Traz um histórico da utilização do álcool como combustível no Brasil, mostrando suas vantagens ambientais, sociais e econômicas. Apresenta as propriedades físico-químicas do álcool etílico anidro e hidratado e suas reações de combustão, enfatizando a razão ar/combustível e comparando-o com a gasolina pura e a gasolina comercial brasileira. Utiliza as teorias existentes sobre motores de combustão interna quatro tempos, para demonstrar a influência da adição progressiva de álcool etílico hidratado na gasolina sobre o rendimento, torque, potência e consumo em um motor a gasolina. Utiliza o mesmo procedimento de análise para determinar a influência sobre os itens citados anteriormente, em um motor a gasolina operando com álcool etílico hidratado, sem sofrer alteração da taxa de compressão. Analisa a miscibilidade de misturas álcool etílico hidratado e gasolina. Descreve e analisa os resultados experimentais de rendimento, torque, potência e consumo de um motor a gasolina com sistema eletrônico de controle digital, operando com variadas proporções de mistura álcool etílico hidratado e gasolina, sem alteração de suas características originais. Repete o experimento anterior para o motor operando com álcool etílico hidratado com alteração das características originais da EPROM do sistema de controle eletrônico. / A historical approach to alcohol application as a fuel in Brazil is given, showing its environmental advantages and disadvantages. Physic-chemical properties of hydrous and anhydrous ethylic alcohol are presented, as well as its combustion reactions, emphasizing the ratio air/fuel and comparing it to pure gasoline and Brazilian commercial gasoline. Utilizes the existing theories about internal combustion motors in four times, to demonstrate the influence of progressive addition of hydrous ethylic alcohol in gasoline upon efficiency, torque, potency and consumption in a gasoline motor. Utilizes the same analysis procedure to determine the influence upon the previously cited items, in a gasoline motor, operating with hydrated ethylic alcohol, without suffering a compression rate alteration. Analyzes the miscibility of hydrous ethylic alcohol and gasoline mixture. Describes and analyzes experimental results of efficiency, torque, potency and consumption of a gasoline motor with a digitally controlled electric system, operating with varied proportions of hydrous ethylic alcohol and gasoline mixture, with no alteration in its original characteristics. Repeats the previous experiment with a motor operating with hydrous ethylic alcohol with alterations of the original characteristics in the electric control system EPROM.

Os transformadores de potência são alguns dos elementos mais importantes dos sistemas elétricos. A confiabilidade e o bom funcionamento destes equipamentos são vitais para que as companhias de energia forneçam eletricidade com qualidade e segurança. Um dos principais parâmetros que envolvem a normalidade da operação dos transformadores é o estado da isolação interna formada pelo óleo mineral e o papel que cobre as bobinas. Danos nessa isolação resultam na degradação destes dielétricos e, por conseqüência, na diminuição da vida útil dos transformadores. Essa degradação, que advém de processos elétricos, térmicos, ou mesmo mecânicos, geram gases combustíveis cujas quantidades individuais podem indicar o tipo de falha e a gravidade do problema. Desta forma, é importante detectar os principais gases envolvidos. O objetivo deste trabalho é realizar análises e estudos quantitativos da presença de gases inflamáveis dissolvidos no óleo, surgidos através da degradação deste líquido isolante. O cerne deste trabalho está em elaborar ensaios de formação de arco no óleo e, posteriormente, aquecer o fluido para medir a quantidade dos gases combustíveis antes dissolvidos nele. Este estudo visa à melhoria na confiabilidade dos equipamentos projetados para detectar e monitorar o surgimento de gases inflamáveis no interior de transformadores de potência existentes em subestações de companhias de eletricidade. / Power transformers are some of the most important elements of electrical systems. The trustworthiness and the good functioning of this equipment permit power utilities to supply electricity with quality and security. One of the main parameters for transformer\'s operation normality is the state of the internal insulation formed by the mineral oil and the paper that covers the bobbins. Damages in this insulation cause its dielectric degradation and, consequently, the reduction of the equipment useful life. This degradation which originates from electrical, thermal, or even mechanical processes generates chemical products such as gases whose individual amounts may indicate the type of imperfection and gravity of the problem. That\'s why the detection of the main involved gases is important. This work intends to elaborate analyses and studies of the presence of inflammable gases dissolved in oil through the degradation of the insulating liquid. The principal topic of this work is the arc formation elaboration in the oil and later the heating of the oil to measure the amount of gases previously dissolved in it. This study also aims to improve the trustworthiness of the projected equipments in order to detect and monitor the sprouting of existing inflammable gases in the interior of power transformers in substations of power utilities.

