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During the coking process, due to the small width of the carbonization chamber of modern ovens, horizontal expansion of coal generates a pressure on the oven walls. The objective of this thesis, which is part of European project « Swelling Pressure in a Coke Oven, Transmission on Oven walls », is to better understand the wall pressure phenomenon during coking process and to develop a model which can permit to anticipate this phenomenon. For this, a phenomenological model which takes into account the physical chemistry phenomena in presence is developed. An original implementation is proposed for the kinetic of tars condensation and the coal swelling during pyrolysis. The proposed model is the first which reproducing simultaneously the wall pressure and the gas pressure during coking process. The simulation results of coking process of the specific case of Blue Creek coal in the pilot oven of Centre de Pyrolyse de Marienau and the measurements of gas pressure, of temperature and of wall pressure performed during the tests have discrepancies but remain in good agreement. The discrepancies are mainly due to the ignorance of coal properties and its mechanical behavior. The assumption of linear elastic behavior leads to wall pressure overestimation. The sensitivity study permits to conclude that the wall pressure is not directly dependant to the gas pressure and that coal swelling play a causal role. Lors du procédé de cokéfaction, en raison de la faible largeur de la chambre de carbonisation des fours modernes, l’expansion horizontale de la pâte à coke génère une poussée sur les parois de chauffage. L’objectif de cette thèse, qui s’inscrit dans le cadre du projet européen « Swelling Pressure in a Coke Oven, Transmission on Oven walls », est de mieux comprendre le phénomène de poussée des charbons lors de la cokéfaction et de développer un modèle permettant d’anticiper ce phénomène. Pour cela, un modèle phénoménologique prenant en compte les phénomènes physico-chimiques en présence a été développé. Une mise en équation originale est proposée pour la cinétique de condensation des goudrons et le gonflement des grains de charbon lors de la pyrolyse. Le modèle proposé est le premier reproduisant simultanément la poussée sur les piédroits et la pression des gaz produits lors de la cokéfaction. Les résultats de simulation du cas particulier de la cokéfaction du charbon Blue Creek dans le four pilote du Centre de Pyrolyse de Marienau et les mesures de pression, de température et de poussée réalisées lors des essais présentent des écarts mais demeurent en bon accord. Ces écarts sont essentiellement dus à la méconnaissance des propriétés du charbon et de son comportement mécanique. L’hypothèse d’un comportement élastique linéaire entraîne une surestimation de la poussée. L’étude de sensibilité amène, entre autres, à la conclusion que la poussée ne dépend pas directement de la pression des gaz et que le gonflement des grains de charbon joue un rôle déterminant.

International audience This work exposes the spatio-temporal frequency of seasonal drought in Gharb, a leading agricultural region in the Northwest of Morocco. It is based on the monthly approach of the report precipitation/temperature. The report P < 2T shows that the summer drought is regularly present each year and its length varies from one year to the next. Drought can also accidentally set other seasons of the year.In Gharb, the dry months recorded a trend to decline or stagnation following the stations. This translates into a tendency rather to both rising temperatures than precipitation. However, the definition of drought based on temperature and precipitation parameters does not have the slightestmathematical justification, since it establishes the link between quantities of different nature. On the other hand, water balances, calculated from the confrontation of precipitation and potential evapotranspiration, emphasize drought in terms of water deficit. Potential evapotranspiration is rarely measured with reliability in Gharb, particularly in the studied sites. Ce travail expose la fréquence spatiotemporelle des sécheresses saisonnières dans le Gharb, une région agricole de premier plan située dans le nord-ouest du Maroc. Il est basé sur l’approche mensuelle du rapport précipitations/températures. Le rapport P<2T montre que la sécheresse estivale est régulièrement présente chaque année et sa longueur varie d’une année à l’autre. La sécheresse peut également affecter accidentellement d’autres saisons de l’année.Dans le Gharb, les mois secs enregistrent une tendance à la baisse ou à la stagnation suivant les stations. Cela se traduit par une tendance plutôt à la hausse aussi bien des températures que des précipitations. Toutefois, la définition de la sécheresse reposant sur les paramètres des précipitationset des températures ne possède pas la moindre justification mathématique, puisqu’elle établit le lien entre des grandeurs de nature différente. Par contre, les bilans hydriques, calculés à partir de la confrontation des précipitations et de l’évapotranspiration potentielle, font ressortir la sécheresse entermes de déficit hydrique. L’évapotranspiration potentielle est rarement mesurée avec fiabilité dans le Gharb, notamment au niveau des stations étudiées.

