Les contextes climatique et énergétique mondiaux encouragent les pays de l'Union Européenne à améliorer leurs impacts environnementaux. Un des objectifs consiste à diminuer les émissions de CO2 en développant les énergies renouvelables. En France, la filière bois énergie représente la première source d'énergie renouvelable avec une production s'élevant à 10 MTep par an. Toutefois, il est indispensable de ne pas se limiter aux émissions de CO2 pour déterminer l'impact global d'une source d'énergie. En effet, la combustion de bois dans les appareils de chauffage domestique tels que les poêles, les inserts, les foyers ouverts, est à l'origine d'une part non négligeable de certains polluants atmosphériques tels que le CO, les COV, les HAP et les particules fines. L'objectif de ce projet est de réaliser un système efficace de dépollution capable de traiter l'ensemble des polluants à la sortie de ces appareils de chauffage. Des technologies sont déjà disponibles pour la dépollution des fumées issues de différentes sources de combustion, néanmoins nous devons intégrer les problématiques liées au fonctionnement de ces appareils ainsi que des critères de coût, de fonctionnalité et de développement durable définis dans un cahier des charges réalisé avec le partenaire industriel. Le travail réalisé nous à permis de concevoir et de tester un système complet capable de traiter tant les composants gazeux à l'aide d'un catalyseur à base de fer imprégné sur de la cérine, que les particules grâce à un lit filtrant régénéré par microondes. Le système décrit dans ce manuscrit présente une réduction faible des émissions, mais a permis de mettre en lumière les contraintes et les espoirs d'un futur système de traitement efficient. / The global energy and climate contexts encourage EU countries to improve their environmental impacts. One goal is to reduce CO2 emissions by developing the use of renewable energies. In France, wood is the first renewable energy source with an equivalent of 10 Mtoe produced each year. However, it is essential to study the global environment impact of on this energy source including CO2 emissions but also the different pollutants emitted. Indeed, the combustion of wood in small home heating units as stoves, open and closed fireplaces, is responsible for a significant part of typical air pollutants such as CO, VOCs, PAHs and fine particles. The objective of this project is to develop an effective system able to treat both pollutants emittedfrom those heaters. Few technologies are already available for smoke after treatment. However, we must incorporate in our study constraints related to the operation of these wood heating devices as well as criteria of cost, functionality and sustainability defined in the specifications set with the industrial partner of this project. The result of the work performed in this project was the conception of a complete prototype tested for emissions reduction. The system is composed of ceria impregnated iron catalyst for gaseous compounds oxidation and a microwave regenerated bed filter for particles elimination. The tests performed on the prototype showed weak emissions abatement. Nevertheless, this project highlighted constraints and hopes for a future efficient after treatment system.

La réduction des émissions polluantes des foyers aéronautiques est un enjeu majeur pour les motoristes. Afin de les accompagner dans cette tâche, il est nécessaire de développer des outils de simulation numérique permettant de prédire avec précision les émissions d'espèces chimiques en sortie du foyer. Pour cela, une description détaillée des réactions chimiques est nécessaire. Celle-ci est néanmoins incompatible avec la simulation des foyers industriels, compte tenu des puissances de calcul actuelles. C'est pourquoi il est nécessaire de recourir à des méthodes de réduction de la chimie qui préservent la capacité de prédire la concentration des polluants. La démarche consistant à tabuler la chimie nous a semblé appropriée pour aborder ces problèmes et son développement a fait l'objet de cette thèse. Un premier travail a été effectué afin de sélectionner dans la littérature les modèles permettant de traiter des écoulements réactifs turbulents diphasiques avec une approche de chimie tabulée. Par rapport à l’existant, des améliorations ont été apportées à la génération des tables chimiques, afin de prendre en compte l'effet du temps de résidence des gaz brûlés dans le foyer sur la formation des oxydes d'azote. Le couplage de la méthode avec un modèle de formation des suies a également été réalisé. La chimie tabulée permet d’avoir accès à la concentration des précurseurs de suie et des espèces oxydantes, quantités sur lesquelles s’appuie le modèle de formation des suies. Le modèle de chimie tabulée développé dans le cadre