Traz um histórico da utilização do álcool como combustível no Brasil, mostrando suas vantagens ambientais, sociais e econômicas. Apresenta as propriedades físico-químicas do álcool etílico anidro e hidratado e suas reações de combustão, enfatizando a razão ar/combustível e comparando-o com a gasolina pura e a gasolina comercial brasileira. Utiliza as teorias existentes sobre motores de combustão interna quatro tempos, para demonstrar a influência da adição progressiva de álcool etílico hidratado na gasolina sobre o rendimento, torque, potência e consumo em um motor a gasolina. Utiliza o mesmo procedimento de análise para determinar a influência sobre os itens citados anteriormente, em um motor a gasolina operando com álcool etílico hidratado, sem sofrer alteração da taxa de compressão. Analisa a miscibilidade de misturas álcool etílico hidratado e gasolina. Descreve e analisa os resultados experimentais de rendimento, torque, potência e consumo de um motor a gasolina com sistema eletrônico de controle digital, operando com variadas proporções de mistura álcool etílico hidratado e gasolina, sem alteração de suas características originais. Repete o experimento anterior para o motor operando com álcool etílico hidratado com alteração das características originais da EPROM do sistema de controle eletrônico. / A historical approach to alcohol application as a fuel in Brazil is given, showing its environmental advantages and disadvantages. Physic-chemical properties of hydrous and anhydrous ethylic alcohol are presented, as well as its combustion reactions, emphasizing the ratio air/fuel and comparing it to pure gasoline and Brazilian commercial gasoline. Utilizes the existing theories about internal combustion motors in four times, to demonstrate the influence of progressive addition of hydrous ethylic alcohol in gasoline upon efficiency, torque, potency and consumption in a gasoline motor. Utilizes the same analysis procedure to determine the influence upon the previously cited items, in a gasoline motor, operating with hydrated ethylic alcohol, without suffering a compression rate alteration. Analyzes the miscibility of hydrous ethylic alcohol and gasoline mixture. Describes and analyzes experimental results of efficiency, torque, potency and consumption of a gasoline motor with a digitally controlled electric system, operating with varied proportions of hydrous ethylic alcohol and gasoline mixture, with no alteration in its original characteristics. Repeats the previous experiment with a motor operating with hydrous ethylic alcohol with alterations of the original characteristics in the electric control system EPROM.

Contrairement à ses prédécesseurs (Phénix, Super-Phénix, EFR…), le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (RNR-Na) de IVième génération doit justifier un niveau de sûreté élevé tout en étant à la fois viable économiquement et non-proliférant. Profitant d’un large retour d’expérience, les combustibles de type Oxyde (U,Pu)O2 représentent actuellement la solution de référence en France. Cependant, les combustibles de type carbure (U,Pu)C sont considérés comme une option innovante pour apporter à la conception d’un RNR-Na des degrés d’optimisation supplémentaires. L’objectif de cette thèse était donc de mettre en avant les potentialités du combustible carbure en concevant un cœur de RNR-Na à la fois attractif d’un point de vue économique et au comportement naturel en transitoire incidentel. Pour un parc de réacteurs français, on s’intéressera plus particulièrement à des cœurs iso-générateurs de forte puissance électrique (1500 MWe).Cet objectif a requis la mise en place d’une approche pluridisciplinaire prenant en compte les contraintes de thermomécanique combustible et de thermo-hydraulique en transitoire incidentel dès les premières étapes de la conception. Des modèles simplifiés basés sur les contre-réactions globales K, G et H ont été développés pour estimer le comportement d’un projet de cœur en transitoire de type insertion de réactivité, perte de débit primaire et/ou secondaire. L’avantage de cette nouvelle approche est surtout d’apporter au concepteur des outils complémentaires l’aidant à avoir une vision globale des problématiques de conception, mettant ainsi en avant les innovations ou les paramètres à optimiser pour améliorer les performances d’un cœur de RNR-Na.Cette approche a été appliquée à la conception de cœurs à combustibles carbure avec des performances très intéressantes. Un cœur de forte puissance électrique est proposé : il est isogénérateur de faible volume, avec un inventaire fissile initial réduit et un comportement naturel en transitoire incidentel très satisfaisant. Cependant, le taux de combustion d’une aiguille carbure dans un tel cœur semble limité à 100 MWj/kg à cause du