Dans le contexte actuel d'amélioration de l'efficacité énergétique des logements, il est nécessaire de repenser les installations de chauffage. Nous avons développé un générateur de chaleur et de rafraîchissement innovant (GCRI). Ce générateur repose sur l'utilisation de modules thermoélectriques assurant le rôle de pompe à chaleur au moyen d'une alimentation électrique. La présente thèse vise à améliorer l'efficacité énergétique du système complet incluant un émetteur basse température (coefficient de performance global). Ce travail repose sur différents modèles analytiques et numériques validés expérimentalement. Ces modèles ont permis de définir une configuration optimisée du système et de mettre en place une méthode de gestion optimale pour répondre à des besoins variables de puissance et de températures. Les échangeurs multifonctionels mis en jeu dans le système ont été dimensionnés et étudiés expérimentalement en vue de maximiser les performances du générateur. Après couplage au bâtiment, nous montrons une nette amélioration des performances du système par rapport à une configuration classique de pompe à chaleur thermoélectrique.

Avec l'apparition des différentes normes et règlementations telles que les normes ISO 14001, les préoccupations industrielles y compris ferroviaires sont de plus en plus orientés vers l'éco-conception. La problématique la plus importante dans l'éco-conception des produits ferroviaires est de réduire leurs impacts environnementaux tout en maintenant leurs performances fonctionnelles et en maitrisant le coût. La solution pour surmonter ce problème est de trouver un ensemble de compromis entre les deux objectifs (impacts et coût).L'éco-conception des produits ferroviaires présentent plusieurs difficultés parce que, d'une part, leur analyse de cycle de vie est très lourde. D'autre part, l'intégration de leurs impacts dans la phase de conception est délicate vu leur nombre. Enfin, ces composants ont parfois différents types de modèles à exploiter car ils présentent des compromis entre la précision et le temps de calcul. Pour surmonter ces problèmes nous avons présenté dans cette thèse une méthode qui consiste premièrement, à alléger l'ACV à l'aide d'un logiciel de gestion environnementale et d'en profiter pour construire un modèle malléable pour calculer les différents impacts. Deuxièmement, à agréger ces impacts pour obtenir un seul indice qui sera considéré comme notre critère environnemental. Pour exploiter les outils d'optimisation, le problème d'éco-conception est traduit par un problème d'optimisation. Les algorithmes d'optimisation sont capables de trouver l'ensemble de compromis optimaux entre le critère environnemental et la masse (coût) sous forme d'un graphe appelé front de Pareto. Certains algorithmes ont été adaptés pour mieux servir dans l'éco-conception

Face aux problématiques liées à la consommation énergétique, les industriels prennent conscience de réduire cette consommation. Une des pistes possibles est de repenser les moyens de production qui dans la plupart des cas ont été conçus pour répondre principalement à des performances de productivité. Les solutions retenus mettent en œuvre des technologiques énergivores. En mettant en avant les contraintes énergétiques lors de la reconception des moyens de production, il est possible de réduire de manière significative la consommation énergétique sans pour autant changer le procédé.Cette thèse propose une méthodologie pour reconcevoir les moyens de production. Celle –ci s’appuie sur une approche « design for x » où x est l’efficacité énergétique. Dans un premier temps, l’analyse du moyen de production est effectuée et un indicateur d’efficacité et de gain potentiel a été défini. Cet indicateur est alors interprété lors de la reconception des moyens de production tout en s’assurant de la dépendance des actions de conception, évitant ainsi les transferts d’impacts. Ces actions sont structurées en 4 pistes de reconception. Cette méthodologie est illustrée à l’aide d’un cas d’étude. / Facing the problems related to energy consumption in industrial sites, the awareness of energyconsumption takes its important. Design for energy efficiency aimed at improving the energy efficiencyproduction system has now become one of the approaches that arouses the most interest among researchers.This thesis proposes a redesign methodology for energy efficiency while keeping the manufacturingprocess unchanged. This methodology is based on two main steps: the analysis of production system and itscomponents based on an energy efficiency indicator to obtain a sufficiently precise energy consumptioncartography, the proposal of redesign scenario aimed at changing the current design based on differentguidelines. In terms of illustrations, a case study conducted in a machining center is used to illustrate themethodology proposed.

