Dans cette thèse, nous avons proposé un nouveau schéma de transmission basé sur l'échange de données entre relais (fDSTC). Via des simulations numériques et des analyses mathématiques, le protocole fDSTC est comparé en termes de taux d'erreur, de probabilité de coupure, de diversité et d'efficacité énergétique avec les schémas plus classiques de codes spatio-temporel distribués (cDSTC), en utilisant des relais non-régénératif (NR-relais) et des relais régénératif (R-relais). De plus, le protocole fDSTC est exploité dans un système multi-antennes et son efficacité énergétique est montrée en utilisant un modèle d'énergie typique largement utilisé dans la littérature, ainsi qu' un modèle réaliste basé sur la plate-forme de réseaux de capteurs PowWow. Bien que peu considéré dans la littérature sur les techniques de relais coopératifs , le protocole MAC a une grande influence sur la consommation d'énergie totale des réseaux. Cela conduit à une grande motivation pour concevoir un protocole MAC coopératif, MAC-RIC, en combinant les techniques d'échantillonnage de préambule et relais coopératifs. Les résultats analytiques confirment encore l'intérêt d'utiliser les techniques de relais coopératif, mais leur efficacité énergétique peut être affectée par les charges de trafic et la latence désirée.

La réduction de la consommation des bâtiments passe par : l'économie d'énergie, l'efficacité énergétique et l'utilisation des énergies renouvelables. Sur ce dernier point, l'intégration à grande échelle de composants photovoltaïques (PV) est une solution. Le rendement et la durée de vie des cellules PV en silicium cristalin diminuant avec l'augmentation de leur température de fonctionnement, il est essentiel de mettre au point des configurations d'intégration limitant leur échauffement. L'intégration en configuration de double-peau - la surface PV est séparée du bâtiment par une lame d'air - est une solution prometteuse. Sous l'effet de la chaleur, un écoulement de convection naturelle se met en place entre les deux parois, refroidissant ainsi les panneaux PV. Cet écoulement peut également servir de moteur pour la ventilation en été, et de préchauffage de l'air en hiver. Cette étude, expérimentale, fait partie d'un projet visant à comprendre le fonctionnement des double-peaux PV en analysant séparément les différents phénomènes physiques avant de prendre en compte l'ensemble des couplages. Elle porte plus particulièrement sur la convection naturelle au sein des double-façades verticales. Ici, la double-peau est modélisée par un canal vertical dont les deux parois principales sont chauffées sous des conditions de flux imposé. Un banc d'essais a été développé pour étudier la convection naturelle dans un canal vertical en eau. L'eau a été choisie pour se placer dans le cas d'un écoulement de convection pure (pas de rayonnement entre les parois). C'est un canal vertical de 65 cm de haut avec un écartement réglable placé dans une cuve de 1,5 m de haut contenant 160 L d'eau. Les parois sont chauffées à l'aide de 24 chaufferettes indépendantes délivrant un flux de chaleur uniforme, ce qui permet d'appliquer différentes configurations de chauffage. Des mesures de flux et de température sont réalisées au niveau des parois, et un système couplant de la velocimétrie laser Doppler deux composantes à un micro-thermocouple (25 μm) a été développé pour avoir accès aux vitesses verticale et horizontale et à la température dans le canal. Ce banc et son instrumentation sont décrits et les incertitudes de mesure associées ont été caractérisées. La configuration de chauffage uniforme symétrique a été étudiée ici pour différentes puissances injectées. Les profils de vitesse et de température moyennes mettent en évidence la présence d'un changement de régime d'écoulement dans le canal pour un nombre de Rayleigh indéntifié. L'étude approfondie des profils des fluctuations de vitesse et de température a permis de mettre au point une modélisation comportementale de ce changement de régime. De plus, une première approche est développée pour évaluer la pression dans le canal à partir de l'analyse et de l'estimation des différents termes de l'équation de conservation de la quantité de mouvement.

L'intégration des énergies renouvelables produites par un bâtiment et les réseaux de fourniture, qui sont amenés à proposer des tarifications et des puissances disponibles variables au cours de la journée, entraînent une grande variabilité de la disponibilité de l'énergie. Mais les besoins des utilisateurs ne sont pas forcément en accord avec cette disponibilité. La gestion de l'énergie consiste alors à faire en sorte que les moments de consommation des installations coïncident avec les moments où celle-ci est disponible. Notre objectif a été de proposer une stratégie de commande prédictive, distribuée et hiérarchisée, pour gérer efficacement l'énergie de l'habitat. Les aspects prédictifs de notre approche permettent d'anticiper les besoins et les variations de la tarification énergétique. L'aspect distribué va permettre d'assurer la modularité de la structure de commande, pour pouvoir intégrer différents usages et différentes technologies de manière simple et sans faire exploser la combinatoire du problème d'optimisation résultant.