gonflement important du carbure et de sa faible capacité à fluer, ce qui conduit rapidement à l’Interaction Mécanique Pastille-Gaine. Une aiguille fonctionnant à forte puissance linéique nécessite à la fois un jeu pastille-gaine épais et un joint sodium pour retarder l’IMPG, mais aussi un acier de gainage capable d’accommoder l’interaction par son fluage.Les performances en irradiation d’un combustible carbure pour un cœur industriel semblent donc très inférieures à celles obtenues expérimentalement dans le FBTR, où des aiguilles ont atteint un taux de combustion maximal de 155 MWj/kg. Cette différence a été étudiée et en partie expliquée, notamment par la fluence beaucoup plus faible obtenue dans un réacteur expérimental, retardant le critère de gonflement volumique. Deux voies d’exploration ont été mises en évidence pour augmenter les performances du carbure tel qu’utilisé dans un réacteur industriel. La première utilise un jeu pastille-gaine avec une technologie de type « buffer » pour retarder l’IMPG. La seconde est un cœur de faible fluence utilisant un enrichissement accru en plutonium. Les résultats préliminaires obtenus montrent que des taux de combustion supérieurs à 100 MWj/kg devraient être atteignables.Pour conclure, l’approche de conception pluridisciplinaire mise en place au cours de cette thèse s’est révélée efficace pour mettre en avant les avantages du combustible de type carbure. Celle-ci a permis de concevoir une image de cœur de RNR-Na attractive d’un point de vue économique, avec un comportement pardonnant en transitoire accidentel et capable d’atteindre un taux de combustion élevé. / Compared with earlier plant designs (Phénix, Super-Phénix, EFR), GEN IV Sodium-cooled Fast Reactor requires improved economics while meeting safety and non-proliferation criteria. Mixed Oxide (U-Pu)O2 fuels are considered as the reference fuels due to their important and satisfactory feedback experience. However, innovative carbide (U-Pu)C fuels can be considered as serious competitors for a prospective SFR fleet since carbide-fueled SFRs can offer another type of optimization which might overtake on some aspects the oxide fuel technology. The goal of this thesis is to reveal the potentials of carbide by designing an optimum carbide-fueled SFR with competitive features and a naturally safe behavior during transients. For a French nuclear fleet, a 1500 MW(e) break-even core is considered.To do so, a multi-physic approach was developed taking into account neutronics, fuel thermo-mechanics and thermal-hydraulic at a pre-design stage. Simplified modeling with the calculation of global neutronic feedback coefficients and a quasi-static evaluation was developed to estimate the behavior of a core during overpower transients, loss of flow and/or loss of heat removal transients. The breakthrough of this approach is to provide the designer with an overall view of the iterative process, emphasizing the well-suited innovations and the most efficient directions that can improve the SFR design project.This methodology was used to design a core that benefits from the favorable features of carbide fuels. The core developed is a large carbide-fueled SFR with high power density, low fissile inventory, break-even capability and forgiving behaviors during the unscrammed transients studied that should prevent using expensive mitigate systems. However, the core-peak burnup is unlikely to significantly exceed 100 MWd/kg because of the large swelling of the carbide fuel leading to quick pellet-clad mechanical interaction and the low creep capacity of carbide. Moderate linear power fuel pins require both a large initial sodium-bonded gap, delaying the fuel clad mechanical interaction, and a clad able to accommodate it by its high irradiation creep capacity.Irradiated carbide fuel performances predicted for an industrial SFR design are lower than the one obtained in the FBTR reactor irradiations, where 155 MWd/kg was obtained. This difference was studied and partly explained by the lower flux of experimental reactor delaying the embrittlement criterion. Innovative designs are now being considered to enhance the carbide-fueled pins burnup performance of industrial cores. The first innovative design uses a buffer technology to induce a delay in getting to the fuel clad mechanical interaction. The second innovative design is a core using high plutonium content so as to optimize the fluence over burnup ratio. Preliminary results show that a burnup higher than 100 MWd/kg can be reached.As a conclusion, this global approach has proven to be efficient in revealing the benefits gained using carbide fuel in a SFR. An optimum SFR core was designed exhibiting economic competitiveness while having inherent behavior during transient and reaching high burnup performance.

