Ce projet a pour objectif de développer un nouveau système solaire gonflable et portable qui facilitera les sports aquatiques en eau froide sur la période avril-octobre de l'année. En permettant la nage et le bronzage, ce projet peut bonifier considérablement le tourisme sur les côtes marines et sur les lacs. Le bateau solaire est muni de panneaux photovoltaïques. L'énergie ainsi recueillie dans la batterie marine joue un rôle dans la propulsion à l'aide du moteur électrique et dans le système de pompage, qui achemine de l'eau chaude à l'intérieur de l' habit hermétique pour nager en eau froide. Sur cet habit ont eu lieu des tests de performance validés par la comparaison des résultats expérimentaux avec les calculs théoriques.

Cette recherche propose d’analyser les opportunités solaires passives d’une serre accolée à un espace séjour en vue d’optimiser le confort et la consommation énergétique. La simulation numérique des différentes configurations à l’aide de l’outil PLEIADES+COMFIE 2.0 permet de traiter les différents phénomènes physiques présents dans un tel espace. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de tableaux et d’histogrammes qui permettent de comparer l’incidence des différentes variables étudiées sur la température de la serre et la consommation énergétique du séjour. Ces solutions répondent aux conditions climatiques de la ville de Québec et visent une application résidentielle. / This research proposes to analyze the solar passive opportunities of a greenhouse attached to a living-room to maximize comfort and energy consumption. Numerical simulations of different configurations using the tool PLEIADES+COMFIE 2.0 can handle the different physical phenomena present in such space. The results are presented in tables and histograms that allow to compare the impact of different variables studied on the temperature of the greenhouse and energy consumption of the living-room. These solutions meet the climatic conditions of Quebec City and are a residential application.

Le processus de la photosynthèse nécessite l'énergie de la lumière solaire et, dans l’océan, se déroule essentiellement dans la couche euphotique. Outre les autres variables (à savoir la chlorophylle a et les paramètres photosynthétiques), une connaissance appropriée du champ lumineux en termes de rayonnement incident disponible sur la photosynthèse (PAR) à un emplacement, une profondeur et une heure et une date donnés, est requise par les modèles d'écosystème marin. Le travail inclus dans cette thèse examine comment des angles de zénith solaires plus grands et différentes conditions nuageuses caractéristiques des régions de haute latitude, en particulier dans l'Arctique, peuvent affecter la précision des estimations de l'éclairement de surface et dans la colonne d’eau. L’accent est également mis sur les variations du champs lumineux à haute fréquence liées à la nébulosité sur les estimations de la productivité primaire. Les PAR de surface estimés à partir de différents modèles ont été comparés à des mesures en série chronologique in situ à haute fréquence de données de PAR d'une bouée située en mer Méditerranée. Nous avons examiné comment les incertitudes dues aux angles de zénith solaires plus grands, en conditions nuageuses variables, pouvaient affecter la précision des estimations de l'éclairement de surface. La méthode de classement objectif a été utilisée pour identifier les meilleures méthodes. Le produit PAR de la NASA-Ocean Biology Processing Group (OBPG) a montré les meilleures performances globales, tandis que les PAR basées sur la méthode de la table de conversion (LUT) ont présenté les meilleures performances en termes de différence carrée moyenne, de biais sous ciel clair et également par temps couvert. D'autres méthodes basées sur des formulations empiriques ont montré la troisième meilleure performance par temps clair, tandis que par temps nuageux, elles présentaient de plus grandes incertitudes. Trois méthodes testées par faible ensoleillement ont montré des incertitudes allant jusqu'à 50% dans toutes les conditions du ciel. Les performances du modèle dépendent des propriétés et des produits de nuage... / The process of photosynthesis requires the energy from sunlight and takes place essentially in the euphotic layer of the oceans. In addition to other variables (i.e., chlorophyll a and photosynthetic parameters) a suitable knowledge of light field in terms of photosynthetically available radiation (PAR) at any given location, depth and time is an important input parameter required by marine ecosystem models. The work included in this thesis examines how larger solar zenith angles, different cloud conditions that are characteristic features of high latitude regions, especially in Arctic, might affect the accuracy of surface irradiance estimates. Further, main focus was on the effects of high frequency variations in the light field on primary production. Surface PAR estimated from different models were compared with high frequency in situ time series measurements of PAR a buoy located in Mediterranean Sea. It was examined how uncertainties due to larger solar zenith angles under varying cloud conditions might affect the accuracy of surface irradiance. Objective ranking method was used to identify the best methods. Methods tested under low sun elevations exhibited uncertainties as large as 50% under all sky conditions. Model performances were dependent on cloud properties and products. Accuracy of a semianalytical model for coefficient of vertical diffuse attenuation of surface irradiance (kd!) based on optical properties inherent to the water itself (absorption and scattering), and solar zenith angle was examined under larger solar zenith angels and cloud conditions. Extensive radiative transfer simulations were performed to quantify the uncertainties due to large solar zenith angles and clouds on the estimates of diffuse attenuation coefficient. The uncertainties under both these conditions are due to the variability in the proportions of direct and diffuse parts of the total irradiance reaching the surface and in the water column. Also, an improved model parameterization proposed to estimate !"# under large solar zenith angels and cloud conditions was evaluated with Arctic in situ data exhibited good performances...