In Western countries, the consumption of animal protein, which is the predominant protein source, has been decreasing over the last decade. This consumption has been negatively associated with different sustainability parameters in the majority of cases, and studies modelling sustainable diets have shown that the different parameters are not always compatible. Diets that significantly improve different sustainability parameters have been modelled, but the consideration of cultural acceptability is insufficient and requires further investigation. The objective of this thesis was to model acceptable trajectories of rearrangement of protein source consumption to increase nutritional adequacy and to evaluate its impacts on sustainability. The study of protein source consumption in France led to the conclusion that protein intake is adequate for the entire population, but that there are different profiles of protein intake characterized by different levels of nutritional security. A study conducted in 2018 found that meat consumption levels were predicted by attitudes, social norms, and perceived behavioral control related to the reduction of meat consumption. For the stepwise dietary modelling study, it was considered acceptable for an individual to consume a new food if it was widely consumed by individuals with a similar profile of protein intake. This hypothesis was validated by a survey conducted in 2018. The modelling work identified that some dietary recommendations were effective for the general population, but others were specific to certain profiles of protein intake characterized by specific nutritional profiles and food repertoires. Finally, models have identified that systematically targeting more plant proteins during the first dietary modifications allows, despite a slightly lower nutritional adequacy, to obtain better sustainability parameters.; Dans les pays occidentaux, la consommation de protéines animales, majoritaire, diminue depuis une décennie. Elle est, dans la majorité des cas, associée négativement à différents paramètres de durabilité, et les études modélisant des régimes durables ont montré que les différents paramètres n’étaient pas toujours compatibles. Des régimes améliorant largement différents paramètres de durabilité ont été modélisés, mais la prise en compte de l’acceptabilité culturelle est insuffisante et nécessite des approfondissements. L’objectif de cette thèse était de modéliser des trajectoires acceptables de réarrangement de la consommation de sources protéiques pour augmenter l’adéquation nutritionnelle et d’en évaluer les impacts sur la durabilité. L’étude des consommations de sources de protéines en France a permis de conclure que les apports en protéines sont adéquats pour l’ensemble de la population, mais qu’il existe différents profils de consommation protéique, caractérisés par des niveaux de sécurité nutritionnelle différents. Une étude réalisée en 2018 a permis d’établir que les niveaux de consommation de viande étaient prédits par les attitudes, les normes sociales, et l’auto-efficacité perçue vis-à-vis de la réduction de la consommation de viande. Pour les travaux de modélisation pas-à-pas de l’alimentation, il a été considéré acceptable pour un individu de consommer un nouvel aliment, si celui-ci était largement consommé par des individus au profil de consommation protéique similaire. Cette hypothèse a été validée par une enquête en 2018. Les travaux de modélisation ont permis d’identifier que certaines recommandations alimentaires étaient efficaces pour l’ensemble de la population, mais que d’autres étaient spécifiques à certains profils de consommation protéique, caractérisés par des profils nutritionnels et des répertoires alimentaires spécifiques. Enfin, des modèles ont permis d’identifier que viser systématiquement plus de protéines végétales lors des premières modifications diététiques permet, malgré une adéquation nutritionnelle légèrement plus faible, d’obtenir de meilleurs paramètres de durabilité.