La transition vers les énergies renouvelables implique deux types de préoccupations environnementales. Les combustibles fossiles sont épuisables et leur utilisation génère des externalités négatives à travers des dommages environnementaux irréversibles. En outre, il existe des possibilités de synergies entre les mesures d'efficacité énergétique et l’adoption de l'énergie renouvelable dans la mesure où les premières réduisent la demande d'énergie de sorte que la dernière puisse commencer à réduire les émissions futures de gaz à effet de serre. L'objectif principal de cette thèse est d'analyser la transition énergétique optimale dans un contexte de survenance certaine et incertaine d'une catastrophe environnementale et de déterminer les instruments incitatifs au niveau des ménages en vue de stimuler la transition énergétique.La thèse est composée de quatre chapitres qui traitent indépendamment des différentes questions de la transition énergétique. Le premier chapitre met l'accent sur la transition énergétique optimale impliquant des décisions à la fois sur l'adoption de l'énergie renouvelable et de l'investissement dans les technologies d'économie d'énergie, quand il y a un seuil de pollution certain qui déclenche une catastrophe environnementale. Le deuxième chapitre étudie la transition optimale vers les énergies renouvelables quand la survenance de la catastrophe environnementale est incertaine. Le troisième chapitre cherche à comprendre le comportement des ménages par rapport à leurs décisions d'adopter simultanément les énergies renouvelables et à investir dans l'efficacité énergétique. Finalement, le quatrième chapitre examine le rôle des réseaux intelligents dans l'intégration de l'énergie renouvelable intermittente afin de faciliter la transition énergétique. / The transition to renewable energy involves two kinds of environmental concerns. First, fossil fuels are exhaustible and second, their use generates negative externalities through irreversible environmental damage. Furthermore, there are possible synergies between energy efficiency measures and renewable energy adoption in the sense that the former reduces the energy demand so that the latter can begin to cut future greenhouse gases emissions. The main objective of this dissertation is to analyze the optimal energy transition under certain and uncertain occurrence of environmental catastrophe and to determine incentive-based instruments at the household level in order to boost the energy transition. The dissertation consists of four chapters that independently present and discuss different issues of energy transition. The first chapter focuses on the optimal energy transition involving decisions about both renewable energy adoption and investment in energy saving technologies, when there is a certain pollution threshold that triggers the occurrence of environmental catastrophe. The second chapter investigates the optimal transition to renewable energy under uncertain occurrence of environmental catastrophe. The third chapter is devoted to understanding household behavior regarding energy transition. The fourth chapter explores the role of smart-grids in integrating intermittent renewable energy to facilitate the energy transition

De plus en plus de cœurs sont maintenant intégrés sur une seule puce afin de satisfaire les exigences toujours croissantes des applications en matière de systèmes haute performance et basse consommation. Le nombre de cœurs ne cesse d'augmenter, tout comme le besoin en réseaux de communications à haute vitesse entre ces cœurs. A l’inverse des réseaux de communication traditionnels, les Networks-on-Chip (NoCs) ont émergé comme une alternative mature pour les architectures massivement multicœur du fait de leur meilleure passage à l'échelle et de leur efficacité énergétique accrue.Les routeurs de NoC typiques sont constitués de mémoires-tampons qui servent au stockage temporaire de données. Cependant, des études ont montré que ces mémoires-tampons sont souvent inutilisées, en particulier lors de l'exécution application avec des modèles de trafic non uniformes. Cela est dû au fait que la plupart des routeurs typiques consacrent ces bouts de mémoire à leurs ports d'entrée et/ou de sortie, et toute cette mémoire ne peut être exploitée que par un certain type de flux de données. Cela entraîne une dégradation significative des performances dans les cas non favorables. Par conséquent, les architectures de routeurs capables de maximiser l'utilisation des mémoires-tampons pour des gains de performance sont recherchées.Dans le but de maximiser l'utilisation des ressources, cette thèse propose un concept novateur de routeur pour réseau sur puce appelé Roundabout NoC (RiNoC) qui s'inspire des ronds-points à plusieurs voies que l'on retrouve dans la gestion du trafic routier. Contrairement aux approches existantes, RiNoC assure intrinsèquement une utilisation efficace des ressources. Cependant, les