Cette recherche étudie la conception architecturale dans le but de déterminer comment l’utilisation des outils informatiques peut aider les architectes à intégrer les composantes solaires dans leurs projets. Elle a été réalisée dans le cadre de la Task 41 : Solar Energy and Architecture de l'International Energy Agency (IEA) dont les deux objectifs sont de soutenir le développement d’une architecture solaire de haute qualité et contribuer à l’amélioration des compétences des architectes dans ce domaine. De plus, cette recherche vise à décrire et comprendre les facteurs architecturaux qui influencent le développement d’une architecture solaire de qualité, en ce qui a trait à la pratique de l’architecture, aux principes fondamentaux de l’architecture solaire et à l’attitude des concepteurs. Afin de répondre à ces objectifs, la recherche utilise deux méthodes distinctes et complémentaires : un inventaire des outils informatiques pour l’architecture ainsi qu’une enquête internet auprès des concepteurs. La première partie de ce mémoire présente l’inventaire de 56 outils informatiques (CAAO, logiciels de visualisation et de simulation) utilisés par les architectes. Les résultats de l’analyse de cet inventaire révèlent les limites des outils solaires précis pour les premières étapes de conception, la spécialisation systémique des logiciels disponibles, l’absence de résultats numériques clairs pouvant appuyer la prise de décision en début de conception, un manque d'informations claires à propos du calcul du comportement de la lumière lors de la génération des images de synthèse, et les limites de la visualisation des systèmes solaires actifs. La deuxième partie de ce mémoire prend la forme d’une analyse complémentaire des données recueillies par une enquête internationale réalisée auprès de 350 professionnels du secteur du bâtiment. Les résultats démontrent que les répondants s’efforcent de concevoir des bâtiments solaires en utilisant surtout les principes solaires passifs (gains solaires thermiques et éclairage naturel) au meilleur de leurs connaissances. Malgré tout, l’enquête révèle certains obstacles liés aux outils informatiques et à leur utilisation, tels que leur complexité, l’investissement nécessaire en termes d’apprentissage et la faible intégration au processus normal de conception. Finalement, l’ensemble des résultats obtenus a permis de relever neuf actions potentielles pour poursuivre l’adaptation de la pratique actuelle de l’architecture vers une architecture solaire de qualité et la diffusion des connaissances relatives à l’architecture solaire. / This research focuses on architectural design in order to determine how the use of software can help architects integrate solar energy components in their projects. This research was conducted as part of International Energy Agency (IEA) Task 41: Solar Energy and Architecture which pursued the following objectives: to support the development of a high quality solar architecture and to improve architects’ skills in this field. The third objective consisted of describing and understanding the factors that influence the architectural development of high quality solar buildings, in terms of architectural practice, solar architecture principles and architects’ attitude relative to solar design. To achieve these objectives, the research was carried out using into two distinct and complementary methods: an inventory of software used by architects and an online survey among buildings practitioners. The first part of the research presents results of a state-of-the-art review of 56 computer tools (CAAD, visualisation and simulation software) used by architects. The results reveal a lack of advanced solar tools for early design phase (EDP) work, systemic specialization of available software, a lack of clear numerical feedback yielding intelligent decisions at EDP, a lack of clear information about the validity of rendering algorithm, and a lack of tools for the architectural integration of active solar systems. The second part of the research presents an additional analysis of data collected by an international survey among 350 building practitioners. The results show that respondents develop solar buildings mainly by using passive solar principles (passive solar gain and daylighting) according to the best of their knowledge. The survey also revealed some barriers related to computer tools and their use, such as complexity, high learning curve and poor integration into the normal design process. Finally, the overall results identify nine potential actions to adapt the current architectural practice to a high quality solar design and dissemination of knowledge on solar architecture.