Le travail de cette thèse a pour but de fournir et valider des outils permettant d'étudier et de comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l'injection d'un carburant dans un moteur à combustion interne, principalement axé sur l'écoulement intra-injecteur. Ces outils sont numériques et permettent de simuler la formation d'un spray. Une première partie est axée sur la modélisation 0D. Les modèles permettant de prédire des caractéristiques de spray comme son angle, sa pénétration ou encore la longueur du corps liquide, sont comparés à des données expérimentales. Les conclusions sont que la modélisation 0D permet d'obtenir de bons résultats. Par contre une meilleure connaissance de l'influence de la cavitation sur le spray, qui passe par la compréhension de l'écoulement intra-injecteur, pourrait être bénéfique pour la prédiction de ces modèles. Une seconde étude sur l'écoulement intra-injecteur est alors menée en utilisant un modèle à équation barotrope. Une validation de celui-ci est effectuée de façon à vérifier qu'il est capable de prédire correctement l'écoulement dans un injecteur. Le modèle offre de bons résultats et peut être utilisé pour l'étude suivante. Enfin, dans la dernière partie, le modèle de cavitation qui a été validé est utilisé. Une géométrie d'injecteur mono-trou est utilisée avec des pressions comparables à celles utilisées actuellement en automobile. L'étude consiste à étudier l'influence de plusieurs paramètres géométriques sur l'apparition de la cavitation. Le mouvement de l'aiguille est aussi étudié et est comparé, après avoir offert au code la possibilité de maillage mobile, à des résultats in-stationnaires pour plusieurs levées d'aiguille.

Les emballages thermiques, fabriqués à partir de matériaux isolants et associés à des matériaux à changement de phase, constituent une solution à la problématique de la conservation de produits thermosensibles tout au long de la chaîne de distribution. Cependant, l'optimisation des configurations représente un défi, compte tenu du nombre de paramètres en jeu, et la voie expérimentale demeure coûteuse en temps et en ressources. C'est pourquoi un modèle numérique simplifié a été développé dans le cadre de cette thèse. La thèse comporte un volet expérimental sur la détermination de la perméabilité des emballages ainsi que l'observation de la répartition des températures au sein d'un modèle d'emballage, et un volet numérique. Le volet expérimental a permis de déterminer les coefficients de perméabilité de deux types d'emballages pour différentes configurations, montrant des différences notables selon le modèle de caisse considéré. Les fuites d'air sont principalement dues à l'ouverture de la porte, d'où l'importance du type de joint utilisé et du système de fermeture. Le corps de la caisse, de par sa méthode de manufacture, présente lui aussi des fuites, rendant impossible l'éventualité d'une caisse totalement imperméable. L'observation des températures au sein d'un emballage met en évidence une certaine stratification des températures intérieures, pouvant être diminuée par la présence d'un volume d'air suffisamment important pour permettre des mouvements de convection. Un test avec simulation d'ensoleillement a permis d'observer l'impact important du flux solaire sur le comportement thermique de la caisse, tout en mettant en évidence l'efficacité des matériaux à changement de phase pour l'absorption des variations de température. Le modèle développé est basé sur une méthode nodale. Le programme a été construit de manière à pouvoir simuler un grand nombre de configuration en faisant varier l'agencement des éléments et leur nature. La simulation d'un certain nombre de ces configurations a permis de déterminer la sensibilité du système à divers paramètres. Ainsi il a été montré que la nature du chargement (caractérisée par les valeurs de conductivité, densité et capacité thermique) constitue un paramètre influent sur le système, et donc la connaissance des produits transportés s'avère indispensable à la définition d'une configuration optimale. De la même manière, la nature des matériaux à changement de phase, et en particulier la température de fusion, a une importance notable sur le comportement du système. En revanche, la température d'introduction des MCP a peu d'influence, du moment que le matériau est introduit dans la bonne phase correspondant à son application. La perméabilité de l'emballage quant à elle montre peu d'incidence sur les résultats à long terme, mais des effets de sursaut de température ponctuels dus à des variations brusques de pression extérieure peuvent être observés localement. / Thermal packaging made from insulating materials and associated with phase change materials are a solution to the problem of preservation of temperature sensitive products throughout the distribution chain. However, optimizing configurations is challenging, given the number of parameters involved, and experimentally remains costly in time and resources. This is why a simplified numerical model was developed as part of this thesis. The thesis includes an experimental part on determining the permeability of packaging as well as observation of the temperature distribution within a packaging model, and a digital component. The experimental component made it possible to determine permeability coefficients of two types of packaging for different configurations, showing significant differences in the packaging considered. Air leaks are primarily due to the opening of the door, hence the importance of the type of seal used and the closure system. The body of the box, due to its manufacturing method, presents leaks, making impossible the possibility of a completely impermeable case. The observation of the temperatures within a package highlights some stratification of internal temperatures, which can be reduced by the presence of a sufficiently large volume of air to allow convection movements. A test with sunlight simulation allowed to observe the impact of the solar flux on the thermal behavior of the fund, while highlighting the effectiveness of phase change materials to absorb temperature changes. The developed model is based on a nodal method, associating with each node a wall thickness, which are solved for the associated heat balance equations. Treatment of the phase change is by a method called "equivalent heat capacity". The program was constructed to be able to simulate a large number of configuration by varying the arrangement of the elements and their nature. Simulating a number of these configurations enabled to determine the sensitivity of the system to various parameters. Thus it has been shown that the nature of the load (characterized by the values ​​of conductivity, density and thermal capacity) is a parameter influencing the system, and therefore knowledge of the transported products is essential to the definition of an optimal configuration . Similarly, the nature of phase change materials, and in particular the melting temperature, has a significant importance on the system behavior. In contrast, the PCM introduction temperature has little influence as long as the material is fed in the proper phase corresponding to its application. The permeability of the packaging shows little impact on long-term results, but occasional startle temperature effects due to the rapid changes in external pressure can be observed locally.

