La réduction de la consommation énergétique du secteur résidentiel constitue un enjeu majeur dans un contexte de transition énergétique et de lutte contre le changement climatique. Pourtant, malgré les politiques publiques en place, la consommation énergétique sectorielle française peine à baisser. À travers quatre essais empiriques, cette thèse s’intéresse aux obstacles à la baisse des consommations énergétiques dans le secteur résidentiel français en se focalisant sur le rôle des facteurs individuels. Dans le premier chapitre, qui s’inscrit dans la littérature sur le les barrières à l’investissement en efficacité énergétique et le « paradoxe énergétique » (Jaffe and Stavins, 1994), nous utilisons la méthode des choix discrets pour mettre en évidence le rôle de l’incertitude sur la qualité des travaux de rénovation et le prix de l’énergie comme barrière à l’investissement en efficacité énergétique. Le second chapitre fournit un éclairage empirique sur le rôle des facteurs socio-économiques, des préférences individuelles pour le confort et de la performance énergétique du logement pour expliquer la consommation énergétique résidentielle. Le troisième chapitre est l’occasion d’étudier l’écart de performance énergétique à l’échelle du logement (consommation énergétique réelle vs théorique) et ses déterminants individuels et socio-économiques, via la régression quantile. Enfin, le quatrième chapitre s’intéresse aux interactions dynamiques entre efficacité énergétique et consommation énergétique en traitant la question de l’effet rebond direct pour l’usage de chauffage résidentiel en France. / Reducing the energy consumption of the residential sector is a major stake in the context of the energy transition and the fight against climate change. However, despite the implementation of several dedicated public policies, the energy consumption of the sector has barely decreased in France. Through four empirical articles, this thesis aims to identify some of the barriers to the decrease of the French residential energy consumption with a focus on the role of individual determinants. In the first chapter, we wish to contribute to the literature on the barriers to energy efficiency investment (Sutherland, 1991) and the “energy efficiency gap” (Jaffe and Stavins, 1994). We use the methodology of the discrete choice experiment to assess the role of perceived risk and uncertainty on retrofit quality and energy price as barrier to the energy renovation decision. In the second chapter, we provide an empirical contribution on the role of individual preferences for comfort, other individual determinants and energy performance of dwellings in explaining energy consumption. In the third chapter, we study the energy performance gap (gap between theoretical and real energy consumption at dwelling level) and its drivers by using the quantile regression. Finally, in the fourth chapter, we test the assumption of the existence of a rebound effect for the heating energy consumption in France.

L’efficacité énergétique devient un domaine de recherche incontournable dans la communauté scientifique vu son importance dans la lutte contre les crises énergétiques actuelles et futures. L'analyse des performances énergétiques, pour les procédés industriels, nécessite la connaissance des grandeurs physiques impliquées dans les équilibres de masse et d'énergie. D’où la problématique : comment choisir les points de mesure sur un site industriel de façon à trouver les valeurs de tous les indicateurs énergétiques sans avoir des redondances de mesure (respect des contraintes économiques), et en conservant un niveau de précision des résultats ? La première partie présente la formulation du problème d’instrumentation ayant pour but de garantir une observabilité minimale du système en faveur des variables clés. Ce problème est combinatoire. Une méthode de validation des différentes combinaisons de capteurs a été introduite. Elle est basée sur l’interprétation structurelle de la matrice représentant le procédé. Le verrou de long temps de calcul lors du traitement des procédés de moyenne et grande taille a été levé. Des méthodes séquentielles ont été développées pour trouver un ensemble de schémas de capteurs pouvant être employés, en moins de 1% du temps de calcul initialement requis. La deuxième partie traite le choix du schéma d’instrumentation optimal. Le verrou de propagation des incertitudes dans un problème de taille variable a été levé. Une modélisation du procédé basée sur des paramètres binaires a été proposée pour automatiser les calculs, et évaluer les incertitudes des schémas trouvés. Enfin la méthodologie complète a été appliquée sur un cas industriel et les résultats ont été présentés. / Energy efficiency is becoming an essential research area in the scientific community given its importance in the fight against current and future energy crises. The analysis of the energy performances of the industrial processes requires the determination of the quantities involved in the mass and energy balances. Hence: how to choose the placement of the measurement points in an industrial site to find the values of all the energy indicators, without engendering an excess of unnecessary information due to redundancies (reducing measurements costs) and while respecting an accepted level of accuracy of the results ? The first part presents the formulation of the instrumentation problem which aims to guaranteeing a minimal observability of the system in favor of the key variables. This problem is combinatory. A method of validation of the different sensors combinations has been introduced. It is based on the structural interpretation of the matrix representing the process. The issue of long computing times while addressing medium and large processes was tackled. Sequential methods were developed to find a set of different sensor networks to be used satisfying the observability requirements, in less than 1% of the initial required computation time. The second part deals with the choice of the optimal instrumentation scheme. The difficulty of uncertainty propagation in a problem of variable size was addressed. To automate the evaluation of the uncertainty for all the found sensor networks, the proposed method suggested modeling the process based on binary parameters. Finally, the complete methodology is applied to an industrial case and the results were presented.

