It was the purpose of the investigation to determine the effects of selected high intensity monochromatic radiations on the growth of pith callus tissue of Pelargonium zonale, variety Enchantress Fiat. In addition, the extent of cell differentiation was to be determined for tissues grown under each experimental treatment.

Les grands espaces fermés (amphithéâtres, supermarchés, gymnases et piscines) jouent un rôle essentiel dans l'économie et la société canadienne mais n'assurent pas nécessairement le confort thermique et la bonne qualité de l'air intérieur. En outre, leur consommation énergétique demeure très élevée. Plus spécifiquement, les piscines intérieures présentent certaines particularités telles qu'une humidité relative élevée, une température contrôlée de l'eau et une condensation possible sur les parois ce qui rend la tâche d'assurer le confort des baigneurs encore plus difficile. Rares sont les études réalisées pour ce type de bâtiment malgré l'existence de pistes d'optimisation de la consommation énergétique et l'amélioration de la qualité d'air intérieur. Dans cette optique, ce mémoire présente une étude thermo-aéraulique réalisée sur la piscine intérieure de l'Université Bishop's (Sherbrooke, Canada). La simulation numérique a été effectuée en utilisant le logiciel TRNSYS. L'approche adoptée pour la modélisation est la méthode zonale qui découpe l'espace de travail étudié en plusieurs zones fictives tout en calculant les caractéristiques thermo-aérauliques (température, pression, nombre de changement d'air par heure). D'autre part, une validation expérimentale en situations réelles est mise en oeuvre au sein de cette piscine moyennant un dispositif expérimental spécifique. Ce dernier a été conçu spécialement pour s'adapter aux caractéristiques du milieu (hauteur du bâtiment, présence de l'eau et forte humidité) afin de mesurer la température, la pression et la vitesse de l'air dans plusieurs endroits significatifs de la piscine. Cette étude développe un outil de calcul capable de prédire les températures de différentes zones thermiques et des surfaces de l'enveloppe du bâtiment d'une part et de calculer le débit massique de l'air entre les zones ainsi que le nombre de changement d'air par heure pour en déduire le confort thermique des occupants d'autre part. De plus, elle fournit une base de données des mesures extensives de température, humidité relative et de vitesse de l'air prises à l'été 2012 qui ont permis de valider les simulations numériques réalisées. Enfin, une étude paramétrique a été menée pour savoir l'effet de la modification de certains paramètres tel que les caractéristiques des systèmes de ventilation et chauffage sur la consommation énergétique du bâtiment et le confort thermique des occupants. Par conséquent, des recommandations ont été proposées. Les résultats ainsi obtenus permettront aux industriels d'améliorer les performances énergétiques des piscines intérieures et donneront des solutions constructives pour les concepteurs de ce type de bâtiment.

Les systèmes de conditionnement des ambiances intérieures participent pour une part importante à la demande énergétique des bâtiments, notamment en été. L'objectif de cette étude est de définir par des simulations thermoaérauliques l'interaction du microclimat urbain avec le bâti et sa demande énergéti-que de climatisation dans le cas d'une rue canyon.<br />Le modèle choisi, de type zonal, nous permet de décrire les paramètres de température et de vitesse d'air dans la rue, avec un degré de précision intermédiaire entre la modélisation CFD fine et les appro-ches nodales simplifiées. L'ensoleillement et les inter-réflexions dans la rue sont ensuite modélisés par une méthode simplifiée, développée et appliquée à l'étude de la convection naturelle dans une rue. Les écoulements dominants dus au vent sont par ailleurs étudiés à partir de données expérimentales, sur la base desquelles un modèle simplifié est proposé, en conditions isothermes. Le couplage des effets du vent et de la convection naturelle a été étudié dans le cas d'une rue canyon sur 28 jours. Nous concluons sur l'importance de la modélisation thermoaéraulique pour la détermination de l'effet d'îlot de chaleur urbain, ainsi que la demande énergétique des bâtiments.