The aim of this thesis is to highlight and analyze the factors related to the spatial organization of the population and the economic activities which may produce a more sustainable mobility. By considering that the transport system is not sustainable, we measure mobility costs thanks to three indicators which represent the sustainability of household mobility: the annual costs of household urban mobility, the annual effort rate devoted by households to their transportation expenditures and the annual CO2 emissions. The link between urban form and mobility is not straightforward. Actually, it is a complex reciprocal link to be defined. The literature shows that three dimensions of local environment finally influence household mobility: density, diversity and accessibility. The method consists on confronting the factors alleged to explain the indicators of the sustainability of household mobility and on determining which part is explained by urban form. On the enlarged perimeter of the household travel survey of Lyon (2006), our approach based on household mobility costs enables, moreover, an approach to financial inequalities and introducing the notion of household vulnerability facing their transportation costs. In order to determine the share of mobility costs explained by urban form, we build some explanatory models, at the household level, by integrating urban form and socio-economic household variables. Especially the analysis focuses on the influence of secondary urban poles on the household vulnerability and mobility costs. Some explanatory models by household types show also that the effects of urban form are differentiated according to household categories. It is also interesting to measure the savings generated by marginal changes of urban form. To do that, we build some econometric models in a more aggregated level which allows computing elasticity coefficients. Thus, we can estimate, in economic terms, the expected savings that are triggered by urban form changes.; L'objectif de cette thèse est de faire ressortir et d'analyser les facteurs liés à l'organisation spatiale de la population et des activités susceptibles de produire une mobilité plus durable. Sur la base du constat que le système de transports n'est pas durable, nous effectuons une approche par les coûts de la mobilité à partir de trois indicateurs représentatifs de la durabilité de la mobilité des ménages : les coûts annuels de la mobilité urbaine des ménages, le taux d'effort annuel consacré par les ménages pour leurs dépenses de transports et leurs émissions annuelles de CO2. Le lien entre forme urbaine et mobilité n'est pas simple. Il s'agit d'un lien de réciprocité complexe à définir. Les travaux montrent que trois dimensions de l'environnement local jouent au final sur la mobilité des ménages : la densité, la diversité et l'accessibilité. La démarche consiste à confronter les facteurs supposés explicatifs des indicateurs de durabilité de la mobilité des ménages et de déterminer quelle est la part expliquée par la forme urbaine. Sur le périmètre élargi de l'enquête ménages de Lyon (2006), notre approche par les coûts de la mobilité des ménages permet une approche des inégalités sur le plan financier. Par ailleurs, une simulation sur l'évolution des prix du carburant montre que les classes moyennes seront de plus en plus concernées par l'augmentation continue des prix du pétrole à l'avenir. Afin de déterminer la part des coûts de la mobilité expliquée par la forme urbaine, nous bâtissons des modèles explicatifs au niveau du ménage en y intégrant des variables de forme urbaine et des variables socio-économiques du ménage. L'analyse met aussi en évidence l'influence des pôles secondaires sur la vulnérabilité des ménages et les coûts de la mobilité. Les modèles par type de ménages montrent enfin que les effets de la forme urbaine sont différenciés suivant les types de ménage. Il est également intéressant de mesurer les économies générées par des changements marginaux de forme urbaine. Nous bâtissons pour cela des modèles économétriques à un niveau plus agrégé permettant le calcul de coefficients d'élasticité. En outre nous pouvons estimer en termes économiques les gains espérés suite à des changements de forme urbaine.

The combined efforts promoting an improved insulation and a growth of renewable energies use in buildings play a key role in the road towards greenhouse gas reduction and better energy efficiency. This thesis purpose is to develop a chemicalbased thermal energy storage system devoted to solar space heating of single-family houses. A specific heat storage material has thus been created, made of zeolite and magnesium sulphate. The storage principle, based on a hybrid phenomenon between water vapour physical adsorption and chemical hydration reaction, is seasonal : during the summer, the material stores heat obtained from evacuated tube solar collectors using an endothermic dehydration reaction ; the stored heat is released by rehydration of the material during the winter to produce hot air dedicated to space heating. After a state of the art regarding thermal energy storage technologies, a preparation method is set up. Then, characterization studies of this innovative composite