Este trabalho apresenta os resultados obtidos com o desenvolvimento de um sistema robusto como uma alternativa de reconhecimento da qualidade de vapor de álcool combustível e do poder calorífico do gás combustível GLP em um nariz eletrônico. Foram implementadas duas metodologias experimentais para a extração de atributos dos padrões de vapor de álcool combustível e de gás GLP. Na primeira abordagem de tratamento dos dados, foram usados um Sistema de Inferência Fuzzy (FIS), e dois algoritmos de treinamento de Redes Neurais Artificiais (RNA) para reconhecer padrões de vapor de álcool combustível: a Backpropagation e Learning Vector Quantization. A segunda abordagem para o tratamento dos dados foi desenvolver um sistema reconhecedor do poder calorífico do gás GLP robusto à perda aleatória de um dos sensores. Foram usados três sistemas. No primeiro foi implementada uma RNA para reconhecer todos os dados que simulavam a falha de um sensor aleatório. O resultado desse sistema foi de 97% de acertos. O segundo implementou sete RNA’s treinadas com subconjuntos dos dados de entrada, tais que seis RNA’s foram treinadas com um sensor diferente com falha; e a sétima RNA foi treinada com dados dos sensores sem falhas. O resultado desse sistema foi de 99% de acertos. O terceiro implementou uma Máquina de Comitê Estática Ensemble constituída de dez RNA’s em paralelo para resolver o problema. O resultado foi de 97% de acertos. As RNA’s tiveram melhores respostas que os FIS. Foram sugeridas algumas formas de implementação em hardware do sistema reconhecedor em sistemas pré-fabricados com DSP’s e micro-controladores. / This work shows the results of a robust system development as an alternative to recognize the quality of an alcohol fuel vapor sample and Liquid Petrol Gas (LPG) heat power in an electric nose. Two experimental methodologies were implemented to extract the features of alcohol fuel vapor and LPG gas patterns. The first approach to process the data used an Fuzzy Inference System (FIS) and two training algorithms of Artificial Neural Networks (ANN) to recognize alcohol fuel vapor patterns: Backpropagation and Learning Vector Quantization. The second approach consists of process data to develop an LPG heat power recognizing system robust to one-random-sensor-loss. Three systems were used. The first implemented an ANN to recognize all data that simulated the failure of a random sensor. This system had 97% of right responses. The second implemented seven ANN’s trained with input data subsets, such that six ANN’s were trained with a different failure sensor, and the seventh ANN was trained with data of all sensors without failure. This system had 99% of right responses. The third implemented an Ensemble Static Learning Machine containing ten parallel RNA’s to solve the problem. The result were 97% of right responses. RNA’s had better results than FIS. Some ways of hardware implementation of the recognizing system were suggested in DSP and micro-controllers pre-built systems.

