L'hybridation des sources de puissance dans le domaine des applications embarquées s'est imposée comme une solution adéquate pour répondre aux législations environnementales et atteindre une meilleure efficacité énergétique. Toutefois, le choix dans le dimensionnement des composants et la stratégie de commande doivent répondre à un cahier des charges, souvent complexe et hétérogène, tout en limitant les coûts du système. La résolution de ce problème d'optimisation incluant de nombreuses variables peut s'avérer complexe à cause des non-linéarités présentes dans le problème formulé. Il faut donc disposer d'outils de résolution efficaces et capables de fournir une solution fiable. Dans cette thèse, nous proposons une méthode d'optimisation globale pour le dimensionnement et la commande optimale de véhicules hybrides basée sur l'optimisation combinatoire, et en particulier sur la programmation linéaire en nombres entiers (PLNE). A partir d'un problème d'optimisation non linéaire, le problème initial est reformulé en une multitude de sous-problèmes linéaires en nombres entiers sur lesquels un algorithme de Branch & Bound parallèle est exécuté. Afin de résoudre des problèmes de grande taille, un second algorithme basé sur le Branch & Cut est développé. Cette méthode est déployée pour l'étude d'un système d'alimentation hybride d'une mini-excavatrice électrique. Le problème d'optimisation, dans lequel des contraintes énergétiques et des contraintes de vieillissement sont implantées, est évalué suivant différents paramètres du cahier des charges. Enfin, cette approche est également appliquée pour l'optimisation de trajectoires d'un système multi-actionneur synchronisés. / Hybridization of power sources for embedded applications becomes an interesting solution to respect environmental legislation and achieve a higher energy efficiency. However, the choice for components sizing and the energy management strategy need to meet specifications while reducing costs. To solve this optimization problems including several types of variables can be complex because of non linearities included in the formulated problem. Therefore the use of effective solving tools, able to provide a reliable solution, is required. In this thesis, a global optimization method is proposed for the design and the optimal control of hybrid vehicles based on combinatorial optimization, particularly on integer linear programming. From a non-linear optimization problem, the initial problem is reformulated into a multitude of integer linear sub-problems for which a parallel Branch & Bound algorithm is executed. In order to solve large-scale problems, a second algorithm based on the Branch & Cut is developed. This method is used for the study of a hybrid power supply system of a mini-excavator electric. The optimization problem, where energy constraints and aging constraints are implemented, is evaluated according to several parameters and specifications. Finally, this approach is also applied for the optimization of trajectories for a synchronized multi-actuators system.

L'analyse et l'optimisation au niveau de système sont indispensables pour la progression de performance des réseaux de communication. Ils sont nécessaires afin de faire fonctionner de façon optimale des réseaux actuels et de planifier des réseaux futurs. La modélisation et l'analyse au niveau de système des réseaux cellulaires ont été facilitées grâce à la maîtrise de l'outil mathématique de la géométrie stochastique et, plus précisément, la théorie des processus ponctuels spatiaux. Du point de vue de système, il a été empiriquement validé que les emplacements des stations cellulaires de base peuvent être considérés comme des points d'un processus ponctuel de Poisson homogène dont l'intensité coïncide avec le nombre moyen de stations par unité de surface. Dans ce contexte, des contributions de ce travail se trouvent dans le développement de nouvelles méthodologies analytiques pour l'analyse et l'optimisation des déploiements de réseaux cellulaires émergents.La première contribution consiste à introduire une approche pour évaluer la faisabilité de réseaux cellulaires multi-antennes, dans lesquels les dispositifs mobiles à faible énergie décodent les données et récupèrent l'énergie à partir d’un même signal reçu. Des outils de géométrie stochastique sont utilisés pour quantifier le taux d'information par rapport au compromis de puissance captée. Les conclusions montrent que les réseaux d'antennes à grande échelle et les déploiements ultra-denses de stations base sont tous les deux nécessaires pour capter une quantité d'énergie suffisamment élevée et fiable. En outre, la faisabilité de la diversité des récepteurs pour l'application aux réseaux cellulaires descendants est également étudiée. Diverses options basées sur la combinaison de sélection et la combinaison de taux maximal sont donc comparées. Notre analyse montre qu'aucun système n’est plus performant que les autres pour chaque configuration de système : les dispositifs à basse énergie doivent fonctionner de manière adaptative, en choisissant le schéma de diversité des récepteurs en fonction des exigences imposées.La deuxième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour la modélisation et l'optimisation de l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.Contrairement aux approches analytiques actuellement disponibles qui fournissent des expressions analytiques trop simples ou trop complexes de