material have been performed, at both micro- and macroscopic scales. Thanks to the macroscopic experimental data, the system size is estimated to meet the space heating energy demand of a low energy single-family house. Afterwards, a thermochemical storage model is developed to understand the coupled heat and mass transfer occurring in the composite sorbent bed, and consequently optimize the reactor design. The model relevancy is finally discussed with respect to experimental results. Les actions conjointes en faveur d’une meilleure isolation du bâti et de l’expansion des énergies renouvelables dans l’habitat jouent un rôle de premier plan dans la politique de réduction des gaz à effet de serre et la recherche d’une plus grande efficacité énergétique. La présente thèse vise à développer un système de stockage de chaleur par voie thermochimique dédié au chauffage solaire d’une maison individuelle. A cet effet, un matériau de stockage spécifique à été mis au point, à base de zéolithe et de sulfate de magnésium. Le principe, reposant sur un phénomène mixte d’adsorption physique de vapeur d’eau et de réaction chimique d’hydratation, est à caractère inter-saisonnier : en été, la chaleur issue de capteurs solaires thermiques à air est stockée par le matériau, qui se déshydrate selon une réaction endothermique ; en hiver, l’exothermicité de la réaction inverse est exploitée afin de chauffer l’habitat. Après un état de l’art des technologies de stockage thermique, un protocole de préparation de ce matériau composite innovant est établi. Des travaux de caractérisation sont alors entrepris à l’échelle micro et macroscopique. A partir de ces données expérimentales macroscopiques, le système de stockage est dimensionné en fonction des besoins en chaleur pour le chauffage d’une maison individuelle de type Bâtiment Basse Consommation. A l’issue de cette étude, un modèle de réacteur de stockage thermique est élaboré, afin d’interpréter les transferts couplés de matière et de chaleur intervenant dans le lit de matériau et d’optimiser le réacteur de stockage en conséquence. La validité du modèle est ensuite testée et discutée à la lumière des résultats expérimentaux.

Au milieu des années 1950, Électricité de France, opérateur largement dominant dans la production et la distribution d'énergie sous forme électrique, du fait de l'avenir encore incertain du nucléaire civil, a opté, avec la construction de l''usine marémotrice sur l'estuaire de la Rance, pour une énergie renouvelable d'un type encore inusité à l'échelle industrielle. Cette centrale hydroélectrique, en de nombreux points particulièrement innovante, inaugurée en 1967, sera pourtant la seule de ce type réalisée en France. Elle est toujours en service. A un moment où la question des énergies renouvelables est pour le moins à l'ordre du jour, même si les réalisations restent modestes en termes industriels en France, il nous a semblé intéressant de mobiliser l'histoire d'une réalisation qui a, depuis des lustres, produit ce que nous considérons comme une bifurcation énergétique, dont l'avenir reste largement à construire.

The use of reconfigurable accelerators when designing heterogeneous system-on-chip has the potential to increase performance and reduce energy consumption. Indeed, these accelerators are commonly a adjunct to one (or more) processor(s) and unload intensive computations and treatments. The concept of dynamic reconfiguration, supported by some FPGA vendors, allows to consider more flexible systems including the ability to sequence the execution of accelerators on the same silicon area, while reducing resource requirements. However, dynamic reconfiguration may impact overall system performance and it is hard to estimate the impact of configuration decisions on energy consumption.. The main objective of this thesis is to provide an exploration methodology to assess the impact of implementation choices of tasks of an application on a system-on-chip containing a dynamically reconfigurable resource, to optimize the energy consumption or the processing time. Therefore, we have established consumption models of reconfigurable components, particularly FPGAs, which assists the designer. Using a measurement methodology on Virtex-5, we first show the possibility to generate hardware accelerators of various sizes, execution time and energy consumption. Then, in order to quantify the implementation costs of these accelerators, we build three power models of the dynamic and partial reconfiguration. Finally, from these models, we develop an algorithm for the exploration of implementation and allocation possibilities for a complete system. Based on a high-level modeling platform, the implementation costs of the tasks and their performance on various resources (CPU or reconfigurable region) are analyzed. The solutions with the best characteristics, based on design constraints, are extracted. L'utilisation des accélérateurs reconfigurables, pour la conception de system-on-chip hétérogènes, offre des possibilités intéressantes d'augmentation des performances et de réduction de la consommation d'énergie. En effet, ces accélérateurs sont couramment utilisés en complément d'un (ou de plusieurs) processeur(s) pour permettre de décharger