Ce travail concerne l’étude, le dimensionnement et la réalisation d’un convertisseur continu-continu, associé à une source de type pile à combustible. Pour l’application envisagée, ce convertisseur a un rapport de transformation élevé voisin de 12. De plus l’ondulation de courant est limitée à 1% du courant moyen maximal. La mise en cascade de deux convertisseurs a été retenue pour obtenir un rapport de transformation élevé. Le premier étage est un Boost entrelacé associé à un filtre d’entrée de type L-C, qui permettent de réduire fortement l’ondulation du courant de source. Le second étage est un Boost à trois niveaux qui permet de diminuer les contraintes en tension sur les interrupteurs, et de réduire ainsi les pertes du convertisseur. La commande du convertisseur est ensuite définie en se basant sur l’utilisation d’un régulateur non linéaire. La gestion globale du système est effectuée par la régulation de la tension intermédiaire et de la puissance transitée à la charge en utilisant les principes des commandes « plates ». Enfin un banc de tests à puissance réduite (3 kW) a été réalisé, afin de valider le fonctionnement du convertisseur et les régulations proposées / This work deals with the study, design and building of a DC-DC converter, which is associated with a fuel cell source. According to the application, this converter should have a high voltage ratio which is about 12, and it is able to limit the ripple current of source below 1% of the maximum average current. A cascaded structure composed by two converters has been chosen and allows obtaining a high voltage ratio. The first stage is an interleaved Boost associated with a L-C input filter, to reduce ripple of the current delivered by the source. The second stage is a three-level Boost which reduces the voltage stress of the switches, thereby reducing losses of the converter. The control of the converter is defined basing on the use of a non-linear regulator. Thanks to use the flatness control, the global control is realized through the regulation of the intermediate voltage and of the power transited to the load. Finally, a small power test converter (3 kW) has been realized, in order to validate the converter operation and the proposed control

L’utilisation des plusieurs sources d’énergies de caractéristiques différentes, à bord du véhicule électrique VE) nécessite l’adoption de convertisseurs statiques. Ces derniers peuvent avoir la fonction de conditionneur ’énergie des différentes sources et/ou commander les machines électriques du véhicule.Généralement les VE disposent d’un bus continu « de quelques centaines de volts » dont la stabilité est assurée par un groupe de convertisseurs élévateurs de tension (du fait que les sources ont généralement un niveau de tension faible ; quelques dizaines de volts). Lors des démarrages/arrêts très fréquents du VE en mode urbain, les sources pourraient alimenter directement le moteur de traction sans avoir recours aux convertisseurs élévateurs de tension. Afin d’exploiter cette fonctionnalité, nous proposons d’explorer une deuxième architecture de convertisseur basée sur l’adoption d’un niveau de tension variable du bus continu. Dans cette approche, la tension minimale de ce dernier est fixée en fonction des niveaux de tensions disponibles du côté des sources et de la vitesse requise (niveau des f.é.m du moteur de traction). Ainsi, le rapport variable d’élévation de la tension est minimal à faible vitesse du véhicule en mode urbain et il est maximal à grande vitesse, en modes route et autoroute. Ceci apportera une amélioration du rendement énergétique de l’ensemble sources-moteurs notamment en mode urbain. Par ailleurs, l’utilisation grand public de ces véhicules exige des contraintes maximales de disponibilité (continuité de service) des fonctions principales notamment l’alimentation embarquée. A travers le travail de cette thèse nous proposons une nouvelle topologie du convertisseur de puissance entre les sources (une Pile à combustibles associée à un pack de super-condensateurs) et les charges (moteur de traction et réseau de bord alimentant les auxiliaires du véhicule). Ce convertisseur adopte une tension variable du bus continu et une redondance de l’alimentation du moteur de traction. Après la présentation du convertisseur proposé et son positionnement par rapport à la littérature, une analyse du fonctionnement et la modélisation de sa partie DC-DC est détaillée notamment à travers des résultats de simulation de ses différents modes. A ce titre un programme de simulation fine (à l’échelle des impulsions de commande) du système entier a été développé. Dans un deuxième temps, la commande automatique et rapprochée des interrupteurs de puissance a été développée en se basant respectivement sur la méthode de contrôle par petits signaux et la commande hystérésis de courant, triangulaire-rapport cyclique et triangulaire-sinus. Les résultats de simulation des fonctionnalités principales attendues mettent en évidence la faisabilité de l’architecture du convertisseur de puissance proposée. Enfin, une maquette expérimentale à échelle réduite a été développée dans