de cette thèse a été appliqué à la simulation d'une configuration représentative des foyers aéronautiques. Les concentrations d'oxydes d'azote, de particules de suie, mais aussi de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés prédites par les calculs ont été comparées aux résultats expérimentaux. Un bon accord avec l'expérience est observé concernant la topologie du champ de suie et l'allure des profils de concentration de polluants en sortie. Néanmoins, les niveaux de concentration obtenus par les simulations diffèrent des résultats expérimentaux. Cela est imputable notamment à une erreur de prédiction du champ de température qui n'est pas due à l'approche de chimie-tabulée puisque une erreur similaire a été observée avec un autre modèle de combustion. / The reduction of pollutant emissions of aeronautical combustion chambers is a major issue for engine manufacturers. In order to support them in this task, it is necessary to develop numerical simulation tools able to predict accurately chemical species emissions at the chamber outlet. To achieve this, a detailed description of the chemical reactions is necessary. Nevertheless, considering the current computer capabilities, this description is not presently affordable. This is why the use of chemistry reduction methods preserving the capability to predict pollutants species is necessary. The method of tabulated chemistry is a good candidate to tackle these problems and therefore is used as the basis of model developments achieved in the framework of this PhD thesis. A preliminary work has been made to select in the literature tabulated chemistry methods applying to turbulent reactive two-phase flows. The technique to create the chemical tables has been improved in order to take into account the effect of the residence time of the burnt gases on nitrogen oxides formation. The coupling of the method with a soot model has also been achieved. The tabulated chemistry gives access to the concentration of soot precursors and oxidizers, quantities which are required by the model used for the soot prediction. The developed tabulated chemistry model has been applied to the simulation of a configuration representative of aeronautical combustors. The concentration of nitrogen oxides, soot particles, carbon monoxide and unburnt hydrocarbons predicted by the numerical simulations have been compared to experimental results. The topology of the soot volume fraction field and the shape of pollutant concentrations profiles at the outlet agree quite well with the experiments. Nevertheless, concentration levels obtained from the simulations differ from the experimental results. This can be imputed to the error in the prediction of the temperature field that is independent of the combustion model, since a similar error was observed with another combustion model.

Depuis plusieurs années, la diminution des réserves de pétrole incite les différents pays à accroitre leur indépendance énergétique. De plus, diminuer l'impact environnemental de la voiture est devenu l'une des priorités de notre société. En ce sens, les normes Européennes anti-pollution sont devenues plus strictes, tandis que certains polluants sont pointés du doigt pour avoir un impact néfaste sur la santé et l'environnement. Pour répondre à cette double problématique, l'utilisation de biocarburants de type alcools dans les moteurs à allumage commandé est l'une des voies envisagées. Ce virage a déjà été entrepris à petite échelle par l'Union Européenne qui a tout d'abord autorisé l'ajout de 5%, puis de 10% d'éthanol dans l'essence. En plus de l'éthanol déjà commercialisé, le Biobutanol, biocarburant de seconde génération, apparait comme un candidat à fort potentiel pour une utilisation dans les moteurs à allumage commandé. L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier le potentiel de l'utilisation de mélanges isooctane/butanol dans les moteurs à allumage commandé, en termes de performances et d'émissions polluantes. De plus, ces résultats sont comparés à ceux de mélanges isooctane/éthanol. Le dégagement de chaleur dans un moteur à allumage commandé est en partie piloté par la vitesse de combustion laminaire. Cette caractéristique a été étudiée de manière expérimentale et numérique pour différentes conditions initiales (pression et richesse) dans une enceinte à volume constant. Puis, une étude sur les premières étapes de la propagation de la combustion a été réalisée dans un moteur monocylindre à accès optique. Ces résultats en moteur ont été corrélés avec les informations laminaires. Enfin, les émissions de polluants réglementés et non-réglementés, ainsi que les performances ont été étudiées dans un moteur monocylindre à allumage commandé. Une baisse de la plupart de ces émissions a été observée avec l'ajout des deux alcools.

