Pour répondre à l’augmentation de la consommation d’énergie, une solution est envisagée : augmenter la tension électrique dans les lignes. L’augmentation de la tension électrique induit entre autres une augmentation du champ électrique et une augmentation du critère de distance minimale au sol (distance entre les câbles et le sol), impliquant un rehaussement des conducteurs. Le pylône dimensionné pour une certaine tension électrique initiale verra sa taille augmentée pour satisfaire les nouvelles conditions d’exploitation. Une option envisageable, pour conserver les dimensions géométriques, est de modifier les isolateurs en suspension et de les remplacer par de nouveaux isolateurs en polymères renforcés de fibres de verre (PRF) afin d’observer la possibilité d’un rehaussement des conducteurs dans l’optique d’une future augmentation de puissance. Ces PRF représentent de par leur poids léger, leur faible conductivité et leur résistance élevée, un véritable atout. Le projet consiste à utiliser les études concernant le comportement des matériaux composites et à vérifier la pertinence de l’utilisation de ces matériaux pour des isolateurs. Par la suite, seront étudiés les comportements de divers types d’isolateurs, par une approche statique. Les nouvelles charges induites dans le pylône et les fondations seront comparées, et une attention particulière sera apportée aux modifications nécessaires du pylône. L’étude montre que certaines nouvelles configurations d’isolateurs permettent de rehausser le niveau des conducteurs d’une ligne existante, tout en permettant de bien équilibrer les charges longitudinales causées par des chargements dissymétriques et en permettant de limiter l’augmentation des efforts transmis à l’ensemble de la structure et aux fondations.

Les lignes de transport d’énergie électrique haute tension sont conçues pour résister aux charges climatiques, principalement les charges de vent, de glace, de service et de construction. En plus des charges usuelles, les lignes peuvent être soumises à d’autres charges comme celles résultant de la chute d’un pylône, d’une erreur humaine ou du bris d’une composante. Ces derniers ne sont pas toujours pris en compte directement par les normes en vigueur lors du dimensionnement. Ces charges sont de type dynamique et causent éventuellement des dégâts importants qui endommagent un pylône voire même toute une partie de ligne qui nécessite des coûts et délais élevés pour la réparation et la remise en service de la ligne. L’objectif de ce projet de recherche consiste donc à étudier la contribution de ces événements dynamiques susceptibles d’avoir lieu sur une ligne afin de prédire le nombre de pylônes pouvant être affectés par un tel cas de chargement. En particulier, l’étude contribuera à relier le nombre de pylônes affectés à la capacité des pylônes pour permettre aux concepteurs de prendre des décisions rationnelles sur les charges longitudinales à considérer en fonction de ce qui est jugé acceptable comme étendue d’une cascade en cas de bris de conducteur. La méthodologie de cette étude se divise en deux grandes étapes. La première consiste à valider la méthode de modélisation proposée pour étudier en dynamique le phénomène de bris de conducteur. D’abord, il s’agit d’adopter un essai de bris de conducteur disponible dans la littérature établi sur un canton à échelle réduite comme modèle de référence et valider la méthode proposée de modélisation numérique avec les résultats expérimentaux obtenus pour cet essai. Une seconde validation d’une poutre en porte-à-faux avec une charge statique appliquée à l’extrémité libre a été aussi réalisée afin de valider le comportement non linéaire du matériau à l’aide des éléments poutres de Timoshenko en multifibre avec grands déplacements et grandes rotations. Cette seconde validation servira comme référence pour modéliser les éléments mats et consoles des pylônes. La deuxième étape consiste à étudier numériquement l’étendue d’une cascade sur un canton de ligne composé de pylônes tubulaires lors d’un bris de tous les conducteurs. Une étude paramétrique a été réalisée pour comprendre l’effet des paramètres suivants sur l’étendue de la cascade : la capacité des pylônes, la charge axiale dans les conducteurs, la longueur de la portée, les hypothèses pour la loi de comportement du matériau et la longueur des chaînes d’isolateurs. Les résultats obtenus ont montré que l’étendue de la cascade dépend fortement de la tension mécanique des câbles dans un premier lieu et légèrement de la longueur de la portée et des chaînes d’isolateurs en second lieu. Cependant la loi de comportement n’a pas présentée beaucoup de différence vis-à-vis le nombre de pylônes affectés. Cette étude montre qu’il est possible pour un concepteur de lignes de transport de concevoir les pylônes de la ligne avec une capacité de pylônes inférieure à ceux correspondants aux charges longitudinales maximales anticipées en acceptant un certain nombre de pylônes pouvant être endommagés.