routeurs inspirés des ronds-points sont sujet aux interblocages à cause de leur forme en anneau. Le routeur "Rotary NoC" partage le même concept d'organisation en anneau que nous proposons, mais repose sur une d'évitement des interblocages qui introduit des surcoûts non négligeables en terme de surface et de consommation énergétique. A l'inverse, RiNoC empêche les interblocages et améliore les performances des réseaux sur puce sans compromettre la surface ou l'énergie du réseau. Cette thèse exploite en particulier l'architecture hautement paramétrique de RiNoC afin de produire différentes configurations de routeur avec des compromis topologiques variables pour différents gains de performance sans sacrifier la surface. / More computing cores are now being integrated on a single chip in order to meet the ever-growing application demands for high performance and low power computing systems. As the number of cores continues to grow, so is the demand for scalable on-chip communication networks that can deliver high-speed communication among the cores. Contrary to traditional on-chip networks, Networks-on-Chip (NoCs) have emerged as a mature alternative interconnect for manycore architectures since it provides enhanced scalability and power efficiency.Typical NoC routers consist of buffers which serve as temporary data storage. However, studies have shown that buffers are often unutilized (i.e. idle or underutilized) especially when executing applications with non-uniform traffic patterns or bursty behaviours. This is because most typical routers dedicate a set of buffers to their input and/or output ports and these buffers can only be exploited by data-flows using them, which leads to significant performance degradation. Therefore, router architectures capable of maximizing buffer utilization for performance gains are indispensable.In order to maximize buffer resource utilization, this thesis proposes a novel NoC router concept called Roundabout NoC (RiNoC) that is inspired by real-life multi-lanes traffic roundabout. Contrary to existing approaches, RiNoC provides intrinsic and effective resource utilization. However, roundabout-inspired routers are susceptible to deadlocks due to their ring-like architecture. The Rotary NoC router shares similar ring-like concept with propose but relies on a deadlock-free technique which introduces significant area/power overheads. Conversely, RiNoC achieves deadlock-freeness and enhanced network performance over typical NoCs without compromising network area/power. This thesis further exploits RiNoC highly parametric architecture in order to produce different router configurations with varying topological trade-offs for performance gains without sacrificing area.

Ces dix dernières années, la miniaturisation des transistors MOS en technologie planaire sur silicium massif connait une augmentation considérable des effets parasites liés à la réduction de la longueur du canal. Ces effets canaux courts ont pour conséquence de dégrader les performances des transistors, rendant les circuits moins efficaces énergétiquement et plus sensibles aux phénomènes de fluctuations des procédés de fabrication. Ainsi, cette technologie fait face à une vraie barrière pour les noeuds inférieurs à 32nm.Pour répondre aux besoins des dispositifs mobiles alliant hautes performances et basse consommation, la technologie planaire sur isolant complètement désertée (FD-SOI pour Fully depleted Silicon-On-Insulator) apparaît comme une solution adaptée. En effet, grâce à son film de silicium mince et non dopé, le transistor MOS dispose d’un meilleur contrôle électrostatique du canal et d’une faible variabilité de sa tension de seuil. De plus, cette technologie offre la possibilité de moduler la tension de seuil des transistors grâce à une polarisation étendue à ±3V des caissons situés sous la fine couche d’oxyde enterré. Ainsi, cette spécificité apporte aux concepteurs de circuits intégrés un levier supplémentaire permettant de moduler les performances d’un circuit ainsi que d’en optimiser son efficacité énergétique.Le travail de recherche de thèse présenté dans ce mémoire a contribué au développement de la plateforme technologique FD-SOI pour les noeuds 28 puis 14nm. Dans un premier temps, l’exploitation d’un chemin critique extrait d’un coeur de processeur ARM Cortex-A9 a permis d’évaluer à la fois les gains intrinsèques apportés par la technologie FD-SOI ainsi que ceux produits par la modulation de la tension de seuil des transistors par polarisation du substrat. Cette technique permet ainsi de diviser jusqu’à 50 fois le courant statique d’un circuit lorsqu’il est inactif, ou encore par 2 l’énergie totale nécessaire à fréquence constante. Ces nombreuses analyses ont permis, dans un second temps, de proposer plusieurs solutions de conception visant une nouvelle fois à optimiser l’efficacité énergétique des circuits intégrés. Parmi celles-ci, la conception d’une structure à