Depuis plusieurs années, la diminution des réserves de pétrole incite les différents pays à accroitre leur indépendance énergétique. De plus, diminuer l’impact environnemental de la voiture est devenu l’une des priorités de notre société. En ce sens, les normes Européennes anti-pollution sont devenues plus strictes, tandis que certains polluants sont pointés du doigt pour avoir un impact néfaste sur la santé et l’environnement. Pour répondre à cette double problématique, l’utilisation de biocarburants de type alcools dans les moteurs à allumage commandé est l’une des voies envisagées. Ce virage a déjà été entrepris à petite échelle par l’Union Européenne qui a tout d’abord autorisé l’ajout de 5%, puis de 10% d’éthanol dans l’essence. En plus de l’éthanol déjà commercialisé, le Biobutanol, biocarburant de seconde génération, apparait comme un candidat à fort potentiel pour une utilisation dans les moteurs à allumage commandé. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le potentiel de l’utilisation de mélanges isooctane/butanol dans les moteurs à allumage commandé, en termes de performances et d’émissions polluantes. De plus, ces résultats sont comparés à ceux de mélanges isooctane/éthanol. Le dégagement de chaleur dans un moteur à allumage commandé est en partie piloté par la vitesse de combustion laminaire. Cette caractéristique a été étudiée de manière expérimentale et numérique pour différentes conditions initiales (pression et richesse) dans une enceinte à volume constant. Puis, une étude sur les premières étapes de la propagation de la combustion a été réalisée dans un moteur monocylindre à accès optique. Ces résultats en moteur ont été corrélés avec les informations laminaires. Enfin, les émissions de polluants réglementés et non-réglementés, ainsi que les performances ont été étudiées dans un moteur monocylindre à allumage commandé. Une baisse de la plupart de ces émissions a été observée avec l’ajout des deux alcools. / For the past few years, the oil stock decrease encourages the different countries to increase their energy independence. Moreover, reducing the environmental impact of transportation became one of the priorities of our society. In this way, European emissions standards are stricter while several pollutants have been identified to have a negative impact on health and the environment. To answer this double problem, the use of alcohols biofuels in spark-ignition engines is one the promising ways. The European Union have already taken a small step in that direction by allowing a maximum of 10% of ethanol into gasoline. As well as ethanol is already marketed, Biobutanol, a 2nd generation biofuel, appears as a serious candidate with a strong potential for a spark-ignition engines use. The objective of this dissertation is to study the potential of the iso-octane/butanol blends use in spark-ignition engines, in terms of performance and pollutants emissions. Moreover, these results are compared to isooctane/ethanol blends. The heat release in spark-ignition engine is piloted for a part by laminar burning velocity. This characteristic was studied experimentally and numerically for different initial conditions (pressure and equivalence ratio) in a constant volume bomb. Then, the early flame kernel growth was studied in a spark-ignition single cylinder engine equipped with optical accesses. Those results were correlated with the results on the laminar burning velocity. Finally, regulated and non-regulated pollutants emissions and engine performance were investigated in a spark-ignition single cylinder engine. A decrease of most pollutant emissions was observed with both alcohols addition.