Dans le contexte de la modélisation 3D en thermo-aéraulique du bâtiment à l'aide de codes de champs, il est nécessaire de réduire les temps de calcul afin de modéliser des volumes toujours plus grands. La solution proposée dans cette étude est le couplage de deux modélisations : l'approche zonale et l'approche CFD. La première partie du travail effectué est la mise en place d'une modélisation CFD simplifiée. Cette dernière propose des règles d'utilisation de maillages grossiers, une loi de viscosité effective constante et de coefficients d'échange thermique adéquats à la thermo-aéraulique du bâtiment. La seconde partie du travail concerne la création de Macro-Eléments fluides et leur couplage avec un calcul de type CFD volumes finis. En fonction des conditions aux limites du problème, une description locale de l'écoulement moteur est proposée via la mise en place et l'utilisation de lois d'évolution semi-empiriques. Le Macro-Elément est ensuite inséré dans le calcul CFD : les valeurs de la vitesse calculées par les lois d'évolution sont imposées aux cellules CFD correspondants au Macro-Elément. Nous appliquons ces deux approches sur cinq cas tests représentatifs en thermo-aéraulique du bâtiment. Les résultats sont confrontés à des données expérimentales et à des simulations numériques de type RANS traditionnelle. Nous mettons en évidence l'important gain de temps que notre approche permet d'obtenir, tout en conservant une bonne qualité de résultats numériques.

Ce travail porte sur la modélisation dynamique des fours de réchauffage en continu de la sidérurgie en développant une logique de supervision en ligne. Le premier axe présente l'élaboration d'un modèle dynamique global d'un four de réchauffage où seules l'équation de l'énergie et l'équation de continuité sont appliquées en utilisant et perfectionnant le logiciel THERMETTE du Centre Energétique et Procédés (CEP). Le modèle est applicable à tous les types de fours grâce à l'interface de l'outil SAFIR-4D développé pour la société Stein-Heurtey. A l'aide de cette interface, un four quelconque est décrit et le modèle dynamique est généré automatiquement après avoir calculé les facteurs de transferts radiatifs du four étudié. Les facteurs de transferts sont calculés par la méthode "Damier", méthode de calcul rapide des facteurs de transferts radiatifs développée dans cette thèse, couplée au logiciel MODRAY du CEP. La validation numérique de la méthode "Damier" est effectuée afin d'en démontrer son exactitude avec ce qu'elle apporte comme gain considérable en temps de calcul. La validation expérimentale, basée sur une brame instrumentée circulant dans un four, montre la cohérence du modèle dynamique global mis en place et couplé aux facteurs de transferts radiatifs issus de la méthode "Damier". Les résultats obtenus de températures, de débits de produits et de bilan thermique sont en bon accord avec les mesures. Le second grand axe de ce travail porte sur la supervision en ligne d'un four de réchauffage. Le modèle dynamique développé dans la première partie sert d'analogue de four réel et donc de fournisseur de données pour le fonctionnement en ligne du four. Le travail de supervision est une combinaison d'algorithmes de prévision et d'optimisation. La prévision rapide et en ligne des températures des brames permet d'obtenir les données nécessaires à l'optimisation dont la fonction est de mettre à jour les consignes du four afin de vérifier le critère technico-économique de production. La supervision est ensuite validée en comparant les résultats des tests menés à ceux obtenus lors d'une supervision classique où les consignes des zones ont des valeurs constantes. Les résultats sont satisfaisants du point de vue consommation énergétique et critère de températures sur les différentes brames.