caisson unique permet notamment de résoudre les difficultés de co-intégration multi-VT classique, présentes en FD-SOI. Cette approche offre également aux concepteurs une solution performante pour les circuits fonctionnant avec une très large gamme de tensions d’alimentation. En effet, à l’aide d’une seule tension de substrat, les transistors n et p-MOS peuvent être simultanément rééquilibrés permettant ainsi de réduire fortement la tension minimale d’alimentation du circuit. / Over the last ten years, the scaling of MOSFETs in bulk planar technology is experiencing a significant increase in parasitic phenomenon driven by the reduction of the transistor channel length. These short-channel effects lead to the degradation of transistor performances, making circuits less energy efficient and more sensitive to the manufacturing process fluctuations. Therefore, this technology faces a real barrier for nodes beyond 32nm.To meet the needs of mobile devices, combining high performances and low power consumption, the planar fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) technology appears to be a suitable solution. Indeed, thanks to its thin-film of silicon and an undoped channel, MOS transistors have an excellent short-channel electrostatic control and a low variability of the threshold voltage given by an immunity to random dopant fluctuation. In addition, this compelling technology enables to adjust the threshold voltage of transistors by applying a wide ±3V back-bias voltage on Wells. Thus, this specific FD-SOI feature brings to IC designers an additional lever to modulate the performance and to optimize the energy efficiency of circuits.The research work presented in this thesis has contributed to the development of FD-SOI technology platform for the 28 and 14nm nodes. Initially, a critical path extracted from an ARM Cortex-A9 processor was used to assess both the intrinsic gains provided by the FD-SOI technology and those produced by modulating the back-bias voltages. This technique enables to divide by up to 50 times the static current of circuits in standby mode, or by 2 the total energy consumption at same frequency. In the second phase, several design solutions are proposed in order to optimize the energy efficiency of circuits again. Among these, the design of a single-Well structure enables to solve the conventional multi-VT co-integration issue, occurring in FD-SOI. Moreover, this novel approach also offers an efficient solution for integrated circuits operating over a wide supply voltage range. Indeed, thanks to a single back-bias voltage, both n and p-MOS transistors could be easily balanced enabling an outstanding minimal supply voltage.

Les problématiques environnementales (conservation de l’environnement et lutte contre la pollution), économiques (demande d’énergie de plus en plus forte pour un développement socio-économique) et politiques (démocratisation de l’accès à l’énergie) mondiales actuelles imposent un changement de comportement en matière de consommation énergétiques afin de ne pas compromettre la qualité de vie des générations futures. A cette fin, l’utilisation des énergies renouvelables, dont l’énergie solaire photovoltaïque, se présente comme une des solutions les plus prometteuses. Néanmoins, du fait de leurs intermittences, il peut s’avérer nécessaire de recourir à des dispositifs de stockage de l’énergie. Ceux-ci sont généralement utilisés dans le cas des sites isolés du réseau électrique mais de plus en plus de travaux de recherches portent sur l’intégration d'unités de stockage dans les systèmes photovoltaïques connectés aux réseaux électriques (« intelligents »). La mise en œuvre des moyens de stockage ainsi permet d’optimiser la production et d’améliorer la rentabilité de l’électricité produite tout en permettant de lisser les appels en puissances de pointe du réseau. Pour les endroits difficilement accessibles, le stockage de l’électricité permet d’assurer une autonomie énergétique en ajustant la production aux besoins de consommation et inversement. Ceci entraine un processus continu de charges et décharges des unités de stockage qui peut modifier profondément les propriétés physico-chimiques et électriques des systèmes de stockage avec comme conséquence la réduction de la durée de fonctionnement de l’installation. Généralement, les caractéristiques techniques des unités de stockage sont déterminées par les constructeurs dans des conditions idéales de fonctionnement, notamment à courant et température constants. Aussi, lorsque le fonctionnement a lieu dans des conditions climatiques austères, telles que celles des pays du Sahel, la durée de vie réelle de ces systèmes peut s’avérer très différente des prévisions se basant sur les données du constructeur. Ces pays, grands gisements solaires, sont caractérisés par des sols arides et de grandes étendues désertiques. Il y fait très chaud et les populations sont clairsemées en petits hameaux, ce