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description Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2018 FrancePublisher:CCSD Authors: BENAMROUCHE, Bilal;National audience; This Ph.D. Subject proposes the design of a new generation of wireless sensor networks (WSN) based on impulse radio ultra-wide band (IR-UWB), reconfigurable upon the application, reliable and ultra-low power. Applications like structure health monitoring of aerospace structures or portable smart sensing systems for human protection can be targeted. These industrial applications impose very demanding specifications for the wireless communication protocol (in some cases, new services are needed like: localization, clock synchronization, real-time transmission, etc) on one side, and for the circuit design, on the other side, as the ultra-low power circuits are needed. Energy efficiency is the major driver in today development of the wireless sensor networks. We chose impulse radio ultra-wideband (IR-UWB) technique for our developments. IR-UWB is a very promising technique able to respond to the wireless communication protocol constraints and to energy efficiency constraints.! The objective of this Ph.D. will be to design an ultra-low power IR-UWB transceiver. IR-UWB signal processing techniques has to be study and innovator solution has to be proposed for the implementation of the IR-UWB transceiver. The first prototype will be developed on FPGA boards (and/or USRP boards) and the final IR-UWB transceiver will be an ASIC in CMOS technology. The design of an ultra-low power consumption of the CMOS transceiver will be a major concern. Modern ultra-low power circuit techniques from the nanometrics CMOS design kits will be used. MAC layer adapted to the demands of the application and working on IR-UWB physical layer will be also studied and designed. A microprocessor integration on the chip for power management of the different parts (sensor, communication, computing, energy harvesting) of the system can also be studied. This work will be based on the previous research results obtained in our team in the case of static WSN. This work will take plac! e in the highly stimulating and competitive environment of a E! uropean project.; Le sujet de thèse propose une nouvelle génération de réseaux de capteur sans fil base sur impulse radio ultra wide band (IR-UWB) reconfigurable suivant l'application souhaitée et à très basse consommation. La consommation énergétique d’un système de communication sans fil est la contrainte majeure pour le déploiement d’un réseau de capteurs sans fil autonome. Les travaux de recherche présente dans cette thèse ont menés au développement d’un émetteur-récepteur à très faible consommation d’énergie pour les réseaux de capteurs sans fil autonome pour des applications de structural Heath monitoring dans des domaines aéronautique. Une description est faite pour les différents types de technologie de communication sans fil pour la surveillance des structures (SHM). Nous avons détaillé la communication sans fil ultra large bande (UWB) en présentant la technique de communication sans fil UWB par impulsion avec les avantages qu’elle offre pour notre application. Une présentation est faite de l’architecture de l’émetteur-récepteur IR-UWB conçu en détaillant le design complet avec l’intégration de la solution proposée clock-gating pour un système à une grande efficacité énergétique avec une implémentation et validation d’un prototype sur une plateforme FPGA. Une description de la conception et la fabrication d’un système sur puce ASIC de notre design d’émetteur-récepteur IR-UWB avec la technologie CMOS 65nm de st microélectronique et les avantages qu’il offre que ça soit en terme d’efficacité énergétique ou de taille de système.
HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down Hyper Article en LigneDoctoral thesis . 2018Full-Text: https://hal.laas.fr/tel-01963484v2/documentData sources: Hyper Article en LigneMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationDoctoral thesis . 2018add ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down Hyper Article en LigneDoctoral thesis . 2018Full-Text: https://hal.laas.fr/tel-01963484v2/documentData sources: Hyper Article en LigneMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationDoctoral thesis . 2018add ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2014 FrancePublisher:CCSD Authors: Guérout, Tom;In recent years, new issues have arisen in environmental considerations, increasingly pointed out in our society. In the field of Information Technology, data centers currently consume about 1.5% of world electricity. This increasing is due to changes in many areas, especially in Cloud Computing. Besides this environmental aspect, the management of energy consumption has become an important field of Quality of Service (QoS), in the responsibility of Cloud providers. These providers propose a QoS contract called SLA (Service Level Agreement), which specify the level of QoS given to users. The level of QoS offered directly influences the quality of the users' utilization, but also the overall energy consumption and performance of computing resources, which strongly affect profits of the Cloud providers. Cloud computing is intrinsically linked to the virtualization of computing resources. A model of hardware and software architecture is proposed in order to define the characteristics of the environment considered. Then, a detailed modeling of QoS parameters in terms of performance, dependability, security and cost is proposed. Therefore, QoS metrics, associated to these parameters are defined in order to extend the possibilities for evaluating the SLA. These models represent the first contribution of this thesis. Then, it is necessary to illustrate how the use and interpretation of several QoS metrics open the possibility of a more complex and precise analysis of algorithms' insight. This multi-criteria approach, that provides useful informations about the system's status can be analyzed to manage the QoS parameters' level. Thus, four antagonists metrics, including energy consumption, are selected and used together in several scheduling algorithms which allow to show their relevance, the enrichment given to these algorithms, and how a Cloud provider can take advantage of the results of this kind of multi-objective optimization. The second contribution presents a genetic algorithm (GA) and two greedy algorithms. The analysis of the genetic algorithm behavior allows to show different interests of a multi-criteria optimization applied to QoS metrics, usually ignored in studies dedicated to Cloud Computing. The third contribution of this thesis proposes a study of the impact of the use of QoS metrics in virtual machines scheduling. The simulator CloudSim has been used and expanded to improve its energy-aware tools. The DVFS (Dynamic Voltage & Frequency Scaling), providing a highly accurate dynamic management of CPU frequencies, the virtual machines reconfiguration, and the dynamic management of events have been included. The simulations involve all of these energy tools and placement algorithms, and evaluate each selected QoS metrics. These simulations allow to see the evolution in time of these metrics, depending on the algorithms used and the behavior of the GA in different optimizations configurations. This allows to analyze from different angles the behavior of greedy algorithms, the impact of optimizations GA, and the influence of these metrics one against the others.; Ces dernières années, de nouvelles problématiques sont nées au vu des considérations écologiques de plus en plus présentes dans notre société. Dans le domaine de la technologie de l'Information, les centres de calcul consomment actuellement environ 1.5% de l'électricité mondiale. Cela ne cesse d’augmenter en raison de l'évolution de nombreux domaines et particulièrement du Cloud Computing. Outre cet aspect environnemental, le contrôle de la consommation d’énergie fait désormais partie intégrante des paramètres de Qualité de Service (QoS) incombant aux fournisseurs de services de Cloud Computing. En effet, ces fournisseurs de services à la demande proposent à leurs utilisateurs un contrat de QoS, appelé SLA (Service Level Agreement), qui définit de manière précise la qualité de service qu’ils s’engagent à respecter. Le niveau de QoS proposé influence directement la qualité d’utilisation des services par les utilisateurs, mais aussi la consommation et le rendement général de l’ensemble des ressources de calcul utilisées, impactant fortement les bénéfices des fournisseurs de services.Le Cloud Computing étant intrinsèquement lié à la virtualisation des ressources de calcul, une élaboration de modèles d’architecture matérielle et logicielle est proposée afin de définir les caractéristiques de l’environnement considéré. Ensuite, une modélisation détaillée de paramètres de QoS en termes de performance, de sûreté de fonctionnement, de sécurité des données et de coûts est proposée. Des métriques associées à ces paramètres sont définies afin d’étendre les possibilités d'évaluation des SLA. Ces modélisations constituent la première contribution de cette thèse.Il convient alors de démontrer comment l’utilisation et l’interprétation de plusieurs métriques de QoS ouvrent la possibilité d'une analyse plus complexe et plus fine de la perspicacité des