L’imperméabilisation des surfaces et l’augmentation des débits de pointe sont liés au développement croissant des environnements urbains. Avec cette croissance urbaine, les processus de ruissellement sont largement affectés et représentent un secteur dans lequel des actions doivent être entreprises afin d’assurer à la fois le développement économique et la protection de l’environnement et des ressources en eau. Le ruissellement est fréquemment associé à des pollutions diffuses (Non Point Source) qui ne sont généralement pas prises en compte dans les dispositifs classiques de régulation hydraulique. L’objectif de cette recherche était d’évaluer les performance de dispositifs de filtration sur les micro particules polluantes diffuses issues des chaussées routières et des déversoirs d’orages des réseaux d’assainissement unitaires (Combined Sewer Overflows – CSOs). Le protocole expérimental implique de mesurer, dans un premier temps, la taille et les caractéristiques des particules polluantes diffuses et ensuite, de réaliser une procédure identique à la sortie des installations de filtration et de traitement. Les modifications dans la distribution de la taille des particules et de leurs caractéristiques sont alors analysées. Les quatre principaux dispositifs de filtration disponibles - Expanded Polypropylene (EPP), Expanded polystyrene (EPS), Perlite pour les particules flottantes et Zeolite pour les non flottantes – ont été implanté sur un équipement de test et les résultats comparés. Une modélisation 3D (CFD) a été réalisée afin d’optimiser la conception de la disposition de filtration. / The impermeable area and the peak discharge volume have been consistently increasing due to widening of city development and renewal. Thus, distortion of water cycle has been serious problem compared to the past. When it comes to NPS pollution, lack of information on the load and characteristics of pollutants led to the insufficient reduction measures. The purpose of this study is to investigate the effectiveness of filters to control micro particles from non-point sources, especially from road runoff and Combined Sewer Overflows (CSOs). The study first examined the particle size and characteristics of NPS pollutants, and then analyzed the head loss, treatment efficiency and changes in particle size distribution before and after the treatment using device type facilities. The four most commonly used filters - Expanded Polypropylene (EPP), Expanded polystyrene (EPS), and Perlite as floatability filtering materials, and Zeolite as non-floatability - were compared. The upward-type filtering equipment was manufactured for the lab experiment, and CFD modeling was conducted to identify optimized design parameters. The results showed that the ratio of micro particles(＜100 ㎛), to which the filtering process can be applied, was highest in samples from the road runoff, followed by one from the bridge, and from the parking lot. The results using road runoff displayed that EPP was most efficient with ratio of 89% to treat SS and COD.

Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l’hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l’anisole, le furfural, le gaïacol… Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d’une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à bois. / This thesis aims to understand and model the chemical mechanisms of biomass combustion in domestic heating appliances to reduce polluting emissions. For this purpose, a global model of combustion has been developed. This model considers both detailed chemical kinetics and heat transfer. The first part of this work consisted of developing a kinetic model to represent the devolatilization of biomass as well as the secondary gas phase combustion reactions of the species emitted during primary pyrolysis. According to the used kinetic model of pyrolysis, the biomass is characterized as a mixture of three so-called reference constituents: cellulose, hemicellulose and lignin. To know the limitations of the studied model, it has been tested on several cases of primary pyrolysis. A model of secondary pyrolysis and combustion was added to the model representing primary pyrolysis. This secondary model is composed of oxidation mechanisms for products formed by pyrolysis, such as hydroxyacetaldehyde, furan and its derivatives, furfural, anisole, guaiacol ... This secondary model, as well as the new global model developed BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation) have been tested on a large number of experimental results. In a second part, the kinetic model considering both the primary pyrolysis and the thermal cracking of the emitted gaseous species, is coupled to a simplified model of heat transfer to model the combustion of a log of wood in a stove represented by a network of ideal chemical reactors. The global model, coupling the kinetic and thermal parts, reproduces experimental results on gaseous emissions (CO, CO2, NO) obtained in a wood stove.