qui fait des systèmes photovoltaïques autonomes les meilleurs candidats pour satisfaire les besoins énergétiques. Pour un dimensionnement approprié et une mise en œuvre efficace, il est important de connaître le comportement des constituants du système dans les conditions climatiques des sites cibles. Il y a lieu en effet de connaître les impacts de celles-ci sur la durée de vie et les caractéristiques des composants, de déterminer le besoin éventuel de dispositifs de conditionnement et d’envisager les études scientifiques et techniques de leur mise en œuvre. Les travaux de recherche envisagés ont pour but de répondre à ces multiples questions en s'appuyant sur une plate-forme expérimentale et des modèles, et de produire à termes des outils informatiques d’aide à la décision / Environmental issues (environmental conservation and the fight against pollution), economic (energy demand increasingly high for socio-economic development) and political (democratic access to energy) current global impose a change in energy consumption-related behavior in order not to compromise the quality of life of future generations. To this end, the use of renewable energies, including solar PV, is as one of the most promising solutions. However, because of their intermittent, it may be necessary to use in energy storage devices. These are generally used in the case of isolated sites of the electricity grid but more and more research work focuses on the integration of storage units in photovoltaic systems connected to electricity networks ( "smart"). The implementation of the storage means and to optimize production and improve the profitability of electricity while enabling smooth network calls in peak powers.For hard to reach areas, the electricity storage ensures energy independence by adjusting production to consumer needs and vice versa. This causes a continuous process of charging and discharging of the storage units that can profoundly change the physicochemical properties and electrical storage systems with consequent reduction in operating life of the installation. Generally, the technical characteristics of storage units are determined by manufacturers under ideal operating conditions, including current and constant temperature. Also, when the operation takes place in austere weather conditions, such as those of the Sahel, the real life of these systems can be very different predictions based on the manufacturer. These countries, large solar fields, are characterized by arid soils and large stretches of desert very hot and the people he makes are scattered in small hamlets, making stand-alone photovoltaic systems the best candidates to meet energy needs. For proper design and effective implementation, it is important to know the behavior of the system components in the climatic conditions of the target sites. It must indeed know the impact of these on the life and characteristics of components, to determine the possible need for conditioning devices and consider the scientific and technical studies of their implementation. The proposed research aim to answer these many questions based on an experimental platform and models, and produce terms of IT tools for decision support

La première partie de ce mémoire donne un panorama des trente années de recherche passées au sein de la R&D d’EDF dans le domaine du chauffage par induction dans l’industrie. Les différentes actions menées ont porté sur différentes thématiques : les travaux de modélisation numérique, l’expertise en chauffage par induction dans ses secteurs traditionnels, le développement de solutions innovantes dans d’autres secteurs industriels, La conduite de projet internes R&D puis projets externes avec des financements publics français ou européens, le rayonnement international et le soutien aux jeunes.La deuxième partie présente une synthèse des travaux scientifiques les plus marquants qui ont abouti à la réalisation d’un logiciel d’optimisation des installations de chauffage par induction de billettes afin d’en améliorer les performances énergétiques. La modélisation numérique du chauffage est abordée en 1D par le couplage entre un calcul électromagnétique par la méthode des éléments finis et pas à pas dans le temps et un calcul thermique transitoire par la méthode des différences finies implicites. Le domaine de validité du modèle 1D a été étendu par la mise en place de coefficients correctifs sur le champ magnétique. Les travaux concernant l’inducteur permettent de décrire précisément leur comportement électrique (résistance) et thermique (refroidissement) ; une solution de récupération est même proposée. La modélisation simplifiée de l’onduleur à résonance alimentant l’inducteur permet de décrire son comportement global sans devoir entrer dans les détails de fonctionnement de l’électronique de puissance : suivi de la fréquence de résonance du circuit oscillant, adaptation des consignes à l’impédance du circuit et aux