le champ photovoltaïque et le système de stockage (batteries au plomb, USEH, ou stockage hybride USEH/batteries). La taille des composants est calculée pour satisfaire l'autonomie du système sur une année de fonctionnement. Il est testé pour 160 profils de charge (1kW en moyenne annuelle) et trois situations géographiques (Algérie, France et Norvège). Deux coefficients sont mis en place pour traduire la corrélation entre la consommation de l'usager et la disponibilité de la ressource renouvelable, à l'échelle journalière et saisonnière. Parmi les cas testés, le coefficient de corrélation saisonnier montre une valeur limite permettant de préconiser le stockage le plus adapté au cas étudié. L'emploi de l'USEH au lieu de batteries au plomb peut conduire à accroître le rendement du système, à réduire la taille du champ photovoltaïque et à optimiser l'exploitation de la ressource renouvelable. Dans tous les cas testés, l'hybridation de l'USEH avec des batteries permet d'améliorer le dimensionnement et les performances du système, avec un gain sur le rendement de 10 à 40 % selon le lieu testé. La confrontation des résultats de simulation à des données de systèmes réels a permis de valider les modèles utilisés.

Un nouveau concept de stockage inter-saisonnier par absorption de l'énergie solaire pour l'habitat est développé dans cette thèse. Le processus est présenté et décrit. L'étude de la capacité de stockage, du rendement, de la pression de fonctionnement, du besoin de température pour l'énergie solaire, de la température possible pour le chauffage du bâtiment, des critères de sécurité et du coût des matériaux de sept couples d'absorption: CaCl2/H2O, Glycérine/H2O, KOH/H2O, LiBr/H2O, LiCl/H2O, NaOH/H2O et H2O/NH3 est effectuée à l'aide d'une simulation statique. Un prototype de démonstration de la faisabilité de ce concept innovant avec le couple CaCl2/H2O a été conçu, dimensionné et construit. Il est issu d'une optimisation minimisant le nombre de composants du système. Des expérimentations ont été effectuées à différentes conditions de fonctionnement. Les performances thermodynamiques et les différents problèmes du prototype sont analysés. Comme les résultats expérimentaux sont influencés par plusieurs facteurs tels que la présence d'air dans le système (en particulier pour la phase d'absorption), la précision des capteurs et des facteurs humains lors de l'opération, pour une meilleure compréhension du processus, une simulation dynamique est développée. Le fonctionnement optimal du prototype est alors étudié. Une simulation globale annuelle est effectuée afin d'étudier le fonctionnement annuel du système de stockage inter-saisonnier en lien avec un système solaire et un bâtiment. Les modèles du système de stockage, d'un capteur solaire, d'un bâtiment et des conditions météorologiques sont couplés. Les caractéristiques : pressions, températures, masses, fractions massiques, puissances échangées, rendements, capacités de stockage, etc. du système de stockage sont présentés et analysés.

Les contraintes environnementales de plus en plus fortes ainsi que les problèmes grandissants de la disponibilité des ressources énergétiques obligent le secteur de l'énergie non seulement à une évolution importante de ses technologies mais aussi à leurs utilisations plus rationnelles. Ce mémoire présente la synthèse de mes initiatives de recherches menées sur le stockage et le transport de l'énergie par chaleur latente essentiellement dans le domaine du froid. Les Matériaux à Changement de Phase solide-liquide sont utilisés afin de stocker l'énergie de manière efficace en bénéficiant de la chaleur latente de changement d'état. Après la caractérisation thermophysique des matériaux utilisés et l'étude de la maîtrise de la surfusion, un procédé utilisant l'encapsulation du MCP est analysé montrant son intérêt. Quelques études complémentaires plus fondamentales ont permis de mieux comprendre les phénomènes couplés de thermique et d'hydrodynamique rencontrés avec les MCP. Le changement d'état est aussi utilisé pour transporter l'énergie. Les fluides frigoporteurs diphasiques sont utilisés dans les systèmes à refroidissement indirect. Des études sur les parties génération, stockage et transport ont été menées sur des coulis de glace constitués d'un mélange de cristaux de glace dans une solution aqueuse. Ces fluides frigoporteurs secondaires offrent des avantages intéressants pour le transport d'énergie et l'amélioration des transferts dans des échangeurs de chaleur, en particulier grâce à la chaleur latente de fusion de la glace. Une meilleure gestion de l'utilisation de ces technologies est indispensable. Des analyses thermodynamiques basées non seulement sur les notions énergétiques mais aussi exergétiques permettent une optimisation intéressante du fonctionnement des procédés.