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

Les critères de sureté qui régissent le développement de coeurs de réacteurs dequatrième génération implique l’usage d’outils de calcul neutronique performants. Unepremière partie de la thèse reprend toutes les étapes de modélisation neutronique desréacteurs rapides actuellement d’usage dans le code de référence ECCO. La capacité desmodèles à décrire le phénomène d’autoprotection, à représenter les fuites neutroniques auniveau d’un réseau d’assemblages combustibles et à générer des sections macroscopiquesreprésentatives est appréciée sur le domaine des réacteurs rapides innovants respectant lescritères de quatrième génération. La deuxième partie de ce mémoire se consacre à lamodélisation des coeurs rapides avec réflecteur acier. Ces derniers nécessitent ledéveloppement de méthodes avancées de condensation et d’homogénéisation. Plusieursméthodes sont proposées et confrontées sur un problème de modélisation typique : le coeurZONA2B du réacteur maquette MASURCA. / Due to safety rules running on fourth generation reactors’ core development,neutronics simulation tools have to be as accurate as never before. First part of this reportenumerates every step of fast reactor’s neutronics simulation implemented in currentreference code: ECCO. Considering the field of fast reactors that meet criteria of fourthgeneration, ability of models to describe self-shielding phenomenon, to simulate neutronsleakage in a lattice of fuel assemblies and to produce representative macroscopic sections isevaluated. The second part of this thesis is dedicated to the simulation of fast reactors’ corewith steel reflector. These require the development of advanced methods of condensationand homogenization. Several methods are proposed and compared on a typical case: theZONA2B core of MASURCA reactor.