la probabilité de couverture et de l'efficacité spectrale des réseaux cellulaires, l'approche proposée est formulée par une solution de forme fermée qui se révèle en même temps simple et significative. Une nouvelle expression de l'efficacité énergétique du réseau cellulaire descendant est proposée à partir d’une nouvelle formule de l'efficacité spectrale. Cette expression est utilisée pour l’optimisation de la puissance d'émission et la densité des stations cellulaires de base. Il est prouvé mathématiquement que l'efficacité énergétique est une fonction uni-modale et strictement pseudo-concave de la puissance d'émission en fixant la densité des stations de base, et de la densité des stations de base en fixant la puissance d'émission. La puissance d'émission optimale et la densité des stations de base s'avèrent donc être la solution des équations non linéaires simples.La troisième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour analyser les performances des réseaux cellulaires hétérogènes équipés des sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires. L'approche proposée permet de tenir compte de la distribution spatiale des stations de base en utilisant la théorie des processus ponctuels, ainsi que l'apparition aléatoire et la disponibilité de l'énergie en utilisant la théorie des chaînes de Markov. En utilisant l'approche proposée, l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires peut être quantifiée et l'interaction entre la densité des stations de base et le taux d'énergie d'apparition peut être quantifiée et optimisée. / In communication networks, system-level analysis and optimization are useful when one is interested in optimizing the system performance across the entire network. System-level analysis and optimization, therefore, are relevant for optimally operating current networks, and for deploying and planning future networks. In the last few years, the system-level modeling and analysis of cellular networks have been facilitated by capitalizing on the mathematical tool of stochastic geometry and, more precisely, on the theory of spatial point processes. It has been empirically validated that, from the system-level standpoint, the locations of cellular base stations can be abstracted as points of a homogeneous Poisson point process whose intensity coincides with the average number of based stations per unit area.In this context, the contribution of the present Ph.D. thesis lies in developing new analytical methodologies for analyzing and optimizing emerging cellular network deployments. The present Ph.D. thesis, in particular, provides three main contributions to the analysis and optimization of energy-efficient cellular networks.The first contribution consists of introducing a tractable approach for assessing the feasibility of multiple-antenna cellular networks, where low-energy mobile devices decode data and harvest power from the same received signal. Tools from stochastic geometry are used to quantify the information rate vs. harvested power tradeoff. Our study unveils that large-scale antenna arrays and ultra-dense deployments of base stations are both necessary to harvest, with high reliability, a sufficiently high amount of power. Furthermore, the feasibility of receiver diversity for application to downlink cellular networks is investigated. Several options that are based on selection combining and maximum ratio combining are compared against each other. Our analysis shows that no scheme outperforms the others for every system setup. It suggests, on the other hand, that the low-energy devices need to operate in an adaptive fashion, by choosing the receiver diversity scheme as a function of the imposed requirements.The second contribution consists of introducing a new tractable approach for modeling and optimizing the energy efficiency of cellular networks. Unlike currently available analytical approaches that provide either simple but meaningless or meaningful but complex analytical expressions of the coverage probability and spectral efficiency of cellular networks, the proposed approach is conveniently formulated in a closed-form expression that is proved to be simple and meaningful at the same time. By relying on the new proposed formulation of the spectral efficiency, a new tractable closed-form expression of the energy efficiency of downlink cellular network is proposed, which is used for optimizing the transmit power and the density of cellular base stations. It is mathematically proved, in particular, that the energy efficiency is a unimodal and strictly pseudo-concave function in the transmit power, given the density of the base stations, and in the density of the base stations, given the transmit power. The optimal transmit power and density of base stations are proved to be the solution of simple non-linear equations.The third contribution consists of introducing a new tractable approach for analyzing the performance of multi-tier cellular networks equipped with renewable energy sources, such as solar panels. The proposed approach allows one to account for the spatial distribution of the base stations by using the theory of point processes, as well as for the random arrival and availability of energy by using Markov chain theory. By using the proposed approach, the energy efficiency of cellular networks can be quantified and the interplay between the density of base stations and energy arrival rate can be quantified and optimized.