Einleitung
 Defekte des hyalinen artikulären Knorpels führen häufig zur Ausbildung einer Arthrose, weshalb deren Therapie überaus wichtig ist. Ein vielversprechender Ansatz dafür ist das Tissue Engineering (T.E.) eines zonal aufgebauten Knorpelkonstrukts. Für die Verbindung eines solchen Konstrukts mit dem subchondralen Knochen des nativen Gewebes ist eine untere mineralisierte Knorpelzone von besonderer Bedeutung. Bisher ist es nicht gelungen die Mineralisation in vivo ohne Bildung von Knochengewebe und ohne längere In-vitro-Vorkultivierung auf die untere Zone zu beschränken. Um eine ausreichende Produktion von Extrazellularmatrix (EZM) bis zur Defektfüllung gewährleisten zu können ist die Formstabilität eines solchen Konstrukts ebenfalls wichtig. Ziele der Untersuchung
 Ziel dieser Studie war es, ein formstabiles bizonales Knorpelersatzgewebe mit einer oberen hyalinartigen Zone und einer unteren hypertrophen Knorpelzone zu generieren, bei dem sich die Mineralisation in vitro und in vivo auf die untere Zone beschränkt und die Bildung von Knochengewebe verhindert wird. Außerdem sollte die zonale Entwicklung so weit wie möglich in vivo ohne längere vorherige In-vitro-Kultivierung von statten gehen. Tiere, Material und Methoden
 Für die Herstellung von Knorpel-T.E.-Konstrukten wurde das Bioprinting von porzinen artikulären Chondrozyten (pACs) und porzinen Mesenchymalen Stromazellen (pMSC) etabliert (pAC: n=3, pMSC: n=4). Anschließend wurden nicht-zonale und zonale gedruckte Konstrukte mit gegossenen Konstrukten verglichen. Als Trägermaterial wurde starPEG/Heparin- (7,5x106 Zellen/ml, 50 % abbaubar, gedruckt: 19 μl, gegossen: 30μl) bzw. Fibrin-Hydrogel (7,5x106 Zellen/ml, gegossen: 30 μl) verwendet (nicht-zonal: n=2, zonal: n=3 bzw. 6). Als Alternative zum Einsatz eines Hydrogels für die untere Zone wurde die Herstellung Hydrogel-freier selbstkondensierter pMSC-Knorpelscheiben in der Transwellkultur (TWK) etabliert und ihr Potential zur hypertrophen Differenzierung untersucht. Anschließend wurde die In-vitro-Mineralisationskapazität der Knorpelscheiben (0,5x106 pMSC) mittels 5 verschiedenen Mineralisationsmedien über 4, 6 und 8 Wochen hinsichtlich der Mineralablagerung und des Erhalts der knorpeligen EZM getestet (n=6). Das Medium mit den besten Ergebnissen wurde für die In-vitro-Kultivierung der unteren Zone der zonalen Konstrukte verwendet. Zur Etablierung der In-vitro-Herstellung der oberen Zone wurden pAC-haltigen starPEG-Heparin- und Fibrin-Hydrogele in konventioneller und TW-Kultur über 6 Wochen chondrogen kultiviert (n=8/9). Zusammenfassung Zonale Konstrukte, bestehend aus einer unteren Knorpelscheibe (0,5x106 pMSC) und einem oberen pAC-haltigen Hydrogel (45μl, 20x106 pACs) aus gegossenem starPEG/Heparin (100 % abbaubar) bzw. Fibrin reiften anschließend über 6 Wochen sowohl unter In-vitro-Bedingungen in der TWK als auch nach subkutaner Implantation in 9 Mäusen (CB17/Icr-Prkdcscid/IcrIcoCrl) aus (n=9). Dabei wurde die Formstabilität, die Ablagerung von Kollagen Typ II, die Hypertrophie, der Mineralisationsgrad sowie die Beschränkung der Mineralisation auf die untere Zone mittels Vermessungen der Form, histologischen Färbungen und μCT-Scans untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whitney-U Test mit anschließender Bonferroni-Korrektur (SPSS 22.0.0.0). Als statistisch signifikant wurden dabei Signifikanzniveaus von p ≤ 0,05 angesehen. Ergebnisse
 Mittels Bioprinting von pMSC und pACs in starPEG/Heparin konnten stabile Hydrogele hergestellt werden. Das Bioprinting von starPEG/Heparin-Hydrogel zeigte allerdings keinen Vorteil gegenüber dem Gießen. Sowohl die gedruckten als auch gegossenen zonalen und nicht-zonalen Konstrukte zeigten eine mangelhafte Kollagen Typ II-Ablagerung der pMSC in starPEG/Heparin-Hydrogel. Fibrin-Hydrogel förderte die Kollagen Typ II-Ablagerung der pMSC, zeigte allerdings eine Kontraktion während der Kultivierung. Für die Herstellung von selbstkondensierten Knorpelscheiben aus pMSC als Alternative für die untere Zone hat sich das Waschen der Zellen in Phosphat- gepufferter Salzlösung (PBS) nach Monolayerkultur, die Verwendung von 0,5x106Zellen pro Transwell-Insert gelöst in PBS, die Kultivierung in 0,5 ml chondrogenem Medium (CHO) ohne TGF- β1 über die ersten 3 Tage im unteren Kompartiment und anschließender Kultivierung in 2 ml CHO mit 10 ng/ml TGF-β1 für weitere 18 Tage als optimal erwiesen. Mittels Kultivierung der Knorpelscheibe in Hypertrophen Medium konnte ein hoher Proteoglykangehalt und eine homogene Kollagen Typ X-Verteilung innerhalb der Knorpelscheiben erreicht werden. Für die in-vitro- Kultivierung der pAC-haltigen starPEG/Heparin- und Fibrin-Hydrogele wurde in der TWK eine bessere Formstabilität erreicht als in der konventionellen Kultur. Innerhalb der zonalen Konstrukte erreicht das Fibrin-Hydrogel eine bessere Formstabilität sowie eine höhere Mineralisationsstärke der unteren Zone unter In-vitro-Bedingungen als das starPEG/Heparin. Unter In-vivo-Bedingungen blieb die Mineralisation nur bei den starPEG/Heparin-Konstrukten auf die untere Zone beschränk. Die obere Zone der Fibrin-Hydrogele wurde unter In-vivo-Bedingungen vor der Explantation zu einem Großteil abgebaut. Die Mineralisation der unteren Zone sowie die Matrixablagerung in der oberen Zone eines bizonalen Knorpelersatzgewebes ist ohne vorherige In-vitro-Vorkultur unter der Verwendung des starPEG/Heparin-Hydrogels in dieser Arbeit gelungen. Schlussfolgerung
 Die Herstellung eines relativ formstabilen bizonalen Knorpelersatzgewebes mit einer oberen hyalinartigen nicht-mineralisierten und einer unteren mineralisierten Zone ohne Ausbildung von Knochengewebe konnte in dieser Studie erreicht werden. Dabei eignet sich die aus pMSC generierte Knorpelscheibe als untere Zone. Für die obere Zone ist ein pAC-haltiges starPEG/Heparin-Hydrogel aufgrund seiner Eigenschaft, die eine Mineralisation unterbindet, besonders vielversprechend. Fibrin-Hydrogel erwies sich, aufgrund des zu schellen Abbaus in vivo, als ungeeignet für die obere Zone zonaler Konstrukte. Da die Mineralisation der unteren Zone und die Matrixablagerung der oberen Zone nachweislich komplett in vivo stattfinden kann, ist eine vorherige In-vitro-Kultur der zonalen Konstrukte nicht notwendig.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Knorpelgewebe 2.1.1 Histogenese von Knorpelgewebe 2.1.2 Aufbau des Knorpelgewebes 2.1.3 Arten von Knorpelgewebe 2.2 Knorpeldefekte im Gelenk 2.2.1 Ursache, Einteilung und Auswirkung von Knorpeldefekten 2.2.2 Therapie von Knorpeldefekten 2.3 Knorpel-Tissue Engineering 2.3.1 Zellen im Knorpel-Tissue-Engineering 2.3.2 Trägermaterialien 2.3.3 Wachstumsfaktoren 2.3.4 Bioprinting 2.3.5 Zonales Knorpel-Tissue-Engineering 2.4 Tiermodell Maus 2.5 Problemstellung und Zielsetzung 2.5.1 Problemstellung 2.5.2 Zielsetzung 3 Tiere, Material und Methoden 3.1 Tiere 3.1.1 Versuchstiere und Tierhaltung 3.1.2 Ektope Konstruktimplantation 3.2 Material 3.3 Methoden 3.3.1 Zellbiologische Methoden 3.3.2 Bestimmung des Mineralisierungsgrades der Konstrukte (Micro-CT) 3.3.3 Bestimmung von Durchmesser und Dicke der Konstrukte 3.3.4 Histologische Untersuchungen 3.3.5 Statistische Auswertung 4 Ergebnisse 4.1 Differenzierungspotential porziner mesenchymaler Vorläuferzellen (pMSC) 4.2 Etablierung des Bioprinting von starPEG/Heparin-Hydrogelen mit porzinen Zellen 4.3 Matrixablagerung von pACs in gedruckten und gegossenen starPEG/Heparin- und gegossenen Fibrin-Hydrogelen 4.4 Chondrogenes Differenzierungspotential von pMSC in gedruckten und gegossenen starPEG/Heparin- und gegossenen Fibrin-Hydrogelen unter verschiedenen Medien- Supplementierungen 4.5 Vergleich gedruckter und gegossener zonaler starPEG/Heparin-Hydrogele mit gegossenen zonalen starPEG/Heparin-Fibrin-Hydrogelen 4.6 Etablierung der Herstellung der unteren Knorpelzone aus pMSC durch Selbstkondensation in Transwellkultur 4.7 In-vitro-Mineralisation von pMSC-haltigen Knorpelscheiben in verschiedenen Mineralisationsmedien 4.8 Etablierung der Herstellung der oberen Knorpelzone: EZM-Ablagerung und Formstabilität 4.9 Charakterisierung von in vitro generierten zonalen Knorpelkonstrukten 4.10 Charakterisierung zonaler starPEG/Heparin- und Fibrin-Konstrukte