L’énergie électrique est devenue très importante dans la vie quotidienne. Pour atteindre les zones de grande consommation, l’électricité parcourt souvent de très grandes distances. Par exemple, pour acheminer l’énergie électrique de la Baie-James, centre de production important, jusqu’à Montréal, il y a près de 1 000 kilomètres de distance. Les bris de conducteurs causent des efforts dynamiques importants pouvant causer de lourdes pertes sur la ligne de transport. Réduire ces dommages et garder une distribution continue de l’énergie aux consommateurs est une préoccupation majeure pour les gestionnaires de réseaux électriques. Cette recherche porte sur l’étude de l’ajout d’un mécanisme ductile à la console des pylônes d’un canton de ligne soumis à un bris de conducteur. L’objectif principal de cette étude est de présenter une méthode pour évaluer la capacité optimale des consoles ductiles pour confiner la ruine causée par un bris de conducteurs. La clé est de trouver un équilibre entre la réduction du moment à la base des pylônes et le nombre de consoles plastifiées. L’étude comporte deux parties complémentaires. La première consiste à valider le modèle numérique avec les résultats d’un essai à échelle réduite disponible dans la littérature. La deuxième partie consiste à effectuer une étude paramétrique sur un canton composé de pylônes tubulaires en acier avec l’ajout du mécanisme ductile. L’étude paramétrique est effectuée sur le modèle pour étudier l’effet sur la réponse du système de la capacité de la console, la tension dans les câbles, la longueur de portée, la longueur de la chaîne d’isolateur et le choix de la loi de comportement du modèle. L’objectif de la console ductile est de réduire le moment à la base afin de réduire le nombre de pylônes subissant une ruine complète, tout en limitant le nombre de consoles affectées. Les modélisations réalisées avec le logiciel par éléments finis Code-Aster ont permis de reproduire la réponse dynamique du canton étudié après bris de conducteur. Les essais numériques ont permis d’observer une importante réduction du moment à la base au premier pylône. Pour des consoles ductiles dimensionnées pour des valeurs variant entre 40 % à 60 % de la capacité élastique de la console, la réduction du moment à la base du premier pylône peut atteindre de 30 % à 60 % du moment élastique selon le cas de chargement considéré, tandis que le nombre de consoles plastifiées varie entre 1 et 7 consoles.

Le développement intensif de l’électronique à très faible consommation énergétique et des technologies de communication sans fils ont permis l’apparition des nœuds de capteur sans fils dans plusieurs domaines. Un nœud de capteur sans fils devrait être un système autonome. Néanmoins, les batteries sont utilisés jusqu’à aujourd’hui pour son alimentation. L’utilisation des batteries comme source d’énergie présente des défis majeurs tels que le coût de remplacement et d’entretien. L’objectif de ce projet est de valider la possibilité d’alimentation d’un nœud de capteur sans fils à partir de l’énergie vibratoire à travers un récupérateur piézoélectrique. Un système d’alimentation complet d’un nœud de capteur sans fils contient le transducteur piézoélectrique, une unité de gestion de puissance et un élément de stockage. Ce mémoire de maîtrise présente les travaux élaborés dans le but de définir une configuration bien adaptée d’un système d’alimentation autonome complet. La réalisation de ce projet a nécessité le développement d’un démonstrateur expérimental du système en se basant sur des composants commerciaux. Ce démonstrateur a permis de valider la faisabilité du système de récupération d’énergie vibratoire pour des excitations qui peuvent exister dans le domaine de l’automobile en termes de fréquence de résonance et amplitudes d’accélération. Tout d’abord, les besoins énergétiques du nœud de capteur à alimenter et du circuit de gestion de puissance sélectionné ont été caractérisés expérimentalement en établissant une communication entre le