Géosynthétiques bentonitiques (GCLs) sont matériaux synthétiques composées par un noyau de bentonite sodique ou calcique, en poudre ou en granulats, liés à un ou plus couches de géosynthétiques (geotextiles ou geomembranes en générale). Les GCLs peuvent être aiguillettes, cousus, liés par adhésive, entre autres. Lorsque le GCL est confinée et hydratée, il présente de bonnes propriétés d'étanchéité pour accomplir la fonction de barrière. Sa performance dépend, généralement de la conductivité hydraulique de la bentonite. Grâce à leur faible perméabilité, les GCLs sont souvent installés au fond ou couverture des Installations de Stockage de déchets (ISD) associés avec l'argile compactée (CCL) ou avec la geomembrane (GM). Des études précédentes ont investigué les facteurs qui affectent la fuite de gaz/liquide au travers les GCLs ou les étanchéités composites. Malgré la nature de la bentonite soit si importante pour la perméabilité des GCLs, il n'y a pas dans la littérature concernant l'influence de la nature de la bentonite dans la fuite de gaz au travers les GCL ou la fuite de liquide au travers les étanchéités composites. C'est pour quoi cette étude s'intéresse. On propose d'étudier également l'effet du procès de manufacture du GCL dans l'écoulement de liquide et transmissivité de l'interface GM-GCL. Deux études sont été menés : (i) investigation de la perméabilité aux gaz des GCL ; (ii) investigation du transfert de liquide au travers des étanchéités composites GM-GCL-CCL du a un endommagement dans la GM. Pour la première étude un équipement proposé récemment, basée sur la méthode de chute de pression a été utilisé pour mesurer la perméabilité aux gaz des GCLs. Trois GCLs cousus à base de bentonites de différentes natures (sodique naturelle, calcique naturelle et calcique activée) ont été testés. Les résultats indiquent que la teneur en eau gravimétrique nécessaire pour atteindre une certaine valeur de perméabilité dépend de la bentonite. Concernant la teneur en eau volumique, pratiquement la même relation a été obtenue, indépendamment de la bentonite. D'autres facteurs ont affecté plus significativement la perméabilité au gaz des GCLs : la dessiccation du au flux de gaz peut causer l'augmentation de la perméabilité et compromettre la performance du GCL comme barrière étanche. La deuxième étude s'est concentré dans l'investigation de l'influence des caractéristiques du GCL sur l'écoulement de liquide au travers une étanchéité composite.GM-GCL-CCL. Quatre types de GCLs avec deux procès de manufacture (aiguilleté ou cousu) et deux natures de bentonite (sodique naturelle ou calcique naturelle) ont été testés. Les résultats indiquent que la nature de la bentonite n'affecte le flux que pendant le régime transitoire. Les valeurs de transmissivité de l'interface GM-GCL ont été calculées par une solution analytique qui a également possibilité des prédictions du débit de fuite au travers des étanchéités composites en configurations typiques du fond des ISD. Les résultats indiquent une faible influence de la nature de la bentonite dans l'écoulement de liquide au travers les étanchéités composites. Au même temps on a note une certaine influence des chemins préférentielles de flux, notamment pendant le régime transitoire.

Description générale des principales methodes de compactage. Etude des expériences et évaluation des methodes de compactage réalisées en vue de leur application sur des langages déterminés. Synthèse et critique des différentes methodes expérimentées.

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Ce mémoire présente une étude de la perméabilité aux gaz et du frottement d'interface des géocomposites bentonitiques (GCBs) et d'autres systèmes géosynthétiques utilisés en couverture des centres de stockage des déchets. La perméabilité aux gaz a pu être étudiée grâce à la conception d'un équipement et d'une nouvelle méthodologie d'essai permettant la mesure de la perméabilité aux gaz en régime transitoire des géocomposites bentonitiques partiellement hydratés. Comparée à la méthode conventionnelle de détermination de ce paramètre en régime stationnaire, la méthode proposée a donné des résultats similaires, mais plus rapidement et avec un appareillage plus simple. <br />La caractérisation du frottement d'interface de géosynthétiques a été réalisée à travers l'emploi de l'équipement « plan incliné », adapté aux faibles contraintes de confinement. Cette étude a montré que les géosynthétiques sont sensibles à la déformation cumulée sur leurs surfaces, ce qui joue sur leurs propriétés de résistance au cisaillement d'interface. Les constats experimentaux conduisent à une discussion sur l'usage des géosynthétiques de renforcement du sol de couverture selon la méthodologie constructive traditionnelle qui utilise ces géosynthétiques pour renforcer l'interface sol-géotextile supposée critique. De plus, des interfaces géosynthétiques avec géocomposites bentonitiques ont été étudiées pour évaluer leur comportement résistant en fonction du degré d'hydratation de la composante bentonite, de l'incidence des cycles de sèchage-humidification, du ruissellement d'eau au niveau de l'interface, de l'humidification de l'interface et du type de géotextile de contact.