La micro-cogénération désigne la production simultanée de deux énergies finales et utilisables à partir d’une seule source d’énergie primaire. Le cas le plus fréquent est la production de la chaleur et de l’électricité. En France, la micro-cogénération concerne les petites puissances (< 36 kWel). Son intérêt réside dans des rendements globaux supérieurs à ceux obtenus dans le cas d’une production séparée équivalente d’électricité et de chaleur. Dans le cas d’une micro-cogénération biomasse, la chaleur est fournie par une chaudière biomasse qui est couplée à un cogénérateur via un échangeur de chaleur gaz – gaz. À cette échelle de puissance, les moteurs à combustion externe ou moteurs à air chaud sont les plus indiqués comme cogénérateur. L’objet de cette thèse est de caractériser et de modéliser une unité de micro-cogénération biomasse qui se compose d’une chaudière domestique à pellets de puissance 30 kWth, d’un moteur à air chaud de type Ericsson et d’un échangeur air–gaz brûlés inséré dans la chambre de combustion de la chaudière. Des modèles dynamiques 0D de la chaudière biomasse et de l’échangeur de chaleur air – gaz brûlés sont développés pour simuler les phases transitoires et représenter l’évolution des variables du système au cours du temps. Les modèles 0D dynamiques ont été validés par des mesures expérimentales. Ils sont capables d'évaluer les performances énergétiques et les pertes de puissance et de quantifier les transferts thermiques entre les fluides de travail (eau et air), les gaz brûlés et les parois en différentes zones au sein du système considéré (chaudière ou échangeur de chaleur air – gaz brûlés). Une post-combustion a été réalisée en injectant de l’air secondaire à différents débits, chauffé à différentes températures dans la partie haute de la chambre de combustion de la chaudière. Des mesures des émissions polluantes au niveau de la cheminée de la chaudière ont été réalisées afin d’examiner l’influence de la post-combustion. Les principaux composants mesurés sont : le dioxyde de carbone, l’oxygène, le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote. / Micro-cogeneration refers to the simultaneous production of two final and usable energies from a single primary energy source. The most common case is the production of heat and electricity. In France, micro-cogeneration concerns small powers (< 36 kWel). Its interest lies in higher efficiencies than those obtained in the case of an equivalent separate production of electricity and heat. In the case of biomass micro-CHP system, the heat is supplied by a biomass boiler that is coupled to a cogenerator via a heat exchanger. For this power, external combustion engines or hot air engines are the most suitable. In the case of The purpose of this PhD thesis work is to characterize and model a biomass micro-CHP unit, with a biomass boiler (30 kWth), an Ericsson engine and an air-flue gas heat exchanger inserted inside the combustion chamber of the boiler. Dynamic models 0D of the biomass boiler and the air-flue gas heat exchanger are developed to simulate the transient phases and to represent the evolution of the variables as a time function. Dynamic 0D models have been validated by experimental measurements. They evaluate the energy performances and power losses and quantify heat transfer between working fluids (water and air), flue gases and walls in different zones in the considered system (boiler or air-flue gas heat exchanger). A post-combustion is investigated by injecting secondary air at different flow rates and different temperatures in the upper part of the boiler combustion chamber. Experimental measurements of pollutant emissions in the boiler chimney are performed to examine the post-combustion influence. The main pollutants measured are: carbon dioxide, oxygen, carbon monoxide and nitrogen oxides.

Cette thèse porte sur la régulation des innovations en Europe. Elle examine en particulier l'impact économique des procédures d'Autorisation de Mise sur le Marché (AMM) sur les comportements des acteurs économiques à savoir les firmes innovantes. Il s'agit d'un travail appliqué au secteur de la santé des plantes dans lequel l'AMM joue un rôle central. En effet, dans ce secteur, la mise sur le marché des pesticides est subordonnée à une autorisation officielle. Les procédures d'autorisation de mise sur le marché (AMM) des nouveaux produits consistent à vérifier qu'ils n'ont pas d'effets toxiques inacceptables sur la santé et l'environnement et à définir des conditions d'utilisation dans lesquelles ces produits sont réputés efficaces. En Europe, ces procédures sont instruites par des autorités européennes ou nationales. Dans le cas des pesticides, les matières actives sont autorisées à l'échelle européenne, les spécialités commerciales le sont à l'échelle nationale, par reconnaissance mutuelle au sein d'une zone géographique. Au cours des dernières décennies, les exigences dans le domaine des risques sanitaires ont conduit à un renforcement des contraintes imposées pour la mise en marché des produits phytosanitaires. Ces exigences renforcées ont conduit à une réduction du nombre de molécules autorisées en rapport au nombre de molécules potentiellement efficaces. Par exemple, le nombre de molécules pesticides autorisées a été réduit de moitié (de 800 à 400) au cours des dix dernières années. C'est pourquoi, l'objet principal de cette recherche est d'étudier les effets des procédures d'AMM sur le comportement des firmes agrochimiques. Cette recherche s'articule autour de trois chapitres. Le premier chapitre est théorique. Il analyse les interactions stratégiques entre les agences de régulation des pesticides dans un contexte d'autorisation de mise sur le marché par reconnaissance mutuelle. Le chapitre 2 est à la fois théorique et empirique et porte sur les délais