nœud et une station de base. À partir de ces résultats, le transducteur piézoélectrique et l’élément de stockage adéquats ont été déterminés. Dans notre cas, le transducteur piézoélectrique choisi est soumis à une excitation harmonique d’amplitude 0.3 g et de fréquence de 65.8 Hz. Il alimentait le nœud de capteur sans fils développé opérant à une période de transmission de 17s à travers le circuit de gestion de puissance de faibles pertes favorisant le transfert optimal d’énergie entre l’entrée et la sortie du système. La fonctionnalité du système a été mise en évidence et une méthodologie comportant les différentes considérations à tenir en compte lors de développement de ce type de système a été proposée. Il est démontré que l’étude énergétique du système est un atout pour son développement. En effet, le design du transducteur piézoélectrique doit être fait de telle façon que la puissance générée par le récupérateur piézoélectrique soit supérieure à la puissance requise par le reste du système. Pour cela, la source de vibration doit être caractérisée en termes de fréquence et amplitude d’accélération. La puissance totale requise par le nœud de capteur et le circuit de gestion de puissance doit être déterminée. Le dimensionnent de l’élément de stockage doit aussi tenir compte de l’énergie totale requise par la charge.

Le marché de l'énergie distribuée est actuellement en pleine expansion et favorise l'intégration d'une multitude de sources d'énergie, et les machines à combustion interne ne sont pas exclues. Les moteurs à piston sont actuellement les principaux acteurs du marché, en raison de leur rendement élevé et de leur faible coût en capital. Cependant, la réglementation de plus en plus sévère sur les émissions ainsi que les coûts liés à la maintenance et les temps d'arrêt sont prohibitifs pour ce type de machines, en particulier dans le segment de basse puissance et de production d’énergie et de chaleur combinées (CHP). C'est là que les microturbines opérant sous le cycle récupéré – de petites turbines à gaz qui produisent moins de 1 MW de puissance – ont un avantage concurrentiel, grâce à moins de pièces en mouvement, une combustion plus propre et une température élevée d'échappement. Les petites turbomachines récupérées doivent atteindre des températures d'entrée de turbine (TIT) très élevées, requises pour atteindre 40% de rendement thermique. Les céramiques non refroidies offrent une solution très attrayante, avec plusieurs essais mais des résultats peu concluants dans la littérature. Ce travail présente une nouvelle architecture qui prend en charge des pales en céramique monolithique dans un environnement d’opération à chaud. La turbine renversée en céramique (ICT) est constituée d'un moyeu métallique flexible qui fournit une base souple pour les pales individuelles en céramique qui sont supportées par l'extérieur par un anneau en composite carbone-polymère. Les forces centrifuges chargent les pales en compression au lieu d’en tension, exploitant ainsi la résistance en compression typiquement élevée des céramiques techniques. Le document présente la validation expérimentale entreprise pour vérifier l'intégrité structurelle d’un prototype de configuration ICT à petite échelle, dans des conditions de fonctionnement à froid et à chaud, ainsi que les étapes qui y ont mené. Les résultats expérimentaux montrent que l'ICT supporte des pales en alumine dans les tests à froid et le nitrure de silicium pour des températures d'entrée du rotor jusqu'à 1000 K, avec des vitesses de pointe de pale atteignant 271 m/s. L’incursion d’objet domestique, l'événement le plus désastreux à se produire dans les turbines en céramique dans la littérature, n'a pas causé de dommages aux pales dans cette configuration. Ces résultats indiquent que l'architecture ICT est robuste et viable, et que le développement peut être poursuivi pour augmenter la TIT et la vitesse de pointe de la turbine, afin d’éventuellement parvenir à une microturbine récupérée en céramique de 1600 K de TIT.