De nos jours, la demande en trafic mobile a considérablement augmenté. Face à cette croissance, plusieurs propositions font l'objet d'étude pour remédier à un tel défi. L’architecture des réseaux d’accès de type Cloud (C-RAN) est l’une des propositions pour faire face à cette demande croissante, et constitue une solution candidate potentielle pour les réseaux futurs 5G. L'architecture C-RAN dissocie deux éléments principaux de la station de base: La BBU ou ``Baseband Unit", qui constitue une unité intelligente pour le traitement des données en bande de base, et le RRH ou ``Remote Radio Head", constituant en une antenne passive pour fournir l'accès aux utilisateurs (UEs). Grâce à l’architecture C-RAN, les BBUs sont centralement regroupées, alors que les RRHs sont distribués sur plusieurs sites. Plusieurs avantages sont ainsi dérivés, tels que le gain en multiplexage statistique, l’efficacité d’utilisation des ressources, et l’économie de puissance. Contrairement à l’architecture conventionnelle où chaque RRH est exclusivement associé à une BBU, dans l’architecture C-RAN, plusieurs RRHs sont regroupés en une seule BBU lorsque les conditions de charge sont faibles. Ceci présente plusieurs avantages, tel que l’amélioration en efficacité énergétique et la minimisation en consommation de puissance. Dans cette thèse, nous adressons le problème d’optimisation des associations BBU-RRH. Nous nous intéressons à l’optimisation des regroupements des RRHs aux BBUs en tenant compte de critères multiples. Plusieurs contraintes sont ainsi envisagées, tel que la réduction de la consommation d'énergie sous garantie de Qualité de Service (QoS) minimale. En outre, la prise en compte du changement du niveau d’interférence en activant/désactivant les BBUs est primordiale pour l’amélioration de l’efficacité spectrale. En plus, décider dynamiquement de la réassociation des RRHs aux BBUs sous des conditions de charges variables représente un défi, vu que les UEs connectés aux RRHs changeant leurs associations font face à des ``handovers" (HOs). / The demand on mobile traffic has been largely increasing nowadays. Facing such growth, several propositions are being studied to cope with this challenge. Cloud-Radio Access Networks Architecture (C-RAN) is one of the proposed solutions to address the increased demand, and is a potential candidate for future 5G networks. The C-RAN architecture dissociates two main elements composing the base station: The Baseband Unit (BBU), consisting in an intelligent element to perform baseband tasks functionalities, and the Remote Radio Head (RRH), that consists in a passive antenna element to provide access for serviced User Equipments (UEs). In C-RAN architecture, the BBUs migrate to a Cloud data center, while RRHs remain distributed across multiple sites. Several advantages are derived, such as statistical multiplexing gain, efficiency in resource utilization and power saving. Contrarily to conventional architecture, where each RRH is associated to one BBU, in C-RAN architecture, multiple RRHs can be embraced by one single BBU when network load conditions are low, bringing along several benefits, such as enhanced energy efficiency, and power consumption minimization. In this thesis, the BBU-RRH association optimization problem is addressed. Our aim is to optimize the BBU-RRH association schemes, taking into consideration several criteria. The problem presents many constraints: For example, achieving minimized power consumption while guaranteeing a minimum level of Quality of Service (QoS) is a challenging task. Further, taking into account the interference level variation while turning ON/OFF BBUs is paramount to achieve enhanced spectral efficiency. Moreover, deciding how to re-associate RRHs to BBUs under dynamic load conditions is also a challenge, since connected UEs face handovers (HOs) when RRHs change their associations.