nach In-vivo-Reifung 5 Diskussion 5.1 Bioprinting nicht-zonaler und zonaler starPEG/Heparin-Hydrogelen mit porzinen Zellen 5.2 Etablierung der Herstellung selbstkondensierender formstabiler Knorpelscheiben aus pMSC 5.3 Effekte verschiedener Mineralisationsmedien auf die Matrixablagerung von pMSC in Knorpelscheiben 5.4 Etablierung der Herstellung und In-vitro-Kultivierung der oberen Knorpelzone: EZM- Ablagerung und Formstabilität 5.5 In-vitro-Vergleich von starPEG/Heparin- und Fibrin-Hydrogel zur Herstellung bizonaler Knorpelkonstrukte 5.6 In-vivo-Vergleich von starPEG/Heparin- und Fibrin-Hydrogel zur Herstellung bizonaler Knorpelkonstrukte 5.7 Fazit und Ausblick 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Anhang 9.1 Methoden Bioprinting (zusätzliche Informationen) 9.2 Übersicht der Teilversuche zur Etablierung von Knorpelscheiben aus pMSC 9.3 Materialien 10 Danksagung

L'étude consiste à décrire les phénomènes thermiques et aérauliques dans le bâtiment à l'aide d'un outil simplifié : la méthode zonale. Il s'agit d'une méthode tridimensionnelle basée sur le partitionnement en un petit nombre de sous-volumes, intermédiaire entre les modèles à un noeud et les maillages fins. On écrit des bilans de masse et d'énergie dans chaque sous-volume tandis que les échanges dans les interfaces sont déterminés par des lois reliant les débits aux différences de pression. L'aspect modulaire de la méthode facilite son implémentation dans un environnement orienté objet et le logiciel SPARK, adapté à la résolution de gros systèmes d'équations non-linéaires est utilisé à cet effet. Les résultats sont validés par rapport à différentes références expérimentales et numériques. Une étude paramétrique détermine les coefficients empiriques judicieux ainsi que les caractéristiques d'un maillage optimal. Un autre atout d'un environnement objet réside dans les possibilités de couplage. On traitera successivement l'exemple d'un modèle de description du confort, celui des transferts par conduction en tenant compte des effets tridimensionnels ainsi qu'un modèle de transferts de masse. La simulation des effets d'une source de chaleur donne des résultats conformes aux constatations expérimentales dans l'ensemble du volume. Enfin, le cas de la convection mixte est traité en prenant en compte la conservation de l'énergie cinétique dans l'écoulement ; les résultats correspondent à ceux obtenus avec un modèle de champ.

L'apparition de CUDA en 2007 a rendu les GPU hautement programmables permettant ainsi aux applications scientifiques et techniques de profiter de leur capacité de calcul élevée. Des solutions ultra-rapides pour la résolution des transferts de chaleur par rayonnement et par conduction sur GPU sont présentées dans ce travail. Tout d'abord, la méthode MACZM pour le calcul des facteurs de transferts radiatifs directs en 3D et en milieu semi-transparent est représentée et validée. Ensuite, une implémentation efficace de la méthode à la base d'algorithmes de géométrie discrète et d'une parallélisation optimisée sur GPU dans CUDA atteignant 300 à 600 fois d'accélération, est présentée. Ceci est suivi par la formulation du NRPA, une version non-récursive de l'algorithme des revêtements pour le calcul des facteurs d'échange radiatifs totaux. La complexité du NRPA est inférieure à celle du PA et sont exécution sur GPU est jusqu'à 750 fois plus rapide que l'exécution du PA sur CPU. D'autre part, une implémentation efficace de la LOD sur GPU est présentée, consistant d'une alternance optimisée des solveurs et schémas de parallélisation et achevant une accélération GPU de 75 à 250 fois. Finalement, toutes les méthodes sont appliquées ensemble pour la résolution des transferts de chaleur en 3D dans un four de réchauffage sidérurgique de brames d'acier. Dans ce but, MACZM est appliquée avec un maillage multi-grille et le NRPA est appliqué au four en le découpant en zones, permettant d'avoir un temps de calcul très rapide une précision élevée. Ceci rend les méthodes utilisées de très grande importance pour la conception de stratégies de contrôle efficaces et précises.