La faisabilité des applications à piles à combustible (PAC) a été largement démontrée à travers le monde. Les efforts de recherche portent actuellement sur l'amélioration de la durée de vie des PAC et la diminution de leur coût. A ce jour, une PAC ne tolère pas les variations rapides de charges qui entraînent très souvent son vieillissement prématuré. Pour pallier cette faiblesse, une hybridation avec un composant électrochimique de stockage (typiquement des supercondensateurs) est généralement proposée via un ou deux convertisseurs statiques, nécessitant l'implantation d'une gestion énergétique. Une partie de ces travaux se situe dans le contexte aéronautique et fait suite au projet européen CELINA piloté par AIRBUS. Le projet européen CELINA (2005-2008) a posé la problématique du remplacement de l'éolienne (RAT) actuelle par une pile à combustible pour le réseau électrique de dernier secours sollicité en cas de perte totale des moteurs ou de la génération électrique. Il alimente les charges essentielles : auxiliaires de puissances presque constantes (calculateurs de bord, …) et les actionneurs de vol (EHA, EMA) qui constituent les principaux consommateurs à caractères très intermittents. Cette étude a permis une classification de trois architectures, dont la validation expérimentale se situant dans le cadre du projet français ISS ayant débuté en 2010 sera exposée. L'hybridation directe entre une PAC et des supercondensateurs présente les avantages de ne pas mettre en jeu de convertisseur statique et d'une autogestion énergétique naturelle. Partant du constat que toutes les applications embarquées utilisant des PAC sont hybridées et qu'un développement d'architecture et de stratégies est effectué pour chaque cas (mise au point de convertisseurs, lois de commande, etc.). Ceci représente un travail considérable et systématique, ce qui freine l'implantation des systèmes PAC dans les applications embarquées. L'objectif est alors d'étudier la faisabilité d'un composant hybride unique jouant le rôle de source de puissance et d'énergie dont la gestion énergétique est transparente pour l'utilisateur et ne nécessitant pas l'ajout d'une hybridation supplémentaire pour ces applications. Cette thématique fait l'objet de ces travaux de thèse en collaboration avec la société française HELION Hydrogen Power. Après une présentation de l'introduction des systèmes PAC en aéronautique centrée autour de l'hybridation directe, la suite des travaux regroupe deux grandes thématiques : la première concerne l'étude des interactions entre PAC et supercondensateurs lors d'une association directe selon trois approches : théorique, expérimentale et par simulation. La seconde concerne la validation expérimentale de trois architectures d'hybridation d'un système PAC retenues pour un contexte aéronautique lors d'études précédentes au laboratoire : une architecture indirecte pour laquelle le stockage possède son convertisseur, une architecture indirecte avec stockage sur le bus DC et une architecture directe. L'objectif de ces travaux étant d'augmenter le niveau de maturité technologique de ces concepts, ainsi que de comparer les différents moyens retenus pour parvenir à l'hybridation d'un système PAC suivant des critères précis. / The feasibility of fuel cell (FC) applications has been demonstrated throughout the world. Research efforts are currently focused on improving the lifetime of the FC and reducing their cost. Until today, a FC does not tolerate rapid variations of load that cause in most cases lifetime reducing. To reduce this defect, hybridization with electrochemical storage component (typically ultracapacitors) is generally suggested via one or two static converters, requiring the implementation of an energy management. Aeronautic applications constitute the framework of these studies. They are the prolongation of studies initiated within the European project CELINA piloted by AIRBUS. The CELINA project (2005-2008) dealt with the replacement of the Ram Air Turbine (RAT) which is currently used for the last emergency electrical network in the case of total losses of engines or electrical generation. This emergency network has to supply the essential loads: the piloting auxiliaries (calculators…) consume a quasi-constant power, and the flight actuators (EHA, EMA) which are the main loads whose consumption is very intermittent. This study resulted in a classification of three architectures for which experimental validation in the framework of the French ISS project started since 2010 will be exposed. The direct hybridization between a FC and ultracapacitors has the advantages of not involving static converter and provide a natural energy management. The statement of facts is that all embedded applications using FC are hybridized, architecture and strategies development is performed for each case (development of converters, control laws, etc.). This represents a significant and systematic work, which limits the implementation of FC in embedded applications. In this work, the objective is to study the feasibility of a single hybrid component acting as a power and energy source for which energy management is transparent to the user and does not require the addition of another hybridization. This work is part of collaboration with the French company HELION Hydrogen Power. After a presentation of the insertion of FC in aeronautics centered on the direct hybridization, two major themes are approached: The first concerns the study of interactions between FC and ultracapacitors in a direct association according to three approaches: theoretical, experimental and simulation. The second concerns the experimental validation of three hybridization architectures for FC considered in previous studies in the laboratory: an architecture for which the indirect storage has its converter, an architecture with indirect storage on the DC bus and a direct hybridization architecture. The objective of this work is to increase the level of technological Readiness level of these concepts, and to compare the different ways considered to achieve the hybridization of a fuel cell system according to specific standards.