le but de valider l’étude théorique. Les premiers tests expérimentaux de la partie DC-DC du convertisseur donnent des résultats satisfaisant et valident ainsi le processus de conception. Le travail futur sera la réalisation d’une maquette à échelle 1 dans laquelle la conception du refroidisseur sera intégrée en amont de la réalisation du plan de masse dudit convertisseur. Nous pensons que cela permettra une meilleure optimisation de l’espace à bord du véhicule et améliorera le rendement énergétique de la chaine de traction. / The use of many energy sources of different kind in a electrical vehicle (EV) needs the adoption of static converters. These can have the function of either conditioning energy or driving the electrical machines of the vehicle. EV’s generally have a DC bus of some hundred volts, whose stability is ensured by a set of boost converters, since the voltage level of the several sources is as low as about some tens of volts. During frequent start/stop phases of EV’s in urban mode, energy sources can feed the motors directly without using the converters. On the basis of this consideration this thesis proposes a novel converter topology adopting a variable DC voltage level. In this approach the lowest level of the DC bus is determined as a function of the voltages available from the sources and of the required speed (back fem of the traction motor). In this way the variable step-up voltage ratio is minimal at low speeds of the EV in urban mode and maximal at higher speeds in motorway modes. This would result in an energy efficiency improvement of the sources-motors system, especially in urban mode. On the other hand the use of this EV demands some constraints as for the service continuity of the main functions of the EV, particularly the energy supply.This thesis proposes a novel power converter topology between the sources (a Fuel Cell System associated with a pack of Super-capacitors) and the loads ( traction motor and auxiliary supply system). This converter adopts a variable DC bus voltage and a redundant supply of the traction motor. After presenting the proposed converter in the framework of the state of the art, the analysis and modelling of its DC/DC part is presented, especially with simulation results of the different modes of operation. With this regard a complete simulation program has been developed down to the scale of switching pulses. Afterwards the control of the power devices has been developed by using the small signal control and the hysteresis control, triangular duty cycle and triangular sine. The simulation results of the main modes show the feasibility of the proposed power converter architecture. Finally an experimental rig has been set up, at reduced scale, for assessing the theoretical analysis. The experimental results of the DC/DC part yield satisfactory results thus proving the effectiveness of the design. Future work will focus on setting up e real scale converter, where the cooling system design will be added before realizing the mass board of the converter. This should lead up to the optimization of the volume occupied in the EV and to the improvement of the energy efficiency of the traction chain.

Depuis une dizaine d’années, les constructeurs et les grands groupesdu secteur de l’automobile se sont mobilisés autour de la recherche et dudéveloppement de nouveaux prototypes de véhicules économes (moins consommateursd’énergie) et propres (moins de rejets de polluants) tels queles véhicules hybrides et tout électriques. C’est une nouvelle mutation. Ellefait profondément évoluer l’automobile, d’une architecture de propulsionthermique, devenue maîtrisée mais fortement polluante, vers une tractionélectrique ou hybride plus complexe et peu, voire pas du tout, maîtrisée ;le nombre de composants (sources d’énergie, actionneurs, contrôleurs, calculateurs,...) devient important, de nature multidisciplinaire et possédantbeaucoup de non linéarités. De plus, faute de maturité dans ce domaine, àce jour l’industrie de l’automobile ne possède pas encore les connaissancessuffisantes nécessaires à la modélisation, à la simulation et à la conceptionde ces nouveaux véhicules et plus particulièrement les dispositifs relatifs auxsources d’énergie et aux différents actionneurs de propulsion.Les travaux de cette thèse visent à donner des méthodes de conceptiond’une chaine de traction hybride et d’en gérer la gestion de l’énergie. Lathèse s’appuie sur l’exemple de la conception et la gestion de l’énergie d’unvéhicule hybride basé sur une pile à combustible et des batteries.Dans un premier temps, un méthode de dimensionnement des composantsde la chaine de traction est présentée : Elle consiste en l’étude statistique decycle de conduite générés pseudo aléatoirement représentatif de la conduiteen condition réelle de véhicule. Un générateur de cycle de conduite à été créeet est présenté, et la méthode de dimensionnement de la source primaire, iciune pile a combustible, ainsi que le source secondaire de puissance, ici desbatteries, est détaillée. Un exemple est pris pour illustrer cette méthode avecla conception d’un véhicule de type camion poubelle