L'étude vise à faire une climatologie de l'ensoleillement au Québec. Pour ce faire, des données d'ensoleillement direct cumulées, dans le cadre du programme de surveillance du climat du ministère du Développement durable, de l'Environnement et des Parcs (MDDEP), ont été validées. Une mise à jour de la méthodologie fut élaborée pour une nouvelle climatologie de l'ensoleillement. Suite à la validation de la banque de données, différentes corrections ont été effectuées afin de pouvoir en faire une utilisation adéquate pour le projet. Une modélisation de la radiation, avec le modèle d'Angstrôm, fut réalisée. Cette modélisation à permit de cartographier, en autre, la radiation au Québec méridional. Une fois la radiation calculée, cette dernière fut vérifiée à l'aide de mesures directes de la radiation ce qui a donné un coefficient de corrélation supérieur à 98%. Les analyses des différentes cartes créées lors de cette étude permettent une distinction à plusieurs niveaux de la climatologie de l'ensoleillement. Les structures d'ensoleillement évoluent de façon différente durant l'année. Lors des périodes hivernales, une structure principalement parallèle à l'axe du fleuve St-Laurent prédomine. Tandis que pour les autres mois (mai à août), une structure de l'ensoleillement plutôt latitudinal prédomine. De plus, on remarque que durant la période hivernale, il y a une plus grande complexité dans les structures d'ensoleillement que dans la période estivale.

L’énergie solaire disponible sur la terre constitue une ressource naturelle abondante et renouvelable. Toutefois, l’utilisation de cette énergie demeure, à ce jour, relativement peu répandue dans la pratique courante de l’architecture. Afin de contrer cette tendance, l’Agence Internationale de l’énergie (AIE) a mis sur pied la Tâche 41 "Énergie solaire et Architecture", dont le but principal est d’encourager et d’accélérer le développement d’une architecture solaire de haute qualité à l’échelle internationale. Réalisée dans le cadre de la Tâche 41 de l’AIE, cette recherche a pour objectif d’analyser des projets d’architecture choisis pour leur utilisation de l’énergie solaire, afin d’élargir les horizons des créateurs du domaine de la construction et, de manière plus générale, des citoyens concernés par leur environnement bâti. En marge de cet objectif, la recherche vise à présenter des méthodes et des outils d’exploitation du solaire pour les phases initiales du processus de conception de projets par les architectes.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L'objectif de ce travail est d’évaluer le positionnement et le potentiel des récepteurs à lit fluidisé à changement de section par rapport aux autres méthodes de chauffage de gaz à haute température par voie solaire. A cette fin, une connaissance approfondie des phénomènes thermiques et hydrodynamiques du récepteur est nécessaire. Pour acquérir cette connaissance, nous avons modélisé les transferts thermiques dans le récepteur en portant une attention particulière sur les transferts radiatifs en prenant en compte les diffusions multiples de la lumière dans le milieu particulaire, les effets de parois sur les transferts radiatifs et la directionnalité du rayonnement solaire concentré. La détermination précise de la distribution de particules dans le ciel du lit fluidisé s'est avérée un paramètre critique pour le calcul des transferts thermiques. Ces modèles, plus tard affinés par une confrontation avec des références expérimentales, nous ont permis d'explorer l'effet de la géométrie sur les transferts thermiques dans le récepteur. Il ont permis entre autres de mettre en évidence l'intérêt d'utiliser une colonne de fluidisation à changement de section et l'importance de l'optimisation du couple concentrateur solaire / récepteur afin d'éviter d'éventuelles surchauffes au niveau des parois du récepteur. De même, il semble que l'homogénéisation de la température dans le lit fluidisé contenu dans le récepteur soit favorable à son rendement. / The aim of this work is to evaluate the position and the potential of solar fluidized bed receivers compared to other methods for the solar heating of gases at high temperature. To this end, a thorough knowledge of the heat transfer and hydrodynamic of the receiver is necessary. To acquire this knowledge, we modeled the heat transfer in the receiver with a focus on the radiative transfer by taking into account the multiple scattering of light in the particle medium, the effect of walls on radiative heat transfer and the directionality of the concentrated solar radiation. The accurate determination of the distribution of particles within the fluidized bed has been a critical parameter for the calculation of heat transfer. With these models, later refined by a confrontation with experimental references, we have studied the effect of geometry on heat transfer in the receiver. This study highlighted the necessity to use a switching section fluidization column and the importance to optimize the pair : solar concentrator / receiver to avoid any overheating at the walls of the receiver. Moreover, it appears that the homogenization of the temperature in the fluidized bed of the receiver increase its performance.