de mise sur le marché des substances actives phytosanitaires. Dans le chapitre 3, nous examinons, à l'aide d'un modèle théorique, l'impact de la régulation des pesticides sur les incitations des firmes agrochimiques à investir en R&D. / This thesis focuses on the regulation of innovations in Europe. In particular, it analyses the economic impact of the market approval procedures on the behavior of economic actors such as innovative firms. This is an applied work in the health sector of plants in which the market approval procedures play a central role. Indeed, in this area, the introduction on the market of pesticides is subject to an official approval. The market approval procedures for new products are to ensure that they do not have unacceptable toxic effects on human health and the environment and to define the conditions of use in which these products were efficient. In Europe, these procedures are investigated by European or national authorities. In the case of pesticides, the active substances are approved at EU level and the pesticides formulation at the national level through mutual recognition within a geographic area. In recent decades, the requirements in the field of health risks have led to a strengthening of the constraints imposed on the approval of pesticides. These stringent requirements have led to a reduction in the number of approved molecules relative to the number of molecules potentially efficient. For example, the number of approved actives substances was reduced by half (800 to 400) over the last ten years. Therefore, the main purpose of this research is to study the effects of market approval procedures on the behavior of agrochemical companies. This research is based on three chapters. The first chapter is theoretical. It analyses the strategic interactions between pesticide regulatory agencies in the context of market approval through the mutual recognition system. The chapter 2 is both a theoretical and an empirical work. It examines the examination delays of plant protection active substances. In Chapter 3, we examine, using a theoretical model, the impact of the regulation of pesticides on the incentives of agrochemical companies to invest in R & D.

Dans les véhicules hybrides électrique-essence, les stratégies de gestion de l’énergie déterminent la répartition des flux d'énergies des moteurs thermique et électrique avec pour objectif classique la réduction de la consommation. Par ailleurs, pour respecter les seuils réglementaires d’émissions polluantes, les motorisations essence sont équipées d’un catalyseur 3-voies chauffé par les gaz d’échappement. Une fois amorcé, ce catalyseur convertit presque entièrement les émissions polluantes du moteur. C’est donc au démarrage que la plupart de la pollution est émise, lorsque le catalyseur est froid et que la pollution du moteur n’est pas convertie. La chauffe du catalyseur est donc l’étape clé de la dépollution. Ce mémoire propose une démarche de prise en compte des émissions polluantes par la gestion d’énergie. Le véhicule hybride est assimilé à un système dynamique à deux états, l’état de charge batterie et la température du catalyseur. Un problème d’optimisation dynamique est défini, qui minimise un critère original pondérant judicieusement la consommation et les émissions polluantes. La théorie de la commande optimale, avec les Principes du Minimum de Pontryaguine et de Bellman, permet de résoudre ce problème d’optimisation. Des stratégies optimales sont déduites et simulées avec un modèle de véhicule intégrant un modèle thermique multi-zones de catalyseur, validé expérimentalement, qui simule précisément la chauffe. Le compromis entre la consommation et la pollution est exploré. Une stratégie de chauffe du catalyseur, plus méthodique, analytique et efficace que les stratégies empiriques actuelles, est alors proposée. Cette stratégie est validée expérimentalement dans un environnement HyHIL (Hybrid Hardware In the loop). Une importante réduction de la pollution est obtenue, confortant l’approche d’optimisation dynamique pour la mise au point des stratégies de gestion d’énergie du véhicule hybride. / In hybrid gasoline-electric vehicles, the energy management strategies determine the distribution of engine and motor energy flows with fuel consumption reduction as classical objective. Furthermore, to comply with pollutant emissions standards, SI engines are equipped with 3-Way Catalytic Converters (3WCC) heated by exhaust gases. When 3WCC temperature is over the light-off temperature, engine pollutant emissions are almost totally converted. Most of the pollution is produced at the vehicle start, when the 3WCC is cold and the engine pollution is not converted. The 3WCC heating is thus the key aspect of the pollutant emissions. This dissertation proposes an approach to take into account pollutant emissions in energy management. The hybrid electric vehicle is considered as a dynamic system with two states, the battery state of charge and 3WCC temperature. A dynamic optimization problem is defined, minimizing an original criterion weighting judiciously fuel consumption and pollutant emissions. Optimal control theory, with the Pontryaguine Minimum and Bellman principles, allows solving this optimization problem. Optimal strategies are derived and simulated with a vehicle model including a multi-zones 3WCC thermal model, experimentally validated, which simulates precisely the 3WCC heating. The compromise between fuel consumption and pollutant emissions is explored. Then, an innovative 3WCC heating strategy is proposed and validated experimentally in a HyHIL (Hybrid Hardware In the loop) environment. A significant reduction of the pollutant emissions is obtained, strengthening the dynamic optimal approach to set up the energy management strategies for hybrid vehicles.