Le nombre grandissant de véhicules électriques implique une grande quantité d’accumulateurs devant être alimentés par le réseau électrique. Le principe d’échange d’énergie véhicule-réseau (V2G) permet des transferts énergétiques bidirectionnels entre le réseau et les véhicules électriques. Il est ainsi possible de compter sur ces accumulateurs pour alimenter le réseau. Le chargeur intégré assure l’interface entre le réseau et ces accumulateurs. Son rendement constitue un élément majeur de la viabilité du principe V2G. Son caractère mobile est tout aussi important puisque cet appareil est intégré au véhicule. Les semi-conducteurs au carbure de silicium (SiC) présentent une percée substantielle pour atteindre le rendement et la densité énergétiques nécessaires pour un tel convertisseur. Les impacts de l’utilisation du SiC dans la conception et la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel seront démontrés dans ce mémoire. La topologie du convertisseur est initialement déterminée puis dimensionnée pour les paramètres de l’étude, soit en tension et puissance. Les simulations du convertisseur exposent les différences entre une solution n’utilisant que des composants au SiC à une seconde n’utilisant que des composant au silicium (Si) traditionnellement utilisés. Une dernière solution combinant les deux types de composant a aussi été évaluée. Finalement, la mise en œuvre d’un chargeur bidirectionnel prototype démontre des phénomènes distincts entre les solutions exposant l’impact des semi-conducteurs au carbure de silicium sur le rendement du convertisseur bidirectionnel.

Le déploiement de processus biologiques intensifiés s’accélère en traitement des eaux usées au regard des volumes importants à traiter et des avantages apportés : compacité, temps de traitement et qualité d’eaux. Cependant, cette intensification se fait souvent au détriment d’une consommation importante d’énergie qui reste le principal défi à relever. Pour cela, deux systèmes intensifs ont été analysés: un bioréacteur à membrane (BàM, 64000 eqH) et un procédé de boues activé conventionnel (BAC24000 eqH). Dans un premier temps, toutes les dépenses énergétiques de ces stations ont été quantifiées puis sectorisées, pour ensuite, définir des coûts de référence et proposer des stratégies de réduction d’énergie. L’audit énergétique pour ces deux stations confirme que l’aération est le poste le plus consommateur (Pour le BAC, la consommation totale de la station vaut 0.82 kWh/m3traité dont 44% sont dus à l’aération).Si de nombreux postes de dépenses énergétiques s’avèrent immuables, plusieurs facteurs influencent cependant ces consommations: La capacité hydraulique, la température, l’âge des boues... L’analyse des stations sur plus de trois ans de fonctionnement souligne les facteurs influençant cette consommation spécifique (kWh/m3traité) : débit entrant (saisonnalité) et concentrations en MES dans les bassins biologiques. Ainsi, une optimisation énergétique a été faite en mixant les données terrains avec des simulations sous GPS-X. Les résultats ont ainsi permis de relier les dépenses énergétiques (demande en oxygène) avec la production de boue. L’introduction d’un paramètre  permet de trouver en fonction des contraintes locales (Couts du kWh et de l’évacuation des boues) la concentration en MES dans les bassins qui minimise les coûts globaux. / Intensive biological processes are increasingly used in wastewater field due to their principles to operate on a reduced surface and produce good quality waters. However, studies show that intensification and high energy consumption go hand in hand, pointing out the value of energy benchmarking. In this work, two intensive systems have been studied: a membranebioreactor, MBR, (64000 p.e.) and a conventional active sludge, CAS, (24000 p.e.).Our objectives were to know where and why this energy is consumed, what factors influence these consumptions, and to give tools to optimize the energy efficiency. A three years energy audit was done for both stations confirming that aeration is the major energy expense (more than 44% of the total plant consumption:0.82kWh/m3). Several factors influence this energy were identified: hydraulic capacity, temperature andsludge age... High energy consumption has been noted in case of low hydraulic loading underlining the seasonal consumption. Moreover, the impact of Suspended Solid (SS) concentration on the energy consumption and on the overall treatment cost was determined at different SS concentration (ranged from 1 to 8 gSS/L) by software simulation (GPS-X) and data analysis. Simulation results showed that an increase of SS leads to an increase in oxygen demand (increased energy cost) but leads also to a decrease of sludge production (reduction of sludge disposal cost).In a full scale plant based on CAS process, the SS concentration must be carefully chosen in order to find the best compromise between the levels of treatment required, the energy demand to ensure biological activity and the sludge disposal cost while minimizing overall costs.