algorithmes de placement. Cette approche multi-critères leur apporte des informations importantes sur l’état de leur système qu’ils peuvent analyser afin de gérer le niveau de chaque paramètre de QoS. Ainsi, quatre métriques antagonistes, incluant la consommation énergétique, ont été sélectionnées et utilisées conjointement dans plusieurs algorithmes de placement de manière à montrer leur pertinence, l’enrichissement qu’elles apportent à ces algorithmes, et comment un fournisseur de service peut tirer profit des résultats d’une optimisation multi-objectifs. Cette seconde contribution présente un algorithme génétique (GA) ainsi que deux algorithmes gloutons. L’analyse du comportement de l'algorithme génétique a permis de démontrer différents intérêts d’une optimisation multi-critères appliquée à des métriques de QoS habituellement ignorées dans les études dédiées au Cloud Computing.La troisième contribution de cette thèse propose une étude de l’impact de l'utilisation des métriques de QoS sur l’ordonnancement de machines virtuelles au cours du temps. Pour cela, le simulateur CloudSim a été exploité et étendu afin d'améliorer ses fonctionnalités de gestion de consommation énergétique. Tout d’abord par l’ajout du DVFS (Dynamic Voltage & Frequency Scaling) apportant une gestion dynamique très précise des fréquences de fonctionnement CPU, puis la possibilité de reconfiguration de machines virtuelles et enfin par la gestion dynamique des évènements. Les simulations effectuées mettent en jeu l'ensemble de ces outils énergétiques ainsi que les algorithmes de placement et évaluent chacune des métriques de QoS sélectionnées. Ces simulations donnent une vision temporelle de l’évolution de celles-ci, en fonction des algorithmes utilisés et de plusieurs configurations d’optimisation du GA. Cela permet d'analyser sous différents angles le comportement des algorithmes gloutons, l'impact des optimisations du GA, et l'influence des métriques les unes par rapport aux autres.Une collaboration a pu être établie avec le laboratoire CLOUDS Laborartory de Melbourne, dirigé par Prof. Rajkumar Buyya.
HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down INRIA a CCSD electronic archive serverDoctoral thesis . 2014Data sources: INRIA a CCSD electronic archive serverMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationDoctoral thesis . 2014add ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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Cloud computing is intrinsically linked to the virtualization of computing resources. A model of hardware and software architecture is proposed in order to define the characteristics of the environment considered. Then, a detailed modeling of QoS parameters in terms of performance, dependability, security and cost is proposed. Therefore, QoS metrics, associated to these parameters are defined in order to extend the possibilities for evaluating the SLA. These models represent the first contribution of this thesis. Then, it is necessary to illustrate how the use and interpretation of several QoS metrics open the possibility of a more complex and precise analysis of algorithms' insight. This multi-criteria approach, that provides useful informations about the system's status can be analyzed to manage the QoS parameters' level. Thus, four antagonists metrics, including energy consumption, are selected and used together in several scheduling algorithms which allow to show their relevance, the enrichment given to these algorithms, and how a Cloud provider can take advantage of the results of this kind of multi-objective optimization. The second contribution presents a genetic algorithm (GA) and two greedy algorithms. The analysis of the genetic algorithm behavior allows to show different interests of a multi-criteria optimization applied to QoS metrics, usually ignored in studies dedicated to Cloud Computing. The third contribution of this thesis proposes a study of the impact of the use of QoS metrics in virtual machines scheduling. The simulator CloudSim has been used and expanded to improve its energy-aware tools. The DVFS (Dynamic Voltage & Frequency Scaling), providing a highly accurate dynamic management of CPU frequencies, the virtual machines reconfiguration, and the dynamic management of events have been included. The simulations involve all of these energy tools and placement algorithms, and evaluate each selected QoS metrics. These simulations allow to see the evolution in time of these metrics, depending on the algorithms used and the behavior of the GA in different optimizations configurations. This allows to analyze from different angles the behavior of greedy algorithms, the impact of optimizations GA, and the influence of these metrics one against the others.; Ces dernières années, de nouvelles problématiques sont nées au vu des considérations écologiques de plus en plus présentes dans notre société. Dans le domaine de la technologie de l'Information, les centres de calcul consomment actuellement environ 1.5% de l'électricité mondiale. Cela ne cesse d’augmenter en raison de l'évolution de nombreux domaines et particulièrement du Cloud Computing. Outre cet aspect environnemental, le contrôle de la consommation d’énergie fait désormais partie intégrante des paramètres de Qualité de Service (QoS) incombant aux fournisseurs de services de Cloud Computing. En effet, ces fournisseurs de services à la demande proposent à leurs utilisateurs un contrat de QoS, appelé SLA (Service Level Agreement), qui définit de manière précise la qualité de service qu’ils s’engagent à respecter. Le niveau de QoS proposé influence directement