Il a été montré dans différentes études que l'application de vibrations ultrasonores durant le forgeage permettaient entre autre de réduire les efforts et d'améliorer la qualité du produit. Plus récemment, des effets similaires ont été obtenu à basse fréquence, pour des formes d'ondes plus complexes, mais nécessitant moins de puissance. En raison de leur rigidité, et compte tenu des amplitudes et des fréquences mises en jeu, les actionneurs piézoélectriques sont bien adaptés à la génération des vibrations nécessaires mais leurs efforts restent limités et l'effet de vibrations est bénéficié selon une seule direction verticale. L'objectif de cette étude est de proposer un système multi-actionneurs piézoélectriques afin d'obtenir une plus grande force totale et des vibrations complexes combinant des rotations autour des axes du plan de la matrice et des translation selon son axe vertical. Un système mécanique à trois degrés de liberté est conçu à cet effet en utilisant des guidages élastiques en raison des faibles déplacements des actionneurs qui excluent la présence de jeux. Pour uniformiser les étapes de conception, modélisation et commande du système, une approche systémique énergétique est abordée en utilisant l'outil de Représentation Énergétique Macroscopique (REM). A l'aide de règles d'inversion de la REM, une structure de commande et une stratégie de gestion d'énergie dans le système sont développées et validées expérimentalement. / The superimposition of vibration during forging is known to reduce force and improve the mechanical properties of the workpiece. Until now, ultrasonic frequencies were used, but more recent results have shown that more complex vibrations at low frequencies had similar effects, with less power. Although piezoelectric actuator can generate high forces and have large rigidity, they are still limited with regards to the necessary forces during forging.Therefore, this work addresses the design of a worktool combining several actuators to generate complex vibration waveforms consisting in rotations in the plane of the die and displacement along the vertical direction. It relies on the use of flexible hinges due to the small displacement generated by the actuators. The design and control of the system is realized using a systemic approach based on the Energetic Macroscopic Representation. Thank to this tool, the control is systematically deduced by inversion. The design and its control strategy is validated experimentally on a mock-up specially realized during this work.

L´intérêt grandissant pour les bâtiments à haute efficacité énergétique nécessite le développement de nouveaux types d´enveloppe active et multifonctionnelle pouvant couvrir une partie des besoins énergétiques du bâtiment. Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement de capteurs hybrides solaires photovoltaïques thermique pour la production simultanée d´eau chaude sanitaire et d´électricité au sein d´un unique capteur. L’objectif de cette thèse a été dans un premier temps d´analyser la faisabilité et la complexité du concept de capteur hybrides PV-T. Puis, à partir d’un modèle numérique développé spécifiquement pour appuyer la phase de conception du capteur PV-T les raisons expliquant la limitation des performances de tels capteurs ont été analysées, pour enfin proposer différentes solutions innovantes, tant au niveau des cellules solaires que des matériaux du modules PV et du design du capteur final afin d´en augmenter les performances. L´approche développée est par conséquent multi-échelle allant de la prise en compte des phénomènes physiques pris isolément, des propriétés locales des matériaux jusqu’à la mise en œuvre d’un composant et à l´analyse énergétique et exergétique de ses performances dans un environnement numérique dédié au bâtiment. / In the context of greenhouse gas emissions and fossil and fissile resources depletion, solar energy is one of the most promising sources of power. The building sector is one of the biggest energy consumers after the transport and industrial sectors. Therefore, making use of a building’s envelope (façades and roofs) as solar collecting surfaces is a big challenge facing local building needs, specifically in regard to heat, electricity and cooling. However, available surfaces of a building with suitable orientation are always limited, and in many cases a conflict occurs between their use for either heat or electricity production. This is one of the reasons why the concept of a hybrid photovoltaic-thermal (PV-T) collector seems promising. PV-T collectors are multi-energy components that convert solar energy into both electricity and heat. In fact, PV-T collectors make possible the use of the large amount of solar radiation wasted in PV modules as usable heat in a conventional thermal system. Therefore, PV-T collectors represent in principle one of the most efficient ways to use solar energy (co-generation effect). However, such a concept still faces various barriers due to the multidisciplinary knowledge requirements (material, semi-conductors, thermal) and to the complexity of the multiple physical phenomena implied in such concepts.The objective of this PhD work is to carry out a study based on a multi-scale approach that combines both numerical and experimental investigations regarding the feasibility of the concept of hybrid solar collector. The performance of such components is estimated through an appropriate design analysis, and innovative solutions to design an efficient PV-T collector are presented. Based on improved processing methods and improved material properties, an efficient covered PV-T collector has been designed and tested. This collector was made of PV cells connected to the surface of an optimized flat heat exchanger by an improved lamination process and covered on the front side by a static air layer and AR-coated glass pane and on the back side by thermal insulation material. The results showed a significant improvement of both thermal and electrical efficiency in comparison to all previous works on PV-T concepts found in the literature. System simulations were carried out for a hot water system with the software TRNSYS in order to get a clearer statement on the performance of PV-T collectors. The results show that the integration of PV-T collectors can be more advantageous than standard solar components in regard to thermodynamic considerations (energy and exergy) and environmental considerations (CO2 and primary energy saving).