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Le travail de thèse effectué a pour objectif d'amener vers une meilleure compréhension des comportements électrique et optique des modules CPV, dans des conditions environnantes variables. La première partie est consacrée à l’étude de la performance des modules en conditions réelles de fonctionnement. Quatre technologies de module, toutes équipées de cellules triple-jonctions, mais de concentrateurs optiques différents, ont été testées en extérieur sur des périodes de un mois à deux ans. Les résultats montrent que la sensibilité à la température de lentille, la température de cellule et au spectre incident varie selon le type d'architecture optique. La sensibilité la plus importante à la température de lentille a été obtenue pour un dispositif sans optique secondaire. Le coefficient en température de la tension Voc a été calculé et varie entre les technologies. Enfin, les variations importantes de facteur de forme avec le spectre incident observées pour une technologie, mettent en évidence la nécessité d'étudier les phénomènes de non-uniformités d'irradiance sur la cellule. Dans une deuxième partie, le développement d’un banc de test en intérieur permettant de mesurer les performances électriques et optiques est présenté. Ce banc a pour objectif de permettre la reproduction des conditions réelles de fonctionnement des modules de façon contrôlée en intérieur. Un système d’imagerie est utilisé pour déterminer la distribution spatiale et spectrale d’irradiance sur la cellule. Associé à un traceur de courbes IV, il vise à caractériser les effets de flux non-uniformes sur la cellule. Le banc de mesure a pour avantage de découpler les paramètres d’études, telles que la température de la lentille et la température de la cellule, et permet ainsi de décorréler leurs effets respectifs sur l'ensemble optique-cellule, ce qui n’est que difficilement possible sur des mesures en extérieur. Le procédé de calibration et la validation du dispositif sont détaillés dans le manuscrit. Enfin, dans une dernière partie, le banc développé est utilisé pour caractériser trois différents dispositifs CPV : un sans optique secondaire, et deux avec des optiques secondaires différentes. Les impacts de la distance lentille-cellule et de la température de lentille sur les performances de la cellule sont quantifiés optiquement et électriquement. Les résultats montrent comment ces paramètres modifient la distribution de densités de courant des sous-cellules, et donc le comportement électrique du dispositif. Ils soulignent plus spécifiquement comment les non-uniformités spectrales et spatiales affectent les performances de la cellule pour les différents concentrateurs. Le dispositif sans optique secondaire montre une sensibilité importante à la température de la lentille et la distance optique primaire-cellule, qui se traduit par une perte de production d'énergie dans des conditions réelles de fonctionnement. / The goal of this doctoral thesis is to bring answers to a better understanding of the electrical and optical behavior of CPV modules, under different operating conditions. In the first part, a study on module performance under real conditions is presented. Using an outdoor automated test bench, the sensitivity of four different CPV module technologies to most operating conditions relevant to CPV systems has been studied, namely DNI, spectrum, cell and lens temperature and clearness of the sky. In order to isolate the influence of a single operation parameter, the analysis of outdoor monitoring data from one month to two years is performed. The results show how the optical design influences the sensitivity of the electrical parameters to the mentionned operating conditions. The effect of lens temperature on cell current has been found to be maximum for the CPV module without Secondary Optical Element. Also the $V_{oc}$ thermal coefficient was found to vary between module technologies. Finally, the important variations of the fill factor for one technology underlines the need of studying non-uniformities effects on the cell performance. According to the results observed outdoors, an indoor tool was developed in order to uncorrelate outdoor parameters. A test bench that measures multi-spectral irradiance profiles, through CMOS imaging and bandpass filters in conjunction with electrical $IV$ curves, is used as a mean to visualize and characterize the effects of chromatic aberrations and nonuniform flux profiles under controllable testing conditions. The bench allows decoupling the temperatures of the Primary Optical Element and cell allowing the analyze of their respective effects on optical and electrical performance. In varying the temperature of the Primary Optical Element, the effects on electrical efficiency, focal distance, spectral sensitivity, acceptance angle, or multi-junction current matching profiles can be quantified. Calibration procedures and validation process are detailed. Finally, the developed testbench is used for analyzing the behvaior of three different CPV devices : one without Secondary Optical Element, and two with different Secondary Optical Elements. The impacts of cell position and lens temperature on the cell performance are quantified optically and electrically. The results show how these parameters modify the current density distribution of the subcells, and hence the electrical behavior of the device. They underline more specifically how spectral and spatial non-uniformities affect the cell performance for the different devices. The device without SOE shows a strong sensitivity to lens temperature and POE-cell distance, that will correspond to a decrease of energy production under real conditions of operation.