celui-ci (ceux-ci) des calculs intensifs et des traitements de flots de données. Le concept de reconfiguration dynamique, supporté par certains constructeurs de FPGA, permet d'envisager des systèmes beaucoup plus flexibles en offrant notamment la possibilité de séquencer temporellement l'exécution de blocs de calcul sur la même surface de silicium, réduisant alors les besoins en ressources d'exécution. Cependant, la reconfiguration dynamique n'est pas sans impact sur les performances globales du système et il est difficile d'estimer la répercussion des décisions de configuration sur la consommation d'énergie. L'objectif principal de cette thèse consiste à proposer une méthodologie d'exploration permettant d'évaluer l'impact des choix d'implémentation des différentes tâches d'une application sur un system-on-chip contenant une ressource reconfigurable dynamiquement, en vue d'optimiser la consommation d'énergie ou le temps d'exécution. Pour cela, nous avons établi des modèles de consommation des composants reconfigurables, en particulier les FPGAs, qui permettent d'aider le concepteur dans son design. À l'aide d'une méthodologie de mesure sur Virtex-5, nous montrons dans un premier temps qu'il est possible de générer des accélérateurs matériels de tailles variées ayant des performances temporelles et énergétiques diverses. Puis, afin de quantifier les coûts d'implémentation de ces accélérateurs, nous construisons trois modèles de consommation de la reconfiguration dynamique partielle. Finalement, à partir des modèles définis et des accélérateurs produits, nous développons un algorithme d'exploration des solutions d'implémentation pour un système complet. En s'appuyant sur une plate-forme de modélisation à haut niveau, celui-ci analyse les coûts d'implémentation des tâches et leur exécution sur les différentes ressources disponibles (processeur ou région configurable). Les solutions offrant les meilleures performances en fonction des contraintes de conception sont retenues pour être exploitées.

Microalgae are more and more studied for their energy potential and various applications. However, the actual production processes (open and closed photobioreactor) use a lot of energy and aren't productive enough. This thesis presents a novel process of microalgae culture, with an airlift system coupled to a thin plate. The photobioreactor is experimentally characterized and modeled for many aspects. Hydrodynamics of the system is modeled to predict the fluid behavior in the system. Mass transfers are modeled using the two film model. The model allows knowing minimum carbon needs for microalgae culture. It also allows evaluating dissolved oxygen concentration in the photobioreactor and its elimination efficiency. Oxygen is inhibiting the culture at high concentration. Heat transfers are also modeled, allowing to know climate parameters impact (sunshine, ambient air temperature) on culture temperature. All models are assembled in a global model. This model is compared to microalgae culture experimental results. Finally, the global model is used to study a more complex system: culture thin plates are integrated on the walls of buildings. Global model allow studying different orientation effects on temperature and productivity of the system. Culture is optimized for energy consumption and some perspectives on energy integration of such a system are proposed. Les microalgues sont de plus en plus regardées pour leurs potentiels énergétiques et leurs nombreuses applications. Mais les systèmes de production actuels, que se soit les systèmes dits ouvert comme les bassins ou les systèmes fermés, appelés photobioréacteurs, sont très énergivores et pas assez productifs. Cette thèse propose un nouveau concept de photobioréacteur, composé d'un airlift et d'une plaque mince. Le photobioréacteur est caractérisé expérimentalement et est modélisé sous plusieurs aspects. L'hydrodynamique du système est modélisée pour prédire le comportement des fluides dans le système. Les phénomènes de transferts de masse sont modélisés par le modèle des deux films. La modélisation permet de connaitre l'apport minimum nécessaire en dioxyde de carbone pour la culture des microalgues et permet d'évaluer la concentration en oxygène dissous dans le photobioréacteur. Elle permet aussi d'évaluer son élimination par le système, l'oxygène étant inhibant pour la culture. Les phénomènes de transferts de chaleur sont aussi modélisés, permettant de connaitre l'impact des différents paramètres (ensoleillement, température de l'air ambiant) sur la température de culture. Ces différents modèles sont rassemblés en un modèle global qui est comparé aux résultats expérimentaux de culture d'algues. Le modèle global est ensuite utilisé dans un contexte plus complexe : l'intégration des plaques minces du photobioréacteur aux parois d'un bâtiment. Le modèle global permettra d'étudier l'effet les différentes orientations (Nord, Sud, Est, Ouest en vertical sur les façades et à l'horizontal sur les toits) sur les températures et productivité du système. La consommation d'énergie de la culture est optimisée grâce au modèle. A la suite de cette optimisation, certaines perspectives sur l'intégration énergétique d'un tel système sont proposées.