limitations du générateur. Les données électromagnétiques des matériaux et leur évolution avec la température sont mesurées à l’aide d’un équipement conçu sur-mesure. Ces différents travaux sont validés par comparaison avec des modèles numériques plus complexes et avec des expérimentations. Des processus d’optimisation énergétique de la chauffeuse ont été élaborés agissant, soit sur les paramètres électriques de la ligne, soit sur la conception d’un nouvel inducteur.Mémoire de doctorat présenté dans le cadre de la « Validation des Acquis par l’Expérience » / The first part of this dissertation gives an overview of thirty years of research work done in the frame of EDF R&D Division in the domain of industrial induction heating. The different works concerned many themes: numerical modelling, expertise in induction heating in conventional sectors, development of innovative solutions in other industrial sectors, project management inside EDF first, then collaborative projects with French or European financial support, international recognition and support for young researchers.The second part shows a summary of the most relevant scientific works which leaded to a software of billet induction heating optimisation in order to improve its energy efficiency. Numerical modelling is approached in a 1D configuration, coupling an electromagnetic model using a finite elements and step by step in time method with a thermal transient model using an implicit finite difference method. The validity domain is extended thanks to the use of an attenuation coefficient applied to the magnetic field. Works regarding inductor allows to describe more accurately the electrical (resistance) and thermal (cooling) behaviour; a solution for energy recovery is also proposed. The simplified model of the resonant inverter supplying the inductor allows to describe globally its behaviour without going deep in the details of the power electronics: following the resonant frequency of the oscillating circuit, adapting the set points to the circuit impedance and the power supply limitations. Electromagnetic physical data of metals and their evolution with temperature are measured with a tailor-made equipment. All these works are validated by comparison with more complex numerical models or with experiments. Energy optimisation procedures for the heating device are developed, acting either on the line electrical parameters or on the design of a new inductor.PhD dissertation presented in the frame of the “Validation of Professional Experience”

L’amélioration de la récupération d’énergie dans les procédés industriels passe par une meilleure compréhension des phénomènes d’encrassement dans les échangeurs de chaleur. L’encrassement se caractérise par la formation de dépôts non désirés sur les surfaces d’échange de l’échangeur. Cette étude porte sur l’amélioration de l’efficacité énergétique des raffineries de pétrole par réduction de l’encrassement dans les échangeurs de chaleur du train de préchauffe.Pour cela, une boucle d’essai reproduisant les niveaux d’échange et les écoulements rencontrés en raffinerie a été employée pour tester un échangeur de type tubes et calandre. Les fluides traités sont du pétrole brut et de résidu de distillation atmosphérique (coupe lourde du pétrole) comme dans le procédé industriel. On s’intéresse à l’influence de la géométrie de l’échangeur. Des faisceaux de tubes avec des corrugations internes hélicoïdales et des ailettes externes sont successivement testés. Pour chacune des technologies, les paramètres opératoires optimums permettant de limiter la formation d’un dépôt encrassant sont identifiés sur une gamme de température de film et de cisaillement s’échelonnant respectivement de 230 à 300°C et de 1,3 à 8,8 N/m2. L’efficacité des tubes optimisés pour lutter contre l’encrassement est évaluée par comparaison avec l’encrassement obtenu sur le faisceau de tubes lisses pris comme référence. Les deux technologies se sont révélées efficaces pour réduire l’encrassement. Par rapport aux tubes lisses, l’encrassement a été réduit d’un ordre de grandeur à cisaillement et température de film équivalentes aussi bien avec les tubes structurés qu’ailetés.En parallèle, une simulation d’encrassement numérique (CFD) a été élaborée pour mieux comprendre le développement de l’encrassement dans l’échangeur équipé de tubes lisses. Les phénomènes dominants à l’origine de l’encrassement de l’échangeur ont été déterminés : la vitesse de formation du dépôt, peu affectée par les variations spatiales de la thermo-hydraulique, pilote l’encrassement. Les hétérogénéités d’encrassement sont causées par les disparités locales de la vitesse d’arrachement du dépôt qui varie en grande proportion mais dont l’influence sur la vitesse d’encrassement est faible. Elles sont dues à une inhomogénéité spatiale du cisaillement qui est la conséquence de l’établissement de l’écoulement dans les tubes. Une tentative d’amélioration