Aujourd'hui, la maîtrise de l'énergie est la question prépondérante pour la croissance économique des entreprises industrielles. En effet, l’énergie est une ressource qui se raréfie et qui devient de plus en plus coûteuse. L’optimisation énergétique est donc un défi majeur que doit relever les entreprises et principalement celles manufacturières pour supporter les exigences du développement durable. Cette optimisation est à construire prioritairement par une amélioration de l’efficacité énergétique (EE), c'est-à-dire réduire la quantité d'énergie requise pour produire des produits et des services. En regard de ce défi énergétique, l’objectif de cette thèse est d’investiguer la considération de l’efficacité énergétique et de sa prévision comme un nouvel indicateur pertinent dans la prise de décision en maintenance. En ce sens, nous proposons tout d'abord un concept de l’efficacité énergétique, appelé EEI (EE indicator), applicable aux différents niveaux d’abstraction d’un système industriel. Nous définissons ensuite une formulation générique permettant d’évaluer l'EEI (et son évolution) en prenant en compte les facteurs d’influence statiques et dynamiques. Cela nous amène à fonder un concept de performance d’efficacité énergétique, appelé REEL (Remaining Energy-Efficient Lifetime), représentant la durée de vie énergétique résiduelle. Pour prédire l’évolution potentielle de l’EEI qui permettra de calculer la REEL, une approche générique basée sur des approches de pronostics existantes est également développée. Ensuite, nous investiguons l'utilisation d’EE dans la prise de décision en maintenance conditionnelle (Condition-Based Maintenance, CBM). Enfin, toutes ces contributions sont validées sur la plateforme laboratoire TELMA / Among sustainability consideration, energy is today the key for economic growth in industrial systems. Energy resources are however limited and becomes more and more expensive. The energy optimization of manufacturing systems must therefore be considered as a major challenge to be compliant with environmental impact and management of energy resources. This should be reflected primarily by using energy efficiency (EE) as main key lever to deploy sustainability to plants, i.e. reduce the amount of energy required to provide products and services. With regards to this EE context, the aim of this thesis is to investigate the problem of considering energy efficiency and its prediction as a new indicator in maintenance decision-making. In that way, we develop first a concept of energy efficiency, called EEI (energy efficiency indicator), applicable to the different levels of abstraction of an industrial system. Then, we propose a generic formulation to evaluate the EEI (and its evolution) taking into account static and dynamic factors of influence. The temporal evolution of this indicator with respect to the degradation of the system is addressed in a predictive maintenance objective. It leads to found an energy efficiency performance concept called REEL (remaining energy-efficient lifetime), representing the residual energy lifetime. To predict the potential evolution of the IEE to calculate REEL, a generic approach based on existing predictive approaches is also developed. Next, we investigate the use of EE in CBM maintenance decision-making. Finally, all these contributions are validated on the TELMA platform

L’intérêt croissant de la communauté scientifique et industrielle ces dernières années pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSF), a conduit à la définition de nouveaux protocoles normalisés prenant en compte les spécificités matérielles des nœuds utilisés. Dans la couche réseau, le protocole RPL (de l’acronyme anglais IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) a été proposé en 2012 par l’IETF, comme standard de routage pour les réseaux dont les nœuds sont de type "LLN" (Low-power and Lossy Network), i.e. caractérisés par une faible autonomie énergique et transmettant sur des liens radios dotés d’un taux de perte de données élevé. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’optimisation du routage dans ces réseaux (notamment ceux utilisant la pile protocolaire TCP/IP), ainsi qu’à leur interconnexion efficace à Internet à des coûts soutenables. Tout d’abord, nous proposons deux fonctions d’objectif organisant le routage avec RPL. La première se sert de l’unique critère énergétique, avec comme objectif principal la maximisation de la durée de vie du réseau. Pour ce faire, nous avons implémenté un modèle d’estimation d’énergie, intégré par la suite aux nœuds pour leur permettre d’estimer en temps réel leur énergie résiduelle. La deuxième fonction d’objectif proposée, vise à combiner plusieurs critères pour la prise en compte de la qualité de service durant le routage. Nous développons un modèle à base de la logique floue pour mettre en œuvre la combinaison. En effet, elle nous permet d’obtenir un bon compromis entre les différentes entrées et requiert une empreinte mémoire faible. Dans la dernière partie de cette thèse, nous concevons et implémentons une architecture d’activation de passerelles permettant d’assurer une connexion Internet efficace de divers RCSFs utilisant RPL, pour la réalisation de la vision de l’Internet des Objets / In recent years, the growing interest of scientific and industrial community has led to the standardization of new protocols that consider the unique requirements of Wireless Sensor Networks (WSN) nodes. At network layer, RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) has been proposed by IETF as the routing standard for network that uses LLN nodes, namely, those where both nodes and their interconnects are constrained. They operate on low-power embedded batteries and use lossy links, making communications unreliable and lead to a significant data loss rates. This thesis aims to optimize the routing in WSNs (especially those using TCP/IP protocol stack), as well as their efficient and cost-effective connection to the Internet. First, we have proposed two new RPL objective functions. The first uses as unique routing criterion, the node remaining energy with the goal of maximizing the network lifetime. An energy model that allows the nodes to dynamically estimate their remaining energy at runtime has been implemented and integrate to the protocol. The second objective function uses fuzzy logic reasoning to combine several criteria to take Quality of Service into account. Indeed, this scheme provides a good trade-off on several inputs and requires a low memory footprint. In the last part of this thesis, we designed and implemented an architecture that enable an efficient integration of several RPL based WSNs to the Internet to achieve the Internet of Things vision

Afin de suivre le rythme effréné des évolutions des systèmes embarqués et des dispositifs portables, il s’avère aujourd’hui indispensable d’optimiser la gestion de l’énergie sans pour autant compromettre la performance et la robustesse des circuits. Dans ce contexte, cette thèse étudie de nouveaux dispositifs de gestion de l’énergie ainsi que leur mise en œuvre, en combinant deux approches: la logique asynchrone et les techniques de polarisation du substrat (Adaptive Body Biasing - ABB). Cette thèse comporte quatre contributions permettant la conception de circuits asynchrones énergétiquement plus efficaces. 1) Une unité arithmétique et logique (UAL) asynchrone quasi insensible aux délais (Quasi Delay Insensitive - QDI) a été conçue et utilisée pour mener une analyse comparative entre systèmes synchrones et asynchrones. Cette étude démontre notamment  la meilleure efficacité énergétique et la plus grande robustesse des circuits asynchrones QDI, surtout lorsqu’ils fonctionnent à basse tension. 2) Une cellule standard a été spécialement développée pour mettre en œuvre nos schémas d’adaptation dynamique du substrat (ABB) qui ajustent la tension de seuil (Vth) des transistors. En outre, cette cellule s’est révélée très utile pour la détection de fautes transitoires causées par des radiations environnementales. Cette cellule est en outre un élément clé pour exploiter la polarisation du substrat, un des intérêts majeurs de la technologie FD-SOI, et d’améliorer la fiabilité du système. 3) Trois stratégies de polarisation de substrat ont été évaluées. Ces stratégies reposent sur la détection automatique de l’activité des circuits asynchrones QDI et de la polarisation de multiples domaines dans le substrat (Body Biasing Domains - BBD). De plus, une méthode pour analyser l’efficacité énergétique des stratégies de polarisation pour les circuits asynchrones QDI a également été proposée dans le cadre de cette thèse. 