Dans l’optique de limiter l’impact environnemental négatif de l’utilisation immodérée du pétrole, le développement de nouveaux moyens de transport plus écoénergétiques est favorisé. Bien qu’elle offr actuellement une autonomie considérablement plus limitée que celle du véhicule à gazoline, la technologie du véhicule électrique est la plus prisée. Liée à la faible autonomie des véhicules électriques, l’angoisse de la panne, un sentiment éprouvé chez les utilisateurs de ce type de véhicules qui a été identifié lors des années 1990, représente actuellement une barrière socio-technologique importante au développement de la technologie du véhicule électrique. Afin de limiter les risques de panne d'énergie et dans le but de renforcer la confiance du conducteur face à cette nouvelle technologie de véhicule, une méthode précise de prédiction de la distance résiduelle est proposée. Cette méthode originale utilise un algorithme de prédiction du trajet basé sur l'identification des virages à gauche et à droite. Sachant que le type de trajet parcouru influence de façon importante la distance résiduelle, cette stratégie de prédiction offr une amélioration de la précision face aux autres couramment utilisées. La pertinence de cette nouvelle méthode de prédiction sera démontrée à la fois en situation de simulation et d’expérimentation.

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En France, les études sur les déterminants des investissements économiseurs d’énergie dans le résidentiel sont encore relativement rares même si ce secteur représente un gisement important d’économies d’énergie.Dans cette thèse, l’objectif est d’isoler les déterminants de l’investissement en efficacité énergétique dans le secteur résidentiel afin de fournir des recommandations de politiques publiques. Nous souhaitons étudier l’effet des politiques actuelles mais aussi potentielles qui visent à stimuler l’adoption d’équipements économiseurs d’énergie. Cette thèse est divisée en quatre chapitres. Dans un premier chapitre, l’objectif principal est d’analyser les dépenses en rénovation des ménages en faisant une distinction entre les travaux en efficacité énergétiques (d’isolation et de remplacement deséquipements) et les travaux en réparation en utilisant une approche économétrique. Dans un deuxième chapitre, nous cherchons à comprendre la décision d’investir en efficacité énergétique lorsqu’il existe des incitations divergentes (cas du propriétaire / locataire). Dans un troisième chapitre, nous étudions la décision d’investir dans des équipements économiseurs d’énergie dans un équilibre général en tenant compte de l’irréversibilité et de l’incertitude sur les prix de l’énergie et sur le rendement du revenu. Finalement, le quatrième chapitre évalue, à l’aide d’un modèle de simulation, l’effet des politiques publiques sur la décision d’investir. Nous modélisons la consommation d’énergie et les émissions de gaz à effet de serre, la décision d’investir dans des rénovations en efficacité énergétique et la dynamique du parc de logements. / In France, studies on energy-saving investments for residential buildings are still relatively rare even if this sector exhibits a high potential for energy-savings. In this PhD dissertation, the aim is to isolate the determinants of energy efficient investments in the residential sector in France in order to provide some policy recommendations. We also want to study the effect of current and potential public policies designed to trigger retrofit investments.The dissertation consists in four chapters. In the first essay, our main objective is to analyze household’s expenditures in renovation works by distinguishing energy efficiency works (insulation works and equipment replacement works) and reparation works using an econometric approach. In the second essay, we seek to understand the home renovation decision of households in a theoretical model in which there exist split incentives (landlord/tenant case). In the third essay, we study the decision to invest in energy efficiency by taking into account irreversibility and uncertainties on energy prices and on income return in a general equilibrium framework. Finally, the fourth essay assesses the effect of public policy on the decision to invest using an empirical approach.We model energy consumption and GHG emissions, the decision to invest in energy-saving renovations and the dynamics of the housing stock.