Face aux normes actuelles et futures, de plus en plus drastiques, concernant les émissions de polluants, les constructeurs automobiles cherchent en permanence à améliorer l'efficacité des moteurs à allumage commandé. Une des solutions les plus efficaces et applicables pour diminuer la quantité de polluants émis dans les gaz d’échappement (HC, CO, NOx) et réduire la consommation de carburant, est d’utiliser un mélange très pauvre (richesse du mélange inférieure à 0,6). Toutefois, ce concept de fonctionnement est limité par les systèmes d'allumage classiques qui ne peuvent pas garantir un allumage du mélange air / combustible dans de bonnes conditions, de manière à assurer une combustion complète, rapide et reproductible.Le sujet de cette thèse consiste en l'élaboration d'un nouveau système d'allumage basé sur une bougie d’allumage double, qui peut produire deux d'étincelles quasi-simultanées, dont la longueur cumulée est plusieurs fois plus élevée que celle d’étincelles produites par une bougie d'allumage classique. Pour valider ce système d'allumage, trois différents types d'analyses ont été réalisés: une analyse des paramètres électriques des décharges, un diagnostic du plasma par spectroscopie optique d'émission, et des essais in situ du système d'allumage sur deux moteurs à combustion interne avec analyse des gaz d'échappement et détermination des performances des moteurs.Ces tests ont révélé que l'utilisation du système d’allumage à double étincelle peut assurer une meilleure stabilité dans le fonctionnement du moteur (en particulier dans les conditions d'allumage difficiles, en utilisant des mélanges très pauvres) ; des performances accrues du moteur pour une même quantité de carburant consommé ; et une diminution de la quantité d’hydrocarbures imbrûlés et de monoxyde de carbone dans les gaz d'échappement, mais avec une plus grande émission d'oxydes d'azote par rapport à un système d'allumage classique. / Faced with the current and future more and more drastic standards for pollutant emissions, the car manufacturers are permanently trying to improve the efficiency of spark ignition engines. One of the most effective applicable solutions for reducing the quantity of pollutant emissions (HC, CO, NOx) from the exhaust gases and also to reduce the fuel consumption is to operate with very lean mixture (equivalent ratio lower than 0.6). However, this operation concept is limited by the actual ignition systems that cannot assure an air/fuel mixture ignition in good conditions, in order to assure a complete, fast and repeatable combustion. The subject of this thesis consists into developing of a new ignition system based on a double spark plug, which can produce two quasi-simultaneous spark discharges with cumulated length few times higher than the sparks produced by a conventional spark plug. For ignition system validation, three different types of analysis have been considered: the analysis of the discharges electrical parameters, the plasma diagnosis using optical emission spectroscopy methods and the tests of the ignition system on two internal combustion engines with the exhaust gases analysis and engine performances determination. The tests revealed that the utilization of the double spark ignition system can assure a better stability in engine operation (especially in difficult ignition conditions such using very lean mixtures), increased engine performances for the same amount of consumed fuel and it can provide a diminution of the unburned hydrocarbons and carbon monoxide quantities from the exhaust gases, but with an increased quantity of nitrogen oxides, compared with a conventional ignition system.