la qualité d’utilisation des services par les utilisateurs, mais aussi la consommation et le rendement général de l’ensemble des ressources de calcul utilisées, impactant fortement les bénéfices des fournisseurs de services.Le Cloud Computing étant intrinsèquement lié à la virtualisation des ressources de calcul, une élaboration de modèles d’architecture matérielle et logicielle est proposée afin de définir les caractéristiques de l’environnement considéré. Ensuite, une modélisation détaillée de paramètres de QoS en termes de performance, de sûreté de fonctionnement, de sécurité des données et de coûts est proposée. Des métriques associées à ces paramètres sont définies afin d’étendre les possibilités d'évaluation des SLA. Ces modélisations constituent la première contribution de cette thèse.Il convient alors de démontrer comment l’utilisation et l’interprétation de plusieurs métriques de QoS ouvrent la possibilité d'une analyse plus complexe et plus fine de la perspicacité des algorithmes de placement. Cette approche multi-critères leur apporte des informations importantes sur l’état de leur système qu’ils peuvent analyser afin de gérer le niveau de chaque paramètre de QoS. Ainsi, quatre métriques antagonistes, incluant la consommation énergétique, ont été sélectionnées et utilisées conjointement dans plusieurs algorithmes de placement de manière à montrer leur pertinence, l’enrichissement qu’elles apportent à ces algorithmes, et comment un fournisseur de service peut tirer profit des résultats d’une optimisation multi-objectifs. Cette seconde contribution présente un algorithme génétique (GA) ainsi que deux algorithmes gloutons. 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Faraut, Serge
Faraut, Serge in OpenAIREBonhomme, Marion;
Bonhomme, Marion
Bonhomme, Marion in OpenAIRETornay, Nathalie;
Amossé, Alexandre; +1 AuthorsTornay, Nathalie
Tornay, Nathalie in OpenAIREFaraut, Serge;
Faraut, Serge
Faraut, Serge in OpenAIREBonhomme, Marion;
Bonhomme, Marion
Bonhomme, Marion in OpenAIRETornay, Nathalie;
Amossé, Alexandre;Tornay, Nathalie
Tornay, Nathalie in OpenAIREMasson, Valéry;
Masson, Valéry
Masson, Valéry in OpenAIREL'énergétique urbaine est un domaine qui couvre de nombreux pro-cessus complexes interagissant à toutes les échelles de la ville : le microclimat (l'effet d'îlot de chaleur), la consommation énergétique des bâtiments pour le chauffage ou la climatisation, les comportements énergétiques des habitants, la production d'énergie renouvelable, etc. Peu d'outils tiennent compte de ce ni-veau de complexité à cette échelle, rendant l'adaptation et l'atténuation aux changements climatiques très difficiles à intégrer dans les politiques urbaines ou les pratiques de conception. Au sein du projet de recherche MApUCE, qui propose une méthodologie pour effectuer des simulations de ces processus d'énergétique urbaine à l'échelle de toutes les communes et villes de France, nous avons développé une approche dont l'objectif est de pouvoir obtenir des données précises sur les caractéristiques et les matériaux des bâtiments. Elle est basée sur la mise en oeuvre d'une méthode de détermination automatique des typologies architecturales et urbaines pour toutes les villes de France et d'une base de données architecturale et historique. La méthode de détermination des typologies est une méthode globale et automa-tisée, dérivée de GENIUS, pour identifier les typologies urbaines à l'échelle du bâtiment et de l'îlot urbain. Elle utilise des indicateurs morphologiques ou so-ciodémographiques (eux-mêmes déterminés à partir des bases de données natio-nales) et réalise une classification mettant en oeuvre une méthode d'apprentissage supervisé basée sur les « Random Forest ». Ces typologies sont croisées avec les informations de la base de données archi-tecturale, au travers de l'indication de l'usage des bâtiments, leurs dates de construction et leur localisation géographique permettant ainsi de caractériser chacun des bâtiments en terme de matérialité (albédo, système constructif, isolation thermique, etc.) et de systèmes CVC. Urban energy is a domain that covers many complex processes thatinteract at all scales of the city: the microclimate (the heat island effect), building energy consumption for heating or cooling, inhabitants’behav-ior, renewable energyproduction, etc. Few tools take account ofthis level of complexity atthis scale, making the adaptation and mitigation to climate change very difficult to integrate into urban policies and design practices.Within the MApUCEresearch project, which proposes a methodology to carry out simulations of these urban energy processes across all towns and cities in France, we have developed an approach whose objective is to obtain accurate data onbuildings’characteristics andmaterials. It is based on the implementationof an auto-matic method for determining the architectural and urban typologies for all cities of France and an architectural and historical database.The method for determining the typologiesis a comprehensive and automated methodto identify urban typolo-gies at the building and the city block scales. The method usesmorphologicalor sociodemographicindicators (determined from national databases)and makes a classification implementing a supervised learning method based on the "Random Forest".These typologies are coupled with the architectural database’s information, through the indication of the buildings’usage, their date of construction and geographical location allowing to characterize each of the buildings in terms of materiality (albedo, constructive system thermal insulation, etc.), and HVAC systems.
HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down Hyper Article en Ligne - Sciences de l'Homme et de la SociétéConference object . 2016Mémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationConference object . 2016add ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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Faraut, Serge
Faraut, Serge in OpenAIREBonhomme, Marion;
Bonhomme, Marion
Bonhomme, Marion in OpenAIRETornay, Nathalie;
Amossé, Alexandre; +1 AuthorsTornay, Nathalie
Tornay, Nathalie in OpenAIREFaraut, Serge;
Faraut, Serge
Faraut, Serge in OpenAIREBonhomme, Marion;
Bonhomme, Marion
Bonhomme, Marion in OpenAIRETornay, Nathalie;
Amossé, Alexandre;Tornay, Nathalie
Tornay, Nathalie in OpenAIREMasson, Valéry;
Masson, Valéry
Masson, Valéry in OpenAIREL'énergétique urbaine est un domaine qui couvre de nombreux pro-cessus complexes interagissant à toutes les échelles de la ville : le microclimat (l'effet d'îlot de chaleur), la consommation énergétique des bâtiments pour le chauffage ou la climatisation, les comportements énergétiques des habitants, la production d'énergie renouvelable, etc. Peu d'outils tiennent compte de ce ni-veau de complexité à cette échelle, rendant l'adaptation et l'atténuation aux changements climatiques très difficiles à intégrer dans les politiques urbaines ou les pratiques de conception. Au sein du projet de recherche MApUCE, qui propose une méthodologie pour effectuer des simulations de ces processus d'énergétique urbaine à l'échelle de toutes les communes et villes de France, nous avons développé une approche dont l'objectif est de pouvoir obtenir des données précises sur les caractéristiques et les matériaux des bâtiments. Elle est basée sur la mise en oeuvre d'une méthode de détermination automatique des typologies architecturales et urbaines pour toutes les villes de France et d'une base de données architecturale et historique. La méthode de détermination des typologies est une méthode globale et automa-tisée, dérivée de GENIUS, pour identifier les typologies urbaines à l'échelle du bâtiment et de l'îlot urbain. Elle utilise des indicateurs morphologiques ou so-ciodémographiques (eux-mêmes déterminés à partir des bases de données natio-nales) et réalise une classification mettant en oeuvre une méthode d'apprentissage supervisé basée sur les « Random Forest ». Ces typologies sont croisées avec les informations de la base de données archi-tecturale, au travers de l'indication de l'usage des bâtiments, leurs dates de construction et leur localisation géographique permettant ainsi de caractériser chacun des bâtiments en terme de matérialité (albédo, système constructif, isolation thermique, etc.) et de systèmes CVC. Urban energy is a domain that covers many complex processes thatinteract at all scales of the city: the microclimate (the heat island effect), building energy consumption for heating or cooling, inhabitants’behav-ior, renewable energyproduction, etc. Few tools take account ofthis level of complexity atthis scale, