Au cours de la dernière décennie, nous avons observé à une croissance rapide du nombre d’appareils de communication, et cette tendance devrait se poursuivre tant que les technologies essentielles telles que des objets connectes façonnent l’avenir de technologies d’information et de communication. Cette croissance a entraîné une augmentation considérable de la demande d’énergie, donc l’empreinte carbone de l’écosystème des ICT ne peut plus être ignorée. De plus, dans les systèmes de communication traditionnelle alimentés par batterie, où l’infrastructure énergétique n’est pas disponible après le déploiement, énergie limitée dans la batterie devient le goulot d’étranglement car elle détermine le lifetime de réseau. Alimenter appareil de communication avec des sources d’énergie ambiante, grâce à technologie de récupération l’énergie, non seulement réduit l’empreinte carbone du secteur de ICT mais aussi augmente l’autonomie des réseaux de communication que dépend de la batterie. Un appareil de récupération d’énergie peut piéger l’énergie de l’entourant environnement (sources typiques sont l’énergie solaire, le vent, les vibrations, thermique, etc.). Cependant, variabilité dans temps de l’énergie ambiant modifie la conception de stratégies de communication très différente des systèmes traditionnels. En dehors de la récupération d’énergie, un débit plus élevé peut être obtenu dans un système sans fil en concevant des systèmes de transmission basé sur des informations de canal de propagation. Comme les techniques d’adaptation de canal exigent d’avoir une certaine connaissance de l’état du canal sans fil envoyé au émetteur, l’augmentation du débit vient a un coût de l’estimation de l’information de canal qui consomment des ressources dans un système de communication, particulièrement, l’énergie. En outre, lorsque l’objectif dans un système de communication est à envoyer des informations sur la source à une destination avec au minimum distorsion erreur, des stratégies de transmission et de compression a être conçu sur la base à la fois sur la variable temps des conditions de canal et la statistiques de la source. Cette thèse porte sur la conception de stratégies de transmission prenant en compte le coût de l’obtention des informations d’état de canal (CSI) à l’émetteur, et les statistiques de sources variables dans le temps lorsque la communication dispositifs reposent sur l’énergie récoltée (donc variant dans le temps) des fournitures. / Over the last decade, we have witnessed a rapid growth in the number of communication devices, and this trend is expected to continue as the key technologies such as Internet of Things (IoT), wearable devices, are shaping the future of information and communication technology (ICT) industry. This growth has resulted in a tremendous increase in the energy demand, and hence the carbon footprint of the ICT ecosystem can no longer be ignored. Additionally, in traditional battery powered communication systems where energy infrastructure is not available after deployment, the limited available energy in the battery becomes the bottleneck as it determines the network lifetime. Powering up nodes with ambient energy sources, thanks to the energy harvesting technology, not only reduces the carbon footprint of ICT sector but also increases the autonomy of battery powered communication networks. An energy harvesting node can scavenge energy from the surrounding environment (typical sources are solar, wind, vibration, thermal, etc.). However, time varying nature of the ambient energy makes the design of communication strategies quite different from the traditional communication systems. Besides energy harvesting, higher throughput can be obtained in a wireless communication system by designing transmission schemes on the basis of propagation channel information. As channel adaptation techniques require to have some knowledge of the wireless channel conditions feedbackto the transmitter, the gain in throughput comes at the cost of pilot-based training and feedback which consume resources in a communication system, especially, energy. In addition when the goal in a communication system is to send information about the source to a destination such that mean squared error distortion is minimized, transmission and compression strategies hasto be designed based on both the time varying channel conditions and the source statistics. This dissertation focuses on the design of transmission strategies taking into account the cost of obtaining the channel state information (CSI) at the transmitter, and time varying source statistics when the communication nodes rely on harvested energy (hence time-varying energy) supplies.

Dans le stockage d'énergie, les alternatives aux énergies fossiles sont peu nombreuses. Le stockage d'énergie dans un condensateur, permet d'atteindre de grande puissances électriques, mais pour une densité d'énergie trop faible. La présente thèse à pour objectif la compréhension des nano-céramiques ferroélectriques afin d'augmenter leur densité d'énergie et de se diriger ainsi vers un super-condensateur céramique. Nous avons développé dans un premier temps un modèle par champs effectif moyen du système core-shell. Une fois introduit dans l'énergie libre de Landau, ce modèle donne une idée de la densité d'énergie d'un système ferroélectrique donné. Les calculs - sur quelques pérovskites courantes - indiquent que la densité d'énergie reste relativement faible. Néanmoins nos calculs montrent que l'on peu optimiser le stockage d'énergie dans de telles céramiques en enrobant des grains de forme allongée comme des disques ou des fils. En outre, ce modèle phénoménologique permet d'expliquer de nombreuses mesures expérimentales sur les céramiques, y compris dans le cas ou s'ajoute de la conductivité et de la relaxation de Maxwell-Wagner. Nous nous sommes tournés par la suite vers une modélisation ab-initio : l'Hamiltonien effectif. La modélisation de nano-système core-shell de BaTiO3 a montré la présence d'un paramètre d'ordre particulier : le moment toroïdale. Ce paramètre d'ordre peut impliquer un comportement diélectrique différent. Introduit dans une description phénoménologique de type Landau, ce dernier est responsable de la disparition de la phase orthorhombique dans BaTiO3. La synthèse de nanoparticules de BaTiO3 de formes cubiques et homogènes, nous a permis de faire une série de mesure. Les mesures MET, RAMAN, RX, diélectriques sur les poudres et les céramiques, suggèrent la présences de transitions de phases générées par la présence d'un paramètre d'ordre similaire à celui observé dans modélisation ab-initio.

Cette thèse est consacrée à la supervision des systèmes de production d’énergie électrique hybrides composés de différents types de sources incluant des sources renouvelables ainsi que des éléments de stockage (batterie). Le chapitre I est consacré à l’état de l’art de la supervision de ce type de systèmes hybrides. Au cours de ce chapitre nous avons défini le contexte et le cadre de notre étude et nous avons présenté les avantages et les inconvénients des stratégies actuellement utilisées. Ensuite, nous avons présenté notre vision de la supervision des systèmes multisources intégrant des ressources renouvelables. Au cours du chapitre II nous avons spécifié le système hybride et les modèles de ses composants afin de les intégrer dans une structure de supervision. La chapitre III concerne le développement du superviseur que nous proposons à base de commande prédictive. L’objectif est de déterminer la meilleure répartition, au sens d’un critère que nous avons proposé, des puissances à fournir par les sources pour répondre à une demande de la charge. La fonction définie pour l’optimisation, correspond au coût de production ; elle prend en compte non seulement le suivi des consignes mais aussi des critères technico-économiques (coût de l’énergie, émissions polluantes, cyclage de l’élément de stockage …etc). Ce superviseur s’appuie sur des modèles dynamiques des sources et des éléments de stockage ainsi que sur les prédictions à court terme de la ressource photovoltaïque. Le critère est minimisé pour chaque nouvelle fenêtre de prédiction afin d’envoyer les consignes à chaque composant du système hybride. Les résultats expérimentaux montrent la validité du superviseur proposé et de l’algorithme associé. Le chapitre IV vise à montrer la généricité du superviseur à base de commande prédictive proposé. En effet, une éolienne contrôlée en zone d’optimisation a été ajoutée au système hybride. Ensuite, l’éolienne est contrôlée en mode dégradé dans le but de réduire l’impact des variations de la vitesse du vent sur le suivi de la consigne de puissance. La fonction coût a été modifiée pour répondre à ces nouvelles exigences. Enfin, nous avons explicité les bénéfices potentiels d’un horizon de prédiction variable. La variation de l’horizon de prédiction est effectuée en fonction de la pertinence des prévisions des ressources d’origine renouvelable. Les essais sur une plate-forme expérimentale, combinant des composants réels et des modèles simulés en temps réel (Model-in-the-loop) montrent la validité de tous les concepts développés. / This thesis is devoted to the supervision of the hybrid power generation system composed of various types of sources including renewable sources and electrochemical storage elements. Chapter I is devoted to the state of the art of supervision of such hybrid systems. In this chapter, the context and the scope of our study are defined and the advantages-disadvantages of each such strategy are presented. Our vision for the supervision of a multi-sources system that integrates sources of renewable resources is presented thereafter. In Chapter II we specify the hybrid system and the models of each component in order to integrate them into a supervision structure. Chapter III deals with the design of a supervisory predictive controller which optimizes the power flow of a renewable hybrid system (solar panels, micro-turbine and battery). Short time predictions of the solar power and the power reference are embedded in the supervisor. The performance index integrates the environmental impact, the cost of fuel, battery cycling and the energy delivery. Simulations and a real-time application of a model-in-the-Loop plant are carried out to illustrate the applicability and electiveness of the proposed supervisory predictive control design. Chapter IV aims to show the generic properties of the proposed supervisory system. In fact, a wind turbine has been added to the hybrid system and the cost function has been modified. The real-time simulations show the effectiveness of the proposed power management system. Then, the turbine is controlled in degraded mode in order to reduce the impact of wind speed fluctuation with respect to the power reference. The cost function has been modified to meet these new requirements. Finally, the potential benefits of considering a dynamic prediction horizon are explained. The variation of the prediction horizon is performed according to the relevance of the predictions of renewable resources. Tested on an experimental platform combining real components and real-time simulation models (Model-in-the-loop), the results show the validity of all the developed concepts.

Les communautés Inuit du Nunavik (Québec, Canada) dépendent des énergies fossiles pour la production d'électricité et le chauffage des bâtiments. Ce projet de maîtrise a comme objectif principal d'évaluer le potentiel d'intégrer des systèmes photovoltaïques (PV) pour décarboner les bâtiments résidentiels au Nunavik. Les deux premiers chapitres de ce mémoire analysent la demande énergétique des logements sociaux, combinant une étude quantitative de données réelles de consommation électrique avec une analyse qualitative d'entrevues semi-dirigées auprès d'occupants à Quaqtaq, Nunavik. Ces travaux servent ultimement à combler le manque de données concernant la consommation énergétique dans les communautés Inuit en fournissant des informations pertinentes pour améliorer les simulations énergétiques et faciliter l'intégration de solutions énergétiques adaptées. Le troisième chapitre présente ensuite l'optimisation multiobjectif de deux systèmes solaires modélisés dans des conditions environnementales nordiques. Un système PV indépendant ainsi qu'un système PV intégré à l'enveloppe du bâtiment ont été simulés. Les résultats montrent que des systèmes photovoltaïques de taille modérée peuvent couvrir une part significative, soit au-delà de 30%, de la demande d'électricité annuelle des logements sociaux, sans considérer de stockage ou d'échange de surplus avec le micro-réseau. La portée scientifique de ce projet s'inscrit dans la transition énergétique de l'Arctique en offrant une méthodologie de dimensionnement et de positionnement d'équipement de production d'énergie solaire pour limiter la dépendance aux énergies fossiles et accroître la sécurité énergétique du secteur résidentiel dans les communautés nordiques isolées. Les limites de la recherche doivent cependant être reconnues, notamment la quantité restreinte de données et la variabilité des préférences individuelles des occupants. Les travaux futurs devraient élargir la recherche en augmentant le nombre de bâtiments étudiés et en incluant davantage de communautés. L'optimisation des systèmes en incluant la modélisation de stockage et d'échange avec le réseau devrait être priorisée afin d'évaluer la limite du potentiel de l'énergie solaire au Nunavik. L'étude du couplage du solaire avec d'autres sources d'énergie renouvelable, telles que l'hydroélectricité ou l'éolien, devrait aussi être approfondie. Enfin, en matière de développement énergétique au Nunavik, il est essentiel d'adopter une approche intégrée, participative et inclusive envers les communautés locales. / The Inuit communities in Nunavik (Québec, Canada) rely on fossil fuels for electricity generation and heating. This master's thesis aims to assess the potential of integrating photovoltaic (PV) systems to decarbonize residential buildings in Nunavik. The first two chapters of this thesis analyze the energy demand of social houses, combining a quantitative study of real electrical consumption data with a qualitative analysis of semi-structured interviews with occupants in Quaqtaq, Nunavik. These efforts ultimately address the lack of data on energy consumption in Inuit communities by providing relevant information to improve energy simulations and facilitate the integration of tailored energy solutions. The third chapter presents the multi-objective optimization of two solar systems modeled in northern environmental conditions. An independent PV system and a building-integrated system PV were simulated. The results show that moderately sized photovoltaic systems can cover a significant portion, over 30%, of the annual electricity demand for social housing, without considering storage or surplus exchange with the microgrid. The scientific contribution of this project lies in the energy transition of the Arctic by offering a methodology for sizing and positioning solar energy production equipment to reduce the dependence on fossil fuels and increase the energy security in the residential sector of isolated northern communities. The implications extend beyond academia, providing tangible solutions for decision-makers and stakeholders involved in the northern energy transition. However, research limitations, including the restricted amount of data and the variability of individual occupant preferences, must be acknowledged. Future work should broaden the research by increasing the number of studied buildings and including more communities. Optimization of systems, incorporating storage modeling and exchange with the grid, should be prioritized to assess the full potential of solar energy in Nunavik. The study of coupling solar with other renewable energy sources, such as hydroelectricity or wind power, should also be explored. Finally, in the context of energy development in Nunavik, it is essential to adopt an integrated, participative, and inclusive approach with local communities.

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Les développements récents des applications d’électronique portable demande de plus en plus l’utilisation de systèmes de récupération d’énergie à partir de sources environnantes de basse énergie. La conversion piézoélectrique à partir de sources vibratoire pourrait être un moyen intéressant pour l’alimentation électrique de petits systèmes. Dans ce travail, nous investiguons les potentialités de films de polymère bio-sourcé à base de polyamide 11 (PA11). Dans un premier temps, les effets de traitements physiques ou chimiques sur le développement des phases cristallines du PA11 ont été longuement étudiés. Dans un deuxième temps, des nano-argiles ont été utilisées comme modificateurs de structure dans la matrice PA11. Des nanocomposites de PA11/argile ont été réalisés en utilisant des argiles en feuillets et en nanotubes par extrusion. L’effet de ces argile n’est pas significatif sur la qualité structurale des composites obtenus. L’ajout d’argile en feuillets (cloisite 20A, cloisite 10A et cloisite Na+)conduit à une amélioration des caractéristiques mécaniques alors que l’ajout de silicates tubulaires (nanotubes d’halloysite) n’a pas d’effet significatif. Parmi tous les nanocomposites préparés, le nanocomposite chargé de Cloisite Na+ a montré la meilleure propriétés piézoélectriques. Il semble que la polarité plus élevée de la Cloisite Na+ puisse être à l’origine de la meilleure réponse à la polarisation de ces composites. Une méthode spécifique de quantification de la récupération d’énergie vibratoire a été développée pour ces composites polymères/argile. Les capacités de récupération d’énergie par vibration ont été étudiées sur l’argile PA11 chargée de Cloisite Na+. / In the last few years it has been an increasing demand for the elaboration of flexible energy conversion sources due to the rapid increase in the usage of portable electronic devices. The piezoelectric conversion from vibration sources could be an interesting way to charge small systems. In this work, we investigate the potential of bio-based polyamide 11 (PA11) polymer films. At first, the effect of physical and chemical treatments on the development of crystalline phases in polyamide 11 has been thoroughly investigated. In a second step, nanoclays have been used as structural modifiers in PA 11 matrix. Nanocomposites were prepared using layered and tubular clays by melt-blending process and it was found that addition of layered silicates (cloisite 20A, cloisite 10A and cloisite Na+) results in an increase in mechanical properties, while the addition of tubular silicates (halloysite nanotube) has no significant effect. Addition of clay is not significant on the structural quality of the obtained nanocomposites. PA11 nanocomposite loaded with Cloisite Na+ have shown the best piezoelectric properties. It appears that the higher value of the polarity of Cloisite Na + may be responsible of the best answer to the polarization of the composites. A specific method for the quantification of energy vibration recovery has been developed for these nanocomposites. The capabilities of vibrational energy recovery were studied on PA11 loaded with Cloisite Na+.

L’extension des systèmes de télécommunication génère de plus en plus des ondes électromagnétiques dans notre environnement aux fréquences et puissances très variées. Le temps est venu de faire une étude approfondie sur les possibilités potentielles que nous avons d’utiliser l’énergie contenue dans les ondes électromagnétiques pour alimenter des applications électroniques. L’idée est d’utiliser une ou plusieurs antennes pour récupérer les ondes électromagnétiques disponibles, suivies par un convertisseur des signaux RF/DC. / The work of this thesis is focuse on designing, measuring and testing an antenna and rectifiercircuit (RECTENNA) optimized for incoming signals of low power density (~651W/m²). The rectenna is used to harvest the ambient electric energy from the RF signals that have been radiated by communication and broadcasting systems at (1GHz-3GHz) without matching circuit and the second is a narrow band (1.8GHz-1.9GHz) with a matching circuit between the antenna and the rectifier.

Les infrastructures Internet et l'installation d'appareils très gourmands en énergie (en raison de l'explosion du nombre d'internautes et de la concurrence entre les services efficaces offerts par Internet) se développent de manière exponentielle. Cela entraîne une augmentation importante de la consommation d'énergie. La gestion de l'énergie dans les systèmes de distribution de contenus à grande échelle joue un rôle déterminant dans la diminution de l'empreinte énergétique globale de l'industrie des TIC (Technologies de l'information et de la communication). Elle permet également de diminuer les coûts énergétiques d'un produit ou d'un service. Les CDN (Content Delivery Networks) sont parmi les systèmes de distribution à grande échelle les plus populaires, dans lesquels les requêtes des clients sont transférées vers des serveurs et traitées par des serveurs proxy ou le serveur d'origine, selon la disponibilité des contenus et la politique de redirection des CDN. Par conséquent, notre objectif principal est de proposer et de développer des mécanismes basés sur la simulation afin de concevoir des politiques de redirection des CDN. Ces politiques prendront la décision dynamique de réduire la consommation d'énergie des CDN. Enfin, nous analyserons son impact sur l'expérience utilisateur. Nous commencerons par une modélisation de l'utilisation des serveurs proxy et un modèle de consommation d'énergie des serveurs proxy basé sur leur utilisation. Nous ciblerons les politiques de redirection des CDN en proposant et en développant des politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges (en utilisant la loi de Zipf) pour rediriger les requêtes des clients vers les serveurs. Nous avons pris en compte deux techniques de réduction de la consommation d'énergie : le DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling) et la consolidation de serveurs. Nous avons appliqué ces techniques de réduction de la consommation d'énergie au contexte d'un CDN (au niveau d'un serveur proxy), mais aussi aux politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges afin d'économiser l'énergie. Afin d'évaluer les politiques et les mécanismes que nous proposons, nous avons mis l'accent sur la manière de rendre l'utilisation des ressources des CDN plus efficace, mais nous nous sommes également intéressés à leur coût en énergie, à leur impact sur l'expérience utilisateur et sur la qualité de la gestion des infrastructures. Dans ce but, nous avons défini comme métriques d'évaluation l'utilisation des serveurs proxy, d'échec des requêtes comme les paramètres les plus importants. Nous avons transformé un simulateur d'événements discrets CDNsim en Green CDNsim, et évalué notre travail selon différents scénarios de CDN en modifiant : les infrastructures proxy des CDN (nombre de serveurs proxy), le trafic (nombre de requêtes clients) et l'intensité du trafic (fréquence des requêtes client) en prenant d'abord en compte les métriques d'évaluation mentionnées précédemment. Nous sommes les premiers à proposer un DVFS et la combinaison d'un DVFS avec la consolidation d'un environnement de simulation de CDN en prenant en compte les politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges. Nous avons conclu que les techniques d'économie d'énergie permettent de réduire considérablement la consommation d'énergie mais dégradent l'expérience utilisateur. Nous avons montré que la technique de consolidation des serveurs est plus efficace dans la réduction d'énergie lorsque les serveurs proxy ne sont pas beaucoup chargés. Dans le même temps, il apparaît que l'impact du DVFS sur l'économie d'énergie est plus important lorsque les serveurs proxy sont bien chargés. La combinaison des deux (DVFS et consolidation des serveurs) permet de consommer moins d'énergie mais dégrade davantage l'expérience utilisateur que lorsque ces deux techniques sont utilisées séparément. / Explosive increase in Internet infrastructure and installation of energy hungry devices because of huge increase in Internet users and competition of efficient Internet services causing a great increase in energy consumption. Energy management in large scale distributed systems has an important role to minimize the contribution of Information and Communication Technology (ICT) industry in global CO2 (Carbon Dioxide) footprint and to decrease the energy cost of a product or service. Content distribution Networks (CDNs) are one of the popular large scale distributed systems, in which client requests are forwarded towards servers and are fulfilled either by surrogate servers or by origin server, depending on contents availability and CDN redirection policy. Our main goal is therefore, to propose and to develop simulation-based principled mechanisms for the design of CDN redirection policies which will do and carry out dynamic decisions to reduce CDN energy consumption and then to analyze its impact on user experience constraints to provide services. We started from modeling surrogate server utilization and derived surrogate server energy consumption model based on its utilization. We targeted CDN redirection policies by proposing and developing load-balance and load-unbalance policies using Zipfian distribution, to redirect client requests to servers. We took into account two energy reduction techniques, Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) and server consolidation. We applied these energy reduction techniques in the context of a CDN at surrogate server level and injected them in load-balance and load-unbalance policies to have energy savings. In order to evaluate our proposed policies and mechanisms, we have emphasized, how efficiently the CDN resources are utilized, at what energy cost, its impact on user experience and on quality of infrastructure management. For that purpose, we have considered surrogate server's utilization, energy consumption, energy per request, mean response time, hit ratio and failed requests as evaluation metrics. In order to analyze energy reduction and its impact on user experience, energy consumption, mean response time and failed requests are considered more important parameters. We have transformed a discrete event simulator CDNsim into Green CDNsim and evaluated our proposed work in different scenarios of a CDN by changing: CDN surrogate infrastructure (number of surrogate servers), traffic load (number of client requests) and traffic intensity (client requests frequency) by taking into account previously discussed evaluation metrics. We are the first who proposed DVFS and the combination of DVFS and consolidation in a CDN simulation environment, considering load-balance and loadunbalance policies. We have concluded that energy reduction techniques offer considerable energy savings while user experience is degraded. We have exhibited that server consolidation technique performs better in energy reduction while surrogate servers are lightly loaded. While, DVFS impact is more considerable for energy gains when surrogate servers are well loaded. Impact of DVFS on user experience is lesser than that of server consolidation. Combination of both (DVFS and server consolidation) presents more energy savings at higher cost of user experience degradation in comparison when both are used individually.

Cette thèse vise à élargir nos connaissances sur les couches limites turbulentes (CLT) soumises à un gradient de pression adverse (CLT-GPA). Les points de mire de cette thèse sont les structures cohérentes et les mécanismes de transfert d'énergie dans les CLT-GPA avec de petits et grands déficits de vitesse. Pour faire cela, nous avons généré des bases de données de deux CLT-APG hors équilibre par simulation numérique directe. La première couche limite atteint un Re[indice θ] de 8000 et un paramètre de forme de 1.4 à 3.2. Il s'agit de la base de données principale utilisée tout au long de la thèse. La deuxième base de données a été obtenue avec le même domaine et les mêmes conditions limites que la première. La seule différence est que la turbulence est artificiellement éliminée de la région interne de la couche limite. Cette deuxième base de données est utilisée pour examiner l'effet de la région interne sur la turbulence dans la région externe. À des fins de comparaison, nous utilisons aussi des bases de données d'un écoulement de Poiseuille plan, de deux couches limites sans gradient de pression et de deux écoulements à cisaillement homogène. Les structures porteuses d'énergie et celles qui transfèrent l'énergie sont examinées à l'aide des distributions spectrales et des corrélations en deux points. L'analyse révèle que les structures porteuses d'énergie possèdent des caractéristiques spatiales et spectrales semblables dans les CLT-GPA avec de petits déficits de vitesse et les écoulements canoniques. Dans le cas à grand déficit de vitesse, contrairement aux écoulements précédents, la turbulence devient prédominante dans la région externe au lieu de la région interne. Le pic interne du spectre de (⟨u²⟩) n'existe pas dans le cas à grand déficit de vitesse. De plus, les corrélations en deux points montrent que l'organisation spatiale a aussi changé. En ce qui concerne les structures qui transfèrent l'énergie, les structures associées à la production, la pression-déformation et la dissipation se comportent comme les structures porteuses d'énergie. Les distributions spectrales de ces mécanismes sont semblables dans les CLT-GPA avec de petits déficits de vitesse et les écoulements canoniques. Dans le cas à grand déficit de vitesse, les distributions de production et pression-déformation dans la direction normale à la paroi changent parce que la région externe devient dominante. Cependant, les spectres 2D et le rapport de forme des structures sont semblables dans tous les cas. Les structures de production et de pression-déformation sont analysées plus en détail en utilisant leur taille relative et leur position dans la direction normale à la paroi, comme révélé par les distributions spectrales. Les résultats montrent que les spectres de production et pression-déformation ont des caractéristiques semblables dans chaque région (interne et externe) peu importe le déficit de vitesse. Dans la région interne, les résultats suggèrent que le cycle de régénération de la turbulence de proche paroi, ou un autre mécanisme possédant les mêmes caractéristiques spectrales, existe dans les CLT-GPA à grand déficit de vitesse. En ce qui concerne la région externe, la CLT-GPA à grand déficit de vitesse se comporte davantage comme une couche cisaillée libre que les CLT-GPA avec de petits déficits de vitesse et les écoulements canoniques. Mais aucune instabilité de type point d'inflexion n'a été détectée. L'effet de la turbulence de la région interne sur les structures de la région externe est examiné par l'intermédiaire des caractéristiques spatiales des structures porteuses de cisaillement turbulent à l'aide de données volumétriques spatio-temporelles. Les résultats montrent que la région externe n'est pas significativement affectée par la turbulence de la région interne. Les caractéristiques spatiales des structures dépendent principalement du cisaillement moyen. De plus, le rapport de forme des structures évolue de la même façon dans les deux régions externes de CLT-GPA (originale et modifiée) et dans l'écoulement à cisaillement homogène lorsque la taille des structures est normalisée avec l'échelle de longueur de Corrsin. La conclusion générale est que les mécanismes de transfert d'énergie turbulente restent les mêmes dans une région indépendamment du déficit de vitesse. La raison pour laquelle les distributions d'énergie et du transfert d'énergie varient dans la CLT-GPA à grand déficit de vitesse est probablement le changement du profil de cisaillement moyen dû au déficit de vitesse croissant. / This thesis aims to expand our knowledge about turbulent boundary layers (TBLs) developing under adverse pressure gradients (APG). The main focus of this thesis is coherent structures and energy transfer mechanisms in APG TBLs with small and large velocity defects. For this, two novel non-equilibrium APG TBL direct numerical simulation databases are generated. The first database is a non-equilibrium APG TBL with Re[subscript θ] reaching 8000 and a shape factor spanning between approximately 1.4 and 3.2. It is the main database utilized throughout the thesis. The second database has identical domain and boundary conditions to the first one. The difference between them is that turbulence in the inner layer of the second database is artificially eliminated. This second database is generated to examine the effect of the inner layer on the outer layer turbulence. For comparison purposes, a channel flow case, two zero pressure gradient (ZPG) TBLs and two homogeneous shear turbulence (HST) databases from the literature are employed. The energy-carrying and -transferring structures are examined using the spectral distributions and two-point correlations. The analysis reveals that energy-carrying structures in small defect APG TBLs and canonical flows have similar spatial and spectral features. In the large defect case, turbulence in the inner layer, which is the dominant region in canonical flows and small defect APG TBLs, loses its importance and outer-layer turbulence becomes dominant. The inner peak in the ⟨u²⟩ spectra does not exist in the large-defect case. Moreover, two-point correlations show that the spatial organization becomes different in the large-defect case as well. Regarding the energy-transferring structures, production, pressure-strain and dissipation structures behave in a similar fashion to the energy-carrying structures. The spectral distributions show that the canonical flows and small defect APG TBLs behave very similarly. The shape of the spectra is qualitatively similar in both cases. In the large defect case, the wall-normal distributions of production and pressure-strain become different since the outer layer becomes dominant. However, the shape of 2D spectra and the aspect ratio of structures are alike in all cases. The production and pressure-strain structures are analyzed in more detail using the relative size and wall-normal positions with respect to each other and energetic structures using spectral distributions. The results show that production and pressure-strain spectra have similar features in both the inner and outer layers regardless of the velocity defect, despite the differences in energetic structures. In the inner layer, the results suggest that the near-wall cycle or another mechanism with similar spectral features exists in large defect APG. As for the outer layer, an interesting result is that in large-defect APG TBLs it acts more like a free shear layer than in small-defect APG TBLs or canonical flows. Besides that, production and inter-component energy transfer mechanisms are similar in all cases regardless of velocity defect. No inflection point instability in the outer layer of the large-defect APG TBLs was detected. The effect of the near-wall region on the outer-layer layer structures is examined through Reynolds-shear-stress carrying structures' spatial features by detecting individual structures using spatio-temporal volumetric data. The results show that the outer layer is not significantly affected by the inner-layer turbulent activity. The structures' spatial features mostly depend on the mean shear. The aspect ratio of Reynolds-shear-stress carrying structures remains almost identical in the outer layer when the inner-layer turbulence is eliminated. Moreover, the aspect ratio follows a similar trend in both outer layers of APG TBLs and HSTs when the structures' size is normalized with the Corrsin length scale. The overall conclusion is that energy transfer mechanisms remain the same within one layer regardless of the velocity defect. The reason why the wall-normal distribution of energy and energy transfer dramatically changes in the large defect case is probably the change in the mean shear profile due to the increasing velocity defect.

Face à la croissance du coût de l’énergie, la complexification des gisements, et une pression sociétale accrue pour réduire l’empreinte environnementale des activités industrielles, l’industrie minière est confrontée à un défi de taille. Les usines minéralurgiques comptent pour une portion significative de la consommation énergétique des sites miniers alors que les circuits de broyage affichent une efficacité énergétique sous la barre des 30 %.L’amélioration de l’efficacité énergétique de l’étape de fragmentation apparait comme une avenue logique afin de diminuer l’empreinte énergétique des usines minéralurgiques. Cette recherche vise à démontrer que l’amélioration de la performance énergétique des circuits de comminution est possible en définissant une stratégie d’opération adaptée qui utilise de la régulation avancée. Afin de résoudre la problématique, plusieurs échantillonnages de la réponse dynamique du circuit de broyage de la mine Niobec ont été effectués. La programmation et le calibrage d’un simulateur dynamique permettant de suivre la distribution granulométrique de chacun des flux du circuit de broyage de la mine ont été complétés par la suite. Ce simulateur a permis l’étude des performances du circuit dans différentes conditions d’opération incluant l’intégration de perturbations dans le comportement du minerai. Une stratégie de régulation avancée visant à maximiser la charge circulante du circuit a été développée en utilisant des contrôleurs PID. La maximisation de la charge circulante va de pair avec une amélioration de la classification dans le circuit et une diminution du surbroyage ce qui entraîne une amélioration de l’efficacité énergétique. En comparaison à la stratégie de contrôle actuelle, celle proposée permet d’augmenter le tonnage traité et de diminuer la consommation énergétique par tonne traitée. Les simulations montrent qu’une réduction de 8,29 à 6,92 kWh par tonne traitée est envisageable. Cette amélioration de l’empreinte énergétique se fait de concert avec une augmentation de 155 à 184 tonnes traitées par heure tout en maintenant la cible de dimension du produit de broyage. La robustesse de la stratégie de régulation proposée est démontrée par l’étude de sa réponse à une variation de la dureté du minerai traité. Ces résultats montrent qu’il est possible d’accroitre significativement les performances en utilisant des stratégies de régulation avancée à la portée des systèmes de contrôle les plus communément utilisés. Ils indiquent aussi que l’augmentation de l’efficacité de la classification est un aspect important de l’amélioration des performances énergétiques.