de la précision de la prédiction de l’encrassement a été également entreprise en optimisant les paramètres d’un modèle d’encrassement existants et en tenant compte du vieillissement du dépôt. / Improving energy recovery in industrial processes requires a better understanding of fouling phenomena in heat exchangers. Fouling is the grow up of unwanted materials on heat transfer surfaces. This study focuses on improving the energy efficiency of petroleum refineries by reducing fouling in heat exchangers of the pre-heat train.For this purpose, a test rig reproducing thermal and flow characteristics encountered in the last heat exchanger of the pre-heat train was used to test a pilot-scale shell-and-tube heat exchanger. Fluids are the same as the ones processed in refineries: crude oil and atmospheric tower bottom, a heavy residue of oil. This study focuses on the influence of the heat exchanger geometry. Internally helically-finned tubes and externally low-finned tube bundles are successively tested. For each one, optimum operating parameters which reduce fouling are identified over a 230-300°C film temperature range and a 1.3-8.8 N/m2 wall shear stress range. The fouling mitigation efficiency of the enhanced tubes is compared with smooth tubes taken as a reference. Compared to smooth tubes, fouling on helically-finned and low-finned tubes is reduced by an order of magnitude when they are operated at equivalent wall shear stress and film temperature.In addition, a numerical (CFD) fouling simulation has been developed to provide a better understanding of the fouling in the heat exchanger with smooth tubes. Dominant phenomena driving fouling in the heat exchanger were determined. The deposition rate is weakly impacted by the spatial variations of the thermo-hydraulic and controls the overall fouling rate. Heterogeneities in fouling rate are caused by the local scattering in the removal rate, which varies in a broad range but whose impact on the overall fouling rate is low. The broad range of the shear stress is the consequence of the fluid flow entrance effects. An attempt to improve accuracy of the fouling model has been undertaken by optimizing the model parameters and by considering aging of the deposit.

Les préférences des ménages français pour les travaux de rénovation énergétique dans le logement ont été peu étudiées jusqu’à présent. Or, elles sont la clé d’une politique énergétique efficace et réaliste pour le secteur résidentiel, tant au niveau des aides proposées, qu’au niveau des objectifs à réaliser. Les ménages sont-ils intéressés par des travaux à fort potentiel d’économie d’énergie ? Combien sont-ils prêt à payer et est-ce que c’est suffisant pour couvrir les coûts réels ? Combien de ménages n’ont pas le choix de leur mode de chauffage et quel est leur profil ?La thèse s'attache à répondre à ces questions de façon empirique à l’aide de modèles de choix discrets. Il s’agit, dans un premier temps, d’analyser les contraintes techniques, sociodémographiques et spatiales que rencontrent les ménages et qui entravent les choix énergétiques dans le logement. Une méthodologie de détection des ménages contraints a été proposée, puis appliquée au choix du chauffage en 2006 et 2013. Dans un deuxième temps, les préférences des ménages pour les équipements de chauffage et les travaux de rénovation ont été analysées. Cette deuxième partie utilise une enquête expérimentale qui a été réalisée spécialement pour ce travail de recherche auprès de 2000 ménages. Ce travail a permis de comprendre les préférences des ménages, leur hétérogénéité, et d’en déduire les consentements à payer, les taux d’actualisation implicites et les différents effets économiques. / Little research has been done to date on French households’ preferences for energy retrofits in the dwelling. However, the economic role of these choices is crucial for implementing an effective and realistic energy policy in the residential sector, both in terms of proposed aid and targets. Are households interested in retrofits with high energy-savings potential? How much are they willing to pay and is it sufficient to cover the up-front costs? How many households have no choice of heating system, and what is their profile?This work sets out to answer these questions empirically using discrete choice models. It starts by analyzing the technical, socio-demographic and spatial constraints that face households and create barriers to domestic energy choices. A method to detect household constraint is devised and applied to the choice of space heating system in 2006 and 2013. The second stage analyzes household preferences for heating equipment and retrofits. This second part is based on a discrete choice experiment specially carried out for this research among 2,000 households. This work sheds light on households’ preferences and heterogeneity, as well as their willingness to pay, the implicit discount rate and other economic impacts.