4) Enfin, un flot de conception de circuits numériques intégrés a été proposé et développé. Ce flot, basé sur des cellules standards, permet d’exploiter des stratégies de polarisation (ABB) avec plusieurs domaines (BBD) en utilisant la cellule standard spécialement développée. Un testchip a été conçu et fabriqué pour valider notre flot de conception et évaluer l’efficacité de la cellule proposée. / Keeping the fast evolving pace of embedded systems of portable devices require ameliorations of power management techniques, without compromising the circuit performance and robustness. In this context, this thesis studies novel energy management schemes, and how to implement them, by using two main design approaches: asynchronous logic and adaptive body biasing (ABB) techniques. Four main contributions have been done, thus enabling the design of more energy efficient asynchronous circuits. 1) We contributed with the design of a Quasi-delay Insensitive (QDI) asynchronous ALU architecture, used in a comparative analysis of asynchronous versus synchronous systems. This first study has demonstrated the energy efficiency and robustness of QDI circuits, especially if operating at low power supply (Vdd ). 2) We proposed a new body built-in cell for implementing ABB schemes by tuning the circuit threshold voltage (Vth) on-the-fly; and detecting short-duration and long-duration transient faults (TF) caused by environmental radiation. The proposed cell is a key building block to fully benefit from body biasing features of the FD-SOI technology while enhancing system’s reliability. 3) We assessed three different ABB strategies - based on automatic activity detection and multiple body-biasing domains (BBDs) - for QDI asynchronous circuits. Furthermore, a methodology for analyzing energy efficiency of ABB strategies in QDI asynchronous circuits is also proposed in this work. 4) We developed a standard cell-based IC design flow to apply ABB strategies with multiple BBDs by using the proposed body built-in cells. A testchip has been designed and fabricated to validate the developed design flow and the efficacy of the body built-in cell.

Dans de nombreux procédés industriels apparaît une étape de séparation liquide/solide qui est très souvent effectuée en combinant en série une séparation mécanique et une séparation thermique (séchage). L'intégration d'un apport thermique dans un équipement de séparation mécanique offre de nombreux avantages (investissement réduit, productivité améliorée, encombrement limité...). Par ailleurs, l'utilisation simultanée des effets mécaniques et thermiques peut conduire dans certains cas à des synergies permettant une utilisation optimisée de l'énergie. Un apport thermique par chauffage diélectrique peut être adapté à une essoreuse. L'objectif de la thèse est de concevoir et réaliser un prototype à l'échelle semi-industrielle dans le but de démontrer l'intérêt énergétique d'une telle technique. Les résultats obtenus sont : le développement et l'instrumentation complète d'un pilote d'essoreuse autorisant l'insertion des micro-ondes. La mise en évidence d'une synergie entre les phénomènes de séchage induits par un chauffage diélectrique et les effets centrifuges liés à la rotation du panier dans de cas des bobines textiles.La modélisation de différents phénomènes physiques liés à l'essorage de gâteaux de filtration, à l'évaluation de leur permittivité complexe, à la connaissance du champ électromagnétique, aux écoulements d'air utilisés pour l'extraction de la vapeur et à la détermination des transferts de masse et de chaleur. / In a lot of industrial processes, liquid/solid separation is carried out by combination of mechanical and thermal separation (drying). Thermal drying in a mechanical separation device offers a lot of advantages (lower investment, higher productivity, limited footprint. . . ). Moreover, coupling mechanical and thermal effects may lead in some cases to synergic effects allowing an optimal use of energy.Thermal input by dielectric heating may be adapted to a centrifuge. The objective of the project is to design and produce a prototype at pilot scale in order to point out the energetic interest of such a process. So, mechanical separation (centrifuge filtration, drainage) and dielectric heating have to be used simultaneously. Pilot instrumentation will allow to control key parameters of the coupled operation and the global energy consumption. Main results are : the development and the full instrumentation of a centrifuge pilot allowing implement of microwaves. The demonstration of a synergy, in the case of textile spools, between drying effects generated by dielectric heating and centrifuge effects generated by centrifuge basket rotation. The simulation of different physical phenomena linked to filtration cake drainage, dielectric constants assessment, determination of electromagnetic field, air flow used for vapor extraction and determination of heat and mass transfers.