L'apparition de CUDA en 2007 a rendu les GPU hautement programmables permettant ainsi aux applications scientifiques et techniques de profiter de leur capacité de calcul élevée. Des solutions ultra-rapides pour la résolution des transferts de chaleur par rayonnement et par conduction sur GPU sont présentées dans ce travail. Tout d'abord, la méthode MACZM pour le calcul des facteurs de transferts radiatifs directs en 3D et en milieu semi-transparent est représentée et validée. Ensuite, une implémentation efficace de la méthode à la base d'algorithmes de géométrie discrète et d'une parallélisation optimisée sur GPU dans CUDA atteignant 300 à 600 fois d'accélération, est présentée. Ceci est suivi par la formulation du NRPA, une version non-récursive de l'algorithme des revêtements pour le calcul des facteurs d'échange radiatifs totaux. La complexité du NRPA est inférieure à celle du PA et sont exécution sur GPU est jusqu'à 750 fois plus rapide que l'exécution du PA sur CPU. D'autre part, une implémentation efficace de la LOD sur GPU est présentée, consistant d'une alternance optimisée des solveurs et schémas de parallélisation et achevant une accélération GPU de 75 à 250 fois. Finalement, toutes les méthodes sont appliquées ensemble pour la résolution des transferts de chaleur en 3D dans un four de réchauffage sidérurgique de brames d'acier. Dans ce but, MACZM est appliquée avec un maillage multi-grille et le NRPA est appliqué au four en le découpant en zones, permettant d'avoir un temps de calcul très rapide une précision élevée. Ceci rend les méthodes utilisées de très grande importance pour la conception de stratégies de contrôle efficaces et précises.

Face aux forts besoins de réduction de la consommation énergétique et de l’impact environnemental,le bâtiment d’aujourd’hui vise la performance en s’appuyant sur des sourcesd’énergie de plus en plus diversifiées (énergies renouvelables), une enveloppe mieux conçue(isolation) et des systèmes de gestion plus avancés. Plus la conception vise la basse consommation,plus les interactions entre ses composants sont complexes et peu intuitives. Seule unerégulation plus intégrée permettrait de prendre en compte cette complexité et d’optimiser lefonctionnement pour atteindre la basse consommation sans sacrifier le confort.Les techniques de commande prédictive, fondées sur l’utilisation de modèles dynamiqueset de techniques d’optimisation, promettent une réduction des consommations et de l’inconfort.Elles permettent en effet d’anticiper l’évolution des sources et des besoins intermittentstout en tirant parti de l’inertie thermique du bâtiment, de ses systèmes et autres élémentsde stockage. Cependant, dans le cas du bâtiment, l’obtention d’un modèle dynamique suffisammentprécis présente des difficultés du fait d’incertitudes importantes sur les paramètresdu modèle et les sollicitations du système. Les avancées récentes dans le domaine de l’instrumentationdomotique constituent une opportunité prometteuse pour la réduction de cesincertitudes, mais la conception d’un tel système pour une telle application n’est pas triviale.De fait, il devient nécessaire de pouvoir considérer les problématiques de monitoring énergétique,d’instrumentation, de commande prédictive et de modélisation de façon conjointe.Cette thèse vise à identifier les liens entre commande prédictive et instrumentation dansle bâtiment, en proposant puis exploitant une méthode générique de modélisation du bâtiment,de simulation thermique et de résolution de problèmes d’optimisation. Cette méthodologiemet en oeuvre une modélisation thermique multizone du bâtiment, et des algorithmesd’optimisation reposant sur un modèle adjoint et les outils du contrôle optimal. Elle a étéconcrétisée dans un outil de calcul permettant de mettre en place une stratégie de commandeprédictive comportant des phases de commande optimale, d’estimation d’état et decalibration.En premier lieu, nous étudions la formulation et la résolution d’un problème de commandeoptimale. Nous abordons les différences entre un tel contrôle et une stratégie de régulationclassique, entre autres sur la prise en compte d’indices de performance et de contraintes. Nousprésentons ensuite une méthode d’estimation d’état basée sur l’identification de gains thermiquesinternes inconnus. Cette méthode d’estimation est couplée au calcul de commandeoptimale pour former une stratégie de commande prédictive.Les