Cette thèse est consacrée à l'étude de composés riches en magnésium innovants destinés au stockage solide de l'hydrogène. Le but est de déstabiliser l'hydrure de Mg et d'accélérer sa cinétique de sorption par des effets d'alliage et de nano-structuration. La première famille de composés concerne les phases pseudo-binaires Mg6Pd1-xMTx (MT = Ni, Ag, Cu). Leurs propriétés structurales et les effets de substitution du Pd ont été étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à balayage et microsonde de Castaing. Les propriétés thermodynamiques et cinétiques d'hydrogénation de ces matériaux ont ensuite été déterminées par réaction solide-gaz. Différents mécanismes d'hydrogénation sont mis en jeu en fonction de l'élément de substitution. La nature des phases formées lors de la réaction d'hydrogénation modifie la stabilité des systèmes métal-hydrogène. Ainsi, la transformation de métal à hydrure est caractérisée par au moins deux plateaux de pression. Le premier plateau a lieu à une pression proche de celle de Mg/MgH2, alors que le second se produit à pression plus élevée. La détermination des valeurs d'enthalpie et d'entropie de réaction ont permis de quantifier la déstabilisation atteinte. Les meilleures cinétiques de désorption sont obtenues pour l'alliage au Ni, grâce à l'effet catalytique de la phase Mg2NiH4 formée lors de l'hydrogénation. La seconde approche vise à combiner les effets d'alliage et de nano-structuration. Des nanoparticules de Mg6Pd atteignant des tailles aussi petites que 3 nm sont confinées dans des matrices carbonées nano-poreuses. En comparant leurs propriétés d'hydrogénation à celles de l'alliage massif équivalent, on démontre non seulement que la cinétique de (dés)hydrogénation des nanoparticules est bien plus rapide, mais aussi que leur état hydrogéné est déstabilisé. Enfin, des nano-composites MgH2-TiH2 ont été synthétisés par broyage mécanique sous atmosphère réactive. L'ajout d'un catalyseur (TiH2) et la nano-structuration du Mg permettent de considérablement accélérer les cinétiques d'absorption et désorption d'hydrogène dans le Mg. Afin de comprendre le rôle de la phase TiH2 sur les propriétés cinétiques remarquables de ces nano-composites, leurs propriétés structurales ont été déterminées par diffraction des rayons X et des neutrons. L'existence d'une interface cohérente entre les phases Mg et TiH2 est d'importance majeure pour faciliter la mobilité de H au sein du nano-composite. De plus, il est démontré que les inclusions de TiH2 freinent la croissance de grain de Mg/MgH2, permettant ainsi de maintenir la nano-structuration des composés lors de leur cyclage