Chaque année, des millions de personnes meurent et beaucoup d'autres subissent des séquelles graves à la suite d'accidents de la route. Malgré une multitude d’initiatives, le nombre de cas mortels et d'accidents graves augmente chaque année en engendrant des problèmes préoccupants à la fois sociaux, économiques et sanitaires. En raison de leur nombre élevé et de l'absence de protection personnelle, plus de la moitié de ces décès concerne les usagers vulnérables (en anglais, vulnerable road users - VRU) regroupant les piétons, cyclistes et motocyclistes. Les appareils mobiles, combinés à la technologie de Fog Computing (ou informatique géodistribuée, ou même informatique en brouillard), représentent une solution réaliste à court terme pour les protéger en les avertissant de l’imminence d'un accident de circulation. L’omniprésence des appareils mobiles et leurs capacités de calcul élevées font de ces appareils un élément important à considérer dans les solutions de sécurité routière. Le Fog Computing offre des fonctionnalités adaptées aux applications de sécurité routière, puisqu’il s’agit d’une extension du Cloud Computing permettant de rapprocher les services informatiques, le stockage et le réseau au plus près des utilisateurs finaux. Par conséquent, dans cette thèse, nous proposons une architecture réseau sans infrastructure supplémentaire (PV-Alert) pour des fins de sécurité routière et reposant uniquement sur les appareils mobiles des VRU et des conducteurs sur la route avec l’aide du concept de Fog Computing. Les données géographiques et cinématiques de ces appareils sont collectées et envoyées périodiquement au serveur fog situé à proximité. Le serveur fog traite ces données en exécutant un algorithme de calcul de risque d’accident de circulation et renvoie des notifications en cas d'accident imminent. L’évaluation de cette architecture montre qu’elle est capable de générer des alertes en temps réel et qu’elle est plus performante que d’autres architectures en termes de fiabilité, d’évolutivité et de latence. / Annually, millions of people die and many more sustain non-fatal injuries because of road traffic crashes. Despite multitude of countermeasures, the number of causalities and disabilities owing to traffic accidents are increasing each year causing grinding social, economic, and health problems. Due to their high volume and lack of protective-shells, more than half of road traffic deaths are imputed to vulnerable road users (VRUs): pedestrians, cyclists and motorcyclists. Mobile devices combined with fog computing can provide feasible solutions to protect VRUs by predicting collusions and warning users of an imminent traffic accident. Mobile devices’ ubiquity and high computational capabilities make the devices an important components of traffic safety solutions. Fog computing has features that suits to traffic safety applications as it is an extension of cloud computing that brings down computing, storage, and network services to the proximity of end user. Therefore, in this thesis, we have proposed an infrastructure-less traffic safety architecture that depends on fog computing and mobile devices possessed by VRUs and drivers. The main duties of mobile devices are extracting their positions and other related data and sending cooperative awareness message to a nearby fog server using wireless connection. The fog server estimates collision using a collision prediction algorithm and sends an alert message, if an about-to-occur collision is predicted. Evaluation results shows that the proposed architecture is able to render alerts in real time. Moreover, analytical and performance evaluations depict that the architecture outperforms other related road safety architectures in terms of reliability, scalability and latency. However, before deploying the architecture, challenges pertaining to weaknesses of important ingredients of the architecture should be treated prudently. Position read by mobile devices are not accurate and do not meet maximum position sampling rates traffic safety applications demand. Moreover, continuous and high rate position sampling drains mobile devices battery quickly. From fog computing’s point of view, it confronts new privacy and security challenges in addition to those assumed from cloud computing. For aforementioned challenges, we have proposed new solutions: (i) In order to improve GPS accuracy, we have proposed an efficient and effective two-stage map matching algorithm. In the first stage, GPS readings obtained from smartphones are passed through Kalman filter to smooth outlier readings. In the second stage, the smoothed positions are mapped to road segments using online time warping algorithm. (ii) position sampling frequency requirement is fulfilled by an energy efficient location prediction system that fuses GPS and inertial sensors’ data. (iii) For energy efficiency, we proposed an energy efficient fuzzy logic-based adaptive beaconing rate management that ensures safety of VRUs. (iv) finally, privacy and security issues are addressed indirectly using trust management system. The two-way subjective logic-based trust management system enables fog clients to evaluate the trust level of fog servers before awarding the service and allows the servers to check out the trustworthiness of the service demanders. Engaging omnipresent mobile device and QoS-aware fog computing paradigm in active traffic safety applications has the potential to reduce overwhelming number of traffic accidents on VRUs.