valeurs des paramètres d’un modèle de bâtiment sont souvent très incertaines. Lacalibration paramétrique du modèle est incontournable pour réduire les erreurs de prédictionet garantir la performance d’une commande optimale. Nous appliquons alors notreméthodologie à une technique de calibration basée sur des mesures de températures in situ.Nous ouvrons ensuite sur des méthodes permettant d’orienter le choix des capteurs à utiliser(nombre, positionnement) et des paramètres à calibrer en exploitant les gradients calculéspar la méthode adjointe.La stratégie de commande prédictive a été mise en oeuvre sur un bâtiment expérimentalprès de Chambéry. Dans le cadre de cette étude, l’intégralité du bâtiment a été modélisé,et les différentes étapes de notre commande prédictive ont été ensuite déployées de mainière séquentielle. Cette mise en oeuvre permet d’étudier les enjeux et les difficultés liées àl’implémentation d’une commande prédictive sur un bâtiment réel.Cette thèse est issue d’une collaboration entre le CEA Leti, l’IFSTTAR de Nantes et leG2ELab, et s’inscrit dans le cadre du projet ANR PRECCISION. / More efficient energy management of buildings through the use of Model Predictive Control(MPC) techniques is a key issue to reduce the environmental impact of buildings. Buildingenergy performance is currently improved by using renewable energy sources, a betterdesign of the building envelope (insulation) and the use of advanced management systems.The more the design aims for high performance, the more interactions and coupling effectsbetween the building, its environment and the conditions of use are important and unintuitive.Only a more integrated regulation would take in account this complexity, and couldhelp to optimize the consumption without compromising the comfort.Model Predictive Control techniques, based on the use of dynamic models and optimizationmethods, promise a reduction of consumption and discomfort. They can generate energysavings by anticipating the evolution of renewable sources and intermittent needs, while takingadvantage of the building thermal inertia and other storage items. However, in the caseof buildings, obtaining a good dynamic model is tough, due to important uncertainties onmodel parameters and system solicitations.Recent advances in the field of wireless sensor networks are fostering the deployment ofsensors in buildings, and offer a promising opportunity to reduce these errors. Nevertheless,designing a sensor network dedicated to MPC is not obvious, and energy monitoring,instrumentation, modeling and predictive control matters must be considered jointly.This thesis aims at establishing the links between MPC and instrumentation needs inbuildings. We propose a generic method for building modeling, thermal simulation andoptimization. This methodology involves a multi-zone thermal model of the building, andefficient optimization algorithms using an adjoint model and tools from the optimal controltheory. It was implemented in a specific toolbox to develop a predictive control strategywith optimal control phases, state estimation phases and model calibration.At first, we study the formulation and resolution of an optimal control problem. We discussthe differences between such a control and a conventional regulation strategy, throughperformance indicators. Then, we present a state estimation method based on the identificationof unknown internal gains. This estimation method is subsequently coupled with theoptimal control method to form a predictive control strategy.As the parameters values of a building model are often very uncertain, parametric modelcalibration is essential to reduce prediction errors and to ensure the MPC performance. Consequently,we apply our methodology to a calibration technique based on in situ temperaturemeasurements. We also discuss how our approach can lead to selection techniques in orderto choose calibrated parameters and sensors for MPC purposes.Eventually, the predictive control strategy was implemented on an experimental building,at CEA INES, near Chambéry. The entire building was modeled, and the different steps ofthe control strategy were applied sequentially through an online supervisor. This experimentgave us a useful feedback on our methodology on a real case.This thesis is the result of a collaboration between CEA Leti, IFSTTAR Nantes andG2ELab, and is part of the ANR PRECCISION project.