Pour mieux maîtriser ses flux énergétiques et respecter les diverses restrictions mises en place dans ce secteur énergivore, le bâtiment devient un système de plus en plus complexe incluant divers technologies innovantes comme les systèmes de gestion énergétiques (SGEB), une isolation performante et intégrant les énergies renouvelables. Cette complexité exige un changement dans les techniques et paradigmes actuels de simulation du bâtiment pour la prise en compte de ses diverses évolutions. Une modélisation globale des différents composants de ce système et une simulation efficace de ses sous-systèmes hétérogènes doivent être dorénavant assurées. Ces objectifs ne pourront être atteints qu'à travers l'exploitation des approches méthodologiques d'interopérabilité. Plusieurs solutions d'interopérabilités ont été exploitées dans le secteur du bâtiment. L'état de l'art dans ce secteur, met l'accent sur le manque de standardisation des solutions appliquées. Une approche boîte blanche se basant sur le langage Modelica a remarquablement émergée. Pour monter ses intérêts ainsi que ses limites, cette solution est adoptée pour la modélisation du système de bâtiment "PREDIS", à haute performance énergétique. Une approche boîte noire complémentaire, s'appuyant sur le standard de composant logiciel dédié à la simulation, est également mise en ouvre pour palier aux difficultés rencontrées en utilisant la première approche de modélisation système. Cette approche s'articule autour du concept de bus à composants permettant une interopérabilité effective entre outils de modélisation et environnements de simulation. En plus de l'architecture logicielle autour de la plateforme d'interopérabilité, une simulation efficace du système hétérogène requière des techniques de simulations adaptées. Ces dernières peuvent exiger des adaptations des modèles utilisés qui sont prévues par la norme de composant.

La Maîtrise de la Demande en Energie s'impose comme une priorité dans un contexte d'épuisement des ressources et de réduction des émissions polluantes.<br />En parallèle, les échelons locaux prennent une importance croissante dans la mise en oeuvre des activités de MDE, dont le cadre évolue (ouverture des marchés, nouveaux instruments d'intervention). Dans ce contexte, les besoins en évaluation ex-post augmentent, aussi bien pour des raisons réglementaires que pour aider à un nécessaire changement d'échelle. Notre thèse étudie la problématique originale de l'évaluation ex-post des opérations locales de MDE en France.<br />L'état de l'art, au travers de l'analyse des expériences américaines et européennes ainsi que des ouvrages de référence dans le domaine, fournit un matériau méthodologique conséquent et fait ressortir les questions clés liées à l'évaluation. En parallèle, les<br />opérations locales de MDE en France sont caractérisées par une analyse de leur contexte et un travail sur leurs critères de segmentation.<br />La combinaison de ces critères avec les questions clés de l'évaluation donne une grille d'analyse qui sert de base à la constitution de méthodes d'évaluation. L'étude des spécificités des opérations locales précise de plus les besoins associés en évaluation.<br />Une méthodologie est ensuite développée pour compléter et adapter les matériaux existants au cas des opérations locales afin de mettre au point des méthodes d'évaluation opérationnelles, facilement appropriables par les acteurs et permettant d'alimenter un processus de capitalisation d'expériences. Ces méthodes permettent de répondre aux deux objectifs principaux : quantifier les résultats obtenus, et détecter les facteurs de succès/échec. La méthodologie a été validée sur des cas concrets, pour lesquels ces objectifs ont été atteints.