Environ 300 millions de moteurs électriques, de puissance moyenne comprise entre 0,75 kW et 300 kW, sont utilisés dans l’industrie, l’infrastructure et les grands bâtiments. En plus, 30 millions sont renouvelés chaque année. En France, l’énergie électrique consommée par ces moteurs représente environ deux-tiers l’énergie électrique consommée dans l’industrie. Une amélioration, même faible, des performances environnementales de chaque unité apporte donc des gains environnementaux conséquents. La démarche d’éco-conception d’une machine électrique permet d’introduire, contrairement aux autres démarches classiques, les aspects environnementaux lors de la conception de la machine en tenant compte de toutes les phases du cycle de vie, depuis l’extraction des matières premières nécessaires à la fabrication des pièces de la machine jusqu’à son démantèlement et son recyclage. Cette démarche permet de concevoir une machine électrique avec un meilleur écobilan global. Dans ce travail, un outil performant destiné à l’Analyse du Cycle de Vie (ACV), prenant en compte plusieurs critères d’impacts afin d’éviter le transfert de pollution d’un critère à l’autre, a été utilisé pour améliorer significativement les performances éco-énergétiques des moteurs électriques. Un premier prototype de moteur « vert » réalisé avec de nouveaux concepts a été fabriqué et comparé à une machine de référence. Sa réalisation a été dictée par le souci de réduire au maximum son empreinte environnementale en utilisant des matériaux plus respectueux de l’environnement, mais aussi en augmentant son efficacité énergétique. Le prototype est ainsi fabriqué à base de tôle à grains orientés, de fil émaillé UV sans solvant, de plastique d’origine végétale et de roulements éco-énergétiques. Ce moteur prototype possède une haute éco-efficacité énergétique puisque son rendement est augmenté de l’ordre de trois points par rapport au moteur standard, sans augmenter sa masse, de plus il comporte un système d’isolation qui n’utilise pas de solvant et des plastiques biosourcés. / Approximately 300 million of electric motors, with average power range from 0.75 kW to 300 kW, are used in industry, infrastructure and large buildings. In addition, 30 millions are renewed each year. In France, the electrical power consumed by these motors is about two-third of the electrical energy consumed in the industry. Thus, an improvement, even small, of the environmental performance of each motor would provide substantial environmental benefits. Contrary to the conventional approaches, the eco-design of an electrical machine can introduce environmental aspects during the design of the machine, taking into account all phases of the life cycle from the extraction of raw materials to the decommissioning and the recycling. This approach has been applied in this study to design an electrical motor, which has a better global energetic eco-balance. Therefore, a Life Cycle Analysis (LCA) tool is used; it takes into account several impact criteria to avoid pollution transfers from one criterion to another. A first "Green" prototype motor made with a high energetic eco-efficiency was fabricated and tested. The study was dictated by the need to minimize its global environmental impact by using materials more environmentally friendly, but also in order to increase its energy efficiency. The prototype is made with a grain oriented steel sheets, an enameled wire polymerized by UV and without solvents, some plastic based on biopolymers and with eco-energetic bearings. The eco-designed motor has a high energetic eco-efficiency; its performance is increased by about 3 % compared to the standard motor and without increasing its mass.