décrivant des cycles deconduites urbains à arrêts fréquents.Dans un second temps, la gestion de l’énergie de la chaine de traction hybridesérie est étudiée : une gestion de l’énergie “offline” est présentée, basé surl’optimisation par programmation dynamique. Cette optimisation permetd’avoir le découpage de la puissance par les deux sources de la chaine detraction de manière optimal pour un cycle précis. De part l’aspect déterministede la programmation dynamique, les résultats servent de référence quant aufuturs développements de gestion temps réel.Un contrôleur temps réel basé sur la logique floue est ainsi exposé et lesrésultats sont comparés par rapport à la gestion “offline”. Le contrôleurest ensuite optimisé et rendu adaptatif par un algorithme génétique et unalgorithme de reconnaissance de type de profil routier.Enfin, une introduction à la gestion de l’énergie dans les véhicules hybrides de type : “plug in” est présentée : Elle repose sur le principe de la déterminationde la distance restante à parcourir par la reconnaissance de la destination àl’aide d’une matrice de probabilité de Markov. / Hybrid electric vehicle have known a quickly grow in the last 10 years.Between conventional vehicles which are criticized for their CO2 emissionand electric vehicles which have a big issue about autonomy, hybrid electricones seems to be a good trade of. No standard has been set yet, and the architecturesresulting of theses productions vary between brands. Nevertheless,all of them are design as a thermal vehicle with battery added which leadsto bad sizing of the component, specially internal combustion engine andbattery capacity. Consequently, the control strategy applied to its componentshas a lot of constraints and cannot be optimal.This thesis investigate a new methodology to design and control a hybridelectric vehicle. Based on statistical description of driving cycle and the generationof random cycle, a new way of sizing component is presented. Thecontrol associate is then determined and apply for different scenarios : firstlya heavy vehicle : A truck and then a lightweight vehicle. An offline controlbased on the optimization of the power split via a dynamic programmingalgorithm is presented to get the optimal results for a given driving cycle.A real time control strategy is then define with its optimization for a givenpatterns and compared to the offline results. Finally, a new control of plug inhybrid electric vehicle based on destination predictions is presented.

L’un des enjeux relatif au déploiement des piles à combustible à oxyde solide comme système de production d’une énergie propre relève de la température de fonctionnement qui est actuellement autour de 1000°C. Abaisser cette température tout en préservant les performances afin de réduire les coûts de fabrication et d’augmenter la durée de vie des systèmes a été l’objectif dece travail de doctorat.Un coeur de pile à combustible (anode-électrolyte-cathode) élaboré avec des procédés physiques de dépôts (projection par plasma atmosphérique et pulvérisation cathodique magnétron) a été développé et optimisé sur un support métallique poreux. Les matériaux étudiés ont été un cermet en Nickel-Zircone stabilisée à l’Ytttrium (Ni-YSZ) pour l’anode, un électrolyte en YSZ avec ou sans couche de cérine gadoliniée (GDC) et les nickelates de terres rares comme cathode. La maitrise des procédés de revêtements a permis de réduire les épaisseurs de chaque couche et d’assurer la cohésion de l’ensemble des 3 couches avec des caractéristiques cristallographiques, microstructurales et de porosité adaptées. . Les performances électrochimiques ont été étudiées pour chaque élément du coeur de pile puis pour l’ensemble du système élaboré sur métal poreux. Même si les performances atteintes ne sont pas encore suffisantes, les procédés de revêtements optimisés pour recouvrir un support métallique poreux ont confirmé leur potentiel. / Energy production by a clean and environmental processes is a real challenge. Fuel cell technology is good candidate to answer this objective. The major problem of the Solid Oxide Fuel Cell is their high operating temperature (around 1000°C) for a massive industrialisation. Decreasing these temperature at 700°C allows a reduction of cost manufacturing and increase the lifetime, in this case the new challenge is to avoid the performances losses.During this phD work, dry surface treatment processes are employed for produce the fuel cell core. The thickness reduction of each part limit the performances decreasing generate by the modification of the temperature. The materials used is a Ni-Yttria stabilised zirconia cermet (Ni-YSZ) for the anode, YSZ with or without gadolinnia doped ceria (GDC) for electrolyte and rare earth nickelate for the cathode component. All material are a usual employed in the SOFC technology. All coating are synthesized and characterised separately. After a third generation of fuel cell is realized on ITM porous metal support produced by PLANSEE. The anode has been deposit by atmospheric plasma spray, the electrolyte and cathode have been synthesised by reactive magnetron sputtering.

Le fonctionnement de la pile à combustible (PAC) de type PEM (à membrane polymère) est encore soumis à de nombreuses incertitudes, aux natures différentes, qui affectent ses performances électriques, sa fiabilité et sa durée de vie. L'objectif général de cette thèse est de proposer une méthode d'aide à l'évaluation de la fiabilité des PAC par la simulation ; la fiabilité étant vue ici comme la garantie d’accéder à un niveau de performance électrique donné dans les différentes conditions d’usage envisagées pour la PAC. La démarche proposée s’appuie sur un couplage physico-fiabiliste où la complexité des phénomènes physiques présents dans la pile est prise en compte par une modélisation de connaissance, dynamique, symbolique et acausale, développée dans l’environnement Modelica - Dymola. La modélisation retenue, monodimensionnelle, non isotherme inclut une représentation diphasique des écoulements fluidiques pour mieux retranscrire la complexité des échanges d’eau dans le coeur de la pile PEM. La modélisation permet aussi d’intégrer des incertitudes sur certains de ses paramètres physiques et semi-empiriques (classés en trois catégories : opératoires, intrinsèques et semi-empiriques) puis d’entreprendre, par des tirages de Monte-Carlo, la modélisation probabiliste des conséquences des incertitudes injectées sur la performance d’une PAC. Il est ainsi possible, par la suite, d’estimer la fiabilité d’une PAC par le calcul de la probabilité que la performance électrique reste supérieure à un seuil minimal à définir en fonction de l’application. Une analyse physico-fiabiliste détaillée a été menée en introduisant à titre d’exemple une incertitude sur la valeur de la porosité de la couche de diffusion cathodique d’une PAC de type PEM (coefficients de variation retenus : 1%, 5% et 10%). L’étude des conséquences de cette incertitude sur la tension et l’impédance d’une PAC a été menée en réalisant un plan d’expériences numériques et en mettant en oeuvre différents outils d’analyse statistique : graphes des effets, analyses de la variance, graphes des coefficients de variation des distributions en entrée et sortie du modèle déterministe. Dans cet exemple d’analyse et dans les conditions d’usages considérées, le taux de fiabilité prévisionnel (probabilité pour que la cellule de pile fournisse un minimum de tension de 0.68V) a été estimé à 91% avec un coefficient de variation d’entrée à 10%. / The Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) operation is subject to inherent uncertainty in various material, design and control parameters, which leads to performance variability and impacts the cell reliability. Some inaccuracies in the building process of the fuel cell (in the realization of the cell components and also during the assembly of the complete fuel cell stack), some fluctuations in the controls of the operating parameters (e.g. cell and gas temperatures, gas pressures, flows and relative humidity rates) affect the electrical performance of the cell (i.e. cell voltage) as well as its reliability and durability. For a given application, the selections of the different materials used in the various components of the electrochemical cell, the choices in the cell design (geometrical characteristics / sizes of the cell components) correspond to tradeoffs between maximal electrical performances, minimal fuel consumption, high lifespan and reliability targets, and minimal costs.In this PhD thesis, a novel method is proposed to help evaluating the reliability of a PEMFC stack. The aim is to guarantee a target level of electrical performance that can be considered as sufficient to meet any application requirements. The approach is based on the close coupling between physical modeling and statistical analysis of reliability. The complexity of the physical phenomena involved in the fuel cell is taken into account through the development of a dynamical, symbolic, acausal modeling tool including physical and semi-empirical parameters as well. The proposed knowledge PEMFC model is one-dimensional, non-isothermal and it includes a two-phase fluidic flow representation (each reactant is considered as a mix of gases and liquid water) in order to better take into account the complexity of the water management in the cell. The modeling is implemented using the MODELICA language and the DYMOLA software; one of the advantages of this simulation tool is that it allows an effective connection between multi-physical modeling and statistical treatments. In this perspective, the modeling is done with the aim of having as much relevant physical parameters as possible (classified in our work as operating, intrinsic, and semi-empirical parameters). The different effects of these parameters on the PEMFC electrical behavior can be observed and the performance sensitivity can be determined by considering some statistical distributions of input parameters, which is a step towards reliability analysis.A detailed physical and reliability analysis is conducted by introducing (as an example) an uncertainty rate in the porosity value of the cathodic Gas Diffusion Layer (coefficients of variance equal to 1%, 5% and 10%). The study of the uncertainty consequences on the cell voltage and electrical impedance is done through a design of numerical experiments and with the use of various statistical analysis tools, namely: graphs of the average effects, statistical sensitivity analyses (ANOVAs), graphs displaying the coefficients of variances linked with the statistical distributions observed in the inputs and outputs of the deterministic model. In this example of analysis and in the considered cell operating conditions, the provisional reliability rate (probability that the cell voltage is higher than 0.68V) is estimated to 91% with an input coefficient of variance equal to 10%.