Le concept de la récupération d'énergie se rapporte généralement au processus d'utilisation de l'énergie ambiante, qui est converti, principalement (mais pas exclusivement) en énergie électrique pour faire fonctionner des dispositifs électroniques petites et autonomes. Les tendances récentes à la fois dans l'industrie et au domaine de la recherche ont mis l'accent sur les polymères électro-actifs pour la conversion d'énergie électromécanique. Cet intérêt s'explique par de nombreux avantages tels que la productivité élevée, la grande flexibilité, et la facilité de traitement. Le but de ce travail de recherche est d'explorer la potentialité des polymères électro-actifs pour une application de récupération d'énergie mécanique ambiante. Dans la première partie, une synthèse des composites à base de polyuréthane (PU) et de P(VDF-TrFE-CFE) a été réalisée, suivie d'une caractérisation électrique et mécanique de ces polymères et composites afin d'évaluer leurs paramètres intrinsèques. La seconde partie de ce travail de thèse concerne la caractérisation électromécanique de ces polymères. Un modèle analytique électromécanique est mise en place afin de déterminer finement le comportement physique des polymères électrostrictifs ainsi que les variations de leurs paramètres intrinsèques. Ce modèle analytique est validé par une série de tests à travers un banc d'essai. La dernière partie de ce travail consiste à évaluer les performances électromécaniques des polymères électrostrictifs pour la récupération d'énergie mécanique. Deux nouvelles techniques sont testées afin de maximiser la densité d'énergie récupérée. Ainsi qu'une comparaison avec les méthodes classiques a été réalisée. Un excellent potentiel de ces techniques pour la récupération d'énergie a été démontré. Le deuxième point porte sur l'étude de l'efficacité de la conversion électromécanique pour la récupération d'énergie mécanique en utilisant l'analyse spectrale FFT. Il a été montré que cette méthode permet de prévoir le rendement énergétique de nos polymères en accord avec les prédictions théoriques. Le dernier point se focalise sur l'amélioration de cette efficacité de conversion électromécanique en utilisant des électrets de polypropylène cellulaire, afin d'assurer un meilleur rendement énergétique.

La nécessité de maximiser la durée de vie du réseau sans fil dans les réseaux ad hoc et en particulier dans les réseaux de capteurs sans fil nécessite l'utilisation d'algorithmes d'efficacité énergétique. Motivée par le fait qu'un noeud consomme le moins d'énergie lorsqu'il est en veille, nous réalisons l'efficacité énergétique vi des algorithmes d'ordonnancement des activités des noeuds. Les noeuds reçoivent des slots temporels durant lesquels ils peuvent transmettre et ils peuvent éteindre leur radio quand ils ne sont ni en train de transmettre, ni en train de recevoir. Par rapport au TDMA classique, l'utilisation de la bande passante est optimisée: deux noeuds interférents ne partagent pas les mêmes slots. Dans notre travail sur l'ordonnancement, deux cas sont étudiés. Tout d'abord, lorsque les nœuds nécessitent le même temps d'accès au canal, nous utilisons le coloriage des nœuds. Deuxièmement, lorsque les nœuds requièrent des débits hétérogènes, nous utilisons une allocation de slots " traffic aware ". Contrairement à la majorité des travaux antérieurs, nous généralisons la définition du coloriage des noeuds et les problèmes d'attribution des slots. En effet, nous considérons que la distance maximale entre deux nœuds interférents est un paramètre de ces problèmes. Nous prouvons qu'ils sont NP-complets, ce qui rend inévitable l'utilisation des heuristiques dans la pratique. Une directive centrale de cette thèse est de concevoir des solutions auto-adaptatives. Cette adaptabilité concerne de nombreux aspects tels que la mission confiée par l'application, l'hétérogénéité des demandes de trafic de nœuds, la densité du réseau, de la régularité de la topologie du réseau, et la non fiabilité des liens sans fil.