Le stockage géologique est aujourd'hui envisagé dans plusieurs domaines tels que le stockage de CO2 ou celui de déchets nucléaires. C'est un projet à long terme qui nécessite un protocole d'étude particulier afin de déterminer et comprendre la formation envisagée, notamment en termes de mécanismes de transports. Les formations étudiées sont fonction du type de stockage dans le sens où un stockage de gaz ou de déchet radioactifs ne vont pas requérir les mêmes besoins. Dans le cas d'un stockage de CO2, la formation hôte doit posséder de bonnes propriétés réservoirs afin de, notamment, faciliter l'injection. Pour un stockage de déchets radioactifs, la formation hôte doit retenir au maximum les éventuelles fuites de fluides contaminés, c'est pourquoi les sites de stockage envisagés sont au sein de formation très peu poreuse et très peu perméable, argilite ou granite notamment.Les travaux présentés dans cette thèse sont liés à deux projets de stockage. Le premier a pour but l'étude pétrophysique d'une formation potentiellement hôte d'un stockage de CO2 dans le Bassin Parisien, la formation carbonatée de l'Oolithe Blanche. Cette formation, composée de trois faciès principaux, présente de faibles propriétés réservoir qui sont influencées par trois paramètres microstructuraux : la nature du liant, la quantité de compaction et, enfin, la taille des pores et leur distribution.Le second projet est basé sur l'étude d'un analogue structurale au laboratoire de Meuse/Haute-Marne de l'Andra pour le stockage de déchets radioactifs. Cet analogue est situé dans l'archipel Maltais, qui présente une structure tabulaire très proche de celle observée dans la région du laboratoire de Meuse/Haute-Marne : calcaire/argile/calcaire. Notre étude a permis la mise en évidence de plusieurs périodes de mouvement de fluides oxydants, dont une traversant l'ensemble de la formation argileuse, remettant ainsi en cause ses propriétés d'imperméabilité. / Geological storage is now considered as a technical solution for CO2 storage andnuclear waste management (for high-level and intermediate-level long-lived radioactivewaste). A geological storage is a long term project which implies a particular protocol in orderto better determine and to better understand the host rock, especially in terms of transportmechanisms. The geological formations studied are chosen in function of their storagecapacity because gas storage or nuclear waste storage do not need the same requirements.In case of CO2 storage, the host formation must provide good reservoir properties in order tofacilitate the injection. Here, the safety of the storage is guaranteed by traps (structural,residual, mineral) and by the presence of a cap rock. Concerning nuclear waste storage, thehost must retain at best the potential radioactive fluids and gaz leaks, and this is the reasonwhy storage sites are studied within low porous and low permeable formation, like argillite orgranite.The work presented in the PhD thesis is related to two storage projects. The first oneis focused on the petrophysical study of a potential host for CO2 storage in the Paris Basin,the “Oolithe Blanche” carbonate formation. The second project is an analogue study of thesedimentary structure explored in the Meuse/Haute-Marne laboratory. This laboratory isstudied by ANDRA to be the first nuclear waste storage in a deep geological formation inFrance. The analogue was found in maltese archipelagos, which presents almost the sametabular structure as the one observed in the Meuse/Haute-Marne laboratory:limestone/clay/limestone affected by a weak tectonique deformation.In the first part, the Oolithe Blanche Formation study allowed to determine thereservoir properties of the three principals facies of the formation. This study was realized onplugs sampled on quarries in Burgundy (France). Those facies are characterized by differentenvironmental processes and deposit energy; nonetheless, they are all located within ashoreface depositional environment. They are composed of ooids, pellets and bioclasts invarying proportions. The reservoir properties studied showed the Oolithe Blanche Formationis a microporous one. Microstructural parameters which influence reservoir properties are:the cement type (sparite or micrite), amount of compaction characterized by the cementquantity and the contact between elements and, at last, the pore size distribution withinporous elements (micro, meso, macropores).The second part of this project is focused on a more petrophysical study which aimedat characterizing the pore network influence (volume, shape in space) on acoustic velocities,6electrical conductivity and on permeability. The study is completed by the use of permeabilitypredictive models based on mercury porosimetry spectra.The maltese archipelagos study is based on observations made by Missenard et al.(in prep.) .), Rocher et al., (2008) and Missenard et al. (2009, 2011) on the Blue ClayFormation, thick clay formation (~ 100 m) and on the underlying Globigerina Limestone. Theclay formation presents an important fracture network characterized by gypsum filling and byan oxidizing zone near the fractures. A similar oxidation, in the shape of lobes andmushrooms, is observed within the Globigerina Limestone.This study is also divided in two parts. In the first one, the focus is on the study ofgypsum filling fractures. Studying this filling is directly linked with the storage topic, because,in the case of a nuclear waste storage, the absence of fractures and fluid motion is animportant condition to insure the storage security. In the case of gypsums filling, the study isbased on geochemical measurements on oxygen (δ18O), sulphur (δ34S) and strontiumisotopes (87Sr/86Sr) coupled with a fluid inclusion study, all measurements performed ongypsum crystal. Those analyses allow us to propose a downward fluids circulation modelthrought the clays. Fluids source which is at the origin of gypsum’s precipitation seems to beyounger than the hosted formation. Because of the position of the maltese islands, inMediterranean sea, one potential source is the Messinian evaporites, which Sr isotopic ratiocorresponds well to our data set.The second part of the maltese study concerns the oxidation shape observed withinthe Globigerina Limestone. The aim is to determine the processes which allowed thisoxidation. The main question is: are those structures the results of an internal heterogeneityin the rock or the sign of a stop in a fluid motion (stop of the fluid or stop of the oxidizingmechanism)? In order to answer those questions we based our interpretaion on the skeletonof the rock (mineralogy, magnetic mineralogy, microstructural study, geochemistry), on poreand porosity (porosity measurements, mercury porosimetry…), on permeability and on therock anisotropy (susceptibility of magnetic anisotropy (SMA) and acoustic velocitiesanisotropy). Some conflicting differences on the dataset exist, especially on anisotropy data,which can suppose some complex processes.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.