L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire concerne le développement d'un modèle global représentant le couplage de l'enveloppe du bâtiment avec les équipements énergétiques. Une approche systémique appelée les Bond Graphs, peu employée jusqu'ici dans la modélisation des systèmes thermiques, est utilisée. Le modèle global du bâtiment, regroupant sous le même environnement de simulation, les modèles de l'enveloppe du bâtiment, les apports solaires, les émetteurs de chauffage et de rafraîchissement et le système de ventilation, est développé pour reconstituer l'ensemble des articulations énergétiques entre l'enveloppe et les environnements intérieur et extérieur. A travers la modélisation d'un bâtiment multizone, le couplage systémique des modèles de l'enveloppe et des apports solaires est présenté. Par ailleurs, un système combinant un plancher chauffant et un plafond rafraîchissant est étudié à l'aide des modèles des émetteurs de chauffage et de rafraîchissement. Le renouvèlement d'air dans le bâtiment est également concerné par la modélisation Bond Graph. Enfin, des éléments de validation expérimentale sont présentés. Pour cela, la plateforme de tri-génération d'énergie ENERBAT est exploitée. L'objectif est d'étudier le couplage optimal enveloppe du bâtiment - équipements énergétiques pour lequel les modèles BG sont développés. Une étude paramétrique tenant compte des interactions entre les paramètres étudiés est menée sur un projet réel de rénovation. Finalement, une combinaison appropriée des paramètres étudiés a été retenue afin de réduire la consommation énergétique selon la réglementation thermique française (RT2012) / Our works focus on the setting of reliable tools able to analyze the interaction between the building envelope and HVAC systems. The developed approach is based on Bond Graphs methodology, a graphical modeling language which is particularly suitable for energy exchanges. A numerical model gathering, under the same simulation environment, sub-models representing the building envelope, the solar gains, the floor heating, the chilled ceiling and the ventilation system, is developed in order to predict the energy interactions between these sub-systems. The multi-zone building model is developed in order to simulate and analyze the overall building thermal behavior. Then, the solar gains model is also included to predict the solar radiation exchanges in a way close to reality. The model of the heating and cooling system, combining the floor heating and the chilled ceiling, is developed in order to improve the thermal comfort of the building. Afterwards, the ventilation system is modeled in order to represent the air exchange inside the building. The experimental validation is carried out on the tri-generation unit integrated with a thermal solar system (platform ENERBAT). Furthermore, the parametrical study was realized in order to gain a better understanding according to the impact of some factors in the energy performance of the single-family building located in Meurthe-et-Moselle region (France). Optimization of several measures, such as insulation of the building envelope, type of glazing, building orientation and ventilation system, is performed to respond to the requirements of the French thermal standard (RT2012)

La consommation énergétique dans l’industrie augmente de nos jours, avec l’amplification des activités industrielles dans le monde. En parallèle, la pénurie des énergies primaires et le réchauffement climatique obligent des exploitations sans cesse des énergies et des techniques alternatives, afin de développer durablement, et de satisfaire l’augmentation de la consommation. Ainsi, l’amélioration de l’utilisation énergétique dans l’industrie devient aussi un sujet important à développer et à étudier. Dans certains sites industriels, les rejets thermiques sont énormément dégagés dans l’environnement sans aucun traitement énergétique. Ses températures sont parfois, beaucoup plus élevées que l’ambiant. La valorisation de ces chaleurs est conseillée, par des systèmes de valorisation, pour la production de chaud, de froid et d’électricité. Ce traitement peut réduire significativement le gaspillage et améliorer l’efficacité énergétique dans l’industrie. C’est pour cette raison, plusieurs projets sont lancés. Le projet VALENTHIN (VALorisation ENergétique des rejets THermiques INdustriels) est pour but d’améliorer l’efficacité énergétique industrielle en valorisant les rejets thermiques ou en développant les processus industriels. Cette thèse concentre sur les études des systèmes de valorisation, particulièrement en ce qui concerne les différentes méthodes de simulation. Dans cette thèse, les bibliographies sont synthétisées, sur les différentes modélisations des systèmes de valorisation, surtout le système à absorption et le cycle de Rankine organique mentionnés dans ce projet. Par conséquent, une stratégie de modélisation est proposée et est montrée, pour les simulations des systèmes en régime permanent et en régime dynamique. Le choix des types de modélisation doit prendre en compte leurs avantages et leurs inconvénients, et aussi les besoins des utilisateurs, pour but de modéliser et développer des systèmes plus aisément et plus efficacement. / Energy consumption in industry is increasing today, with the amplification of industrial activities in the world. At the same time, the scarcity of primary energy and global warming are insist the use of alternative technologies and energies, in order to sustainably develop, and to satisfy the increase in consumption. Thus, improving energy use in industry is also becoming an important topic to be developed and studied. In some industrial sites, the waste heats are enormously released into the environment without any energy treatment. Its temperatures are sometimes, much higher than the ambient. The valorization of these heats is advised, by using the valorization systems, for the production of hot, cold and electricity. This treatment can significantly reduce the energy waste and improve energy efficiency in the industry. For this reason, several projects are being launched. The aim of the VALENTHIN project is to improve industrial energy efficiency by valorizing waste heat or by developing industrial processes. This thesis concentrates on the studies of valorization systems, particularly with regard to the different modeling methods. In this report, the bibliographies are synthesized, on the different models used for the valorization systems, especially the absorption system and the organic Rankine cycle mentioned in this project. Consequently, a modeling strategy is proposed and is shown for steady state simulations and dynamic regime systems. The choice of types of modeling must take into account their advantages and disadvantages and also the needs of the users, with the aim of modeling and developing systems more easily and efficiently.

Cette thèse étudie les conditions d'efficacité d'un portefeuille de politiques pour réduire les émissions de gaz à effet de serre du secteur électrique. Il est montré qu'en présence d'incertitude, le prix du carbone issu d'un marché de permis d'émissions peut ne pas entraîner suffisamment de réductions d'émission, justifiant l'ajout d'une politique au marché de permis, par exemple une subvention renouvelable. Dans le cadre d'une transition vers une production électrique décarbonée, l'accumulation du capital électrique génère des effets dynamiques complexes. Il est montré que l'utilisation naïve du signal-prix du carbone ou de critères statiques pour évaluer les investissements peut alors conduire à un sous-investissement en capital vert. L'effet d'une modification à la marge du portefeuille de politiques actuel est également étudié. Il est montré en particulier que si on suppose une seule technologie de production fossile à taux d'émission constant, contrainte par un plafond d'émissions - donc toutes les réductions d'émissions proviennent des renouvelables - augmenter à la marge le tarif d'achat renouvelable réduit le prix de l'électricité perçu par le consommateur, et ce paradoxalement même si la taxe à la consommation nécessaire pour financer le tarif augmente. Cette thèse réalise enfin une évaluation qualitative du portefeuille actuel de politiques climat-énergie en France. Cet examen montre que les multiples défaillances du prix du carbone justifient l'utilisation d'une combinaison de politiques, même si le portefeuille cible varie en fonction des hypothèses sur les trajectoires du prix du carbone.

L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire concerne le développement d'un modèle global représentant le couplage de l'enveloppe du bâtiment avec les équipements énergétiques. Une approche systémique appelée les Bond Graphs, peu employée jusqu'ici dans la modélisation des systèmes thermiques, est utilisée. Le modèle global du bâtiment, regroupant sous le même environnement de simulation, les modèles de l'enveloppe du bâtiment, les apports solaires, les émetteurs de chauffage et de rafraîchissement et le système de ventilation, est développé pour reconstituer l'ensemble des articulations énergétiques entre l'enveloppe et les environnements intérieur et extérieur. A travers la modélisation d'un bâtiment multizone, le couplage systémique des modèles de l'enveloppe et des apports solaires est présenté. Par ailleurs, un système combinant un plancher chauffant et un plafond rafraîchissant est étudié à l'aide des modèles des émetteurs de chauffage et de rafraîchissement. Le renouvèlement d'air dans le bâtiment est également concerné par la modélisation Bond Graph. Enfin, des éléments de validation expérimentale sont présentés. Pour cela, la plateforme de tri-génération d'énergie ENERBAT est exploitée. L'objectif est d'étudier le couplage optimal enveloppe du bâtiment - équipements énergétiques pour lequel les modèles BG sont développés. Une étude paramétrique tenant compte des interactions entre les paramètres étudiés est menée sur un projet réel de rénovation. Finalement, une combinaison appropriée des paramètres étudiés a été retenue afin de réduire la consommation énergétique.

Ce travail a pour objectif de développer un outil analytique multi-physiques de dimensionnement d’une gamme de moteurs « hybrides » à démarrage direct, intégrant les avantages des deux technologies : l’auto-démarrage de la technologie asynchrone et les bonnes performances énergétique en régime permanent de la technologie synchrone à aimants permanents en répondant aux nouveaux enjeux d’efficacité énergétique et en ajoutant à cela les aspects économiques.La validation de cet outil est effectuée par des modèles éléments finis créés avec un logiciel commercial ANSYS/Maxwell et par des essais expérimentaux réalisés à l’aide de deux prototypes LSPMSM 7.5kW. / This work aims to develop a multi-physical generic model (and a pre-design software) for a range of LSPMSMs which would integrate the advantages of both technologies: self-start asynchronous technology and good energy performance of synchronous permanent magnet technology. The validation of this model is carried out by finite element commercial software ANSYS / Maxwell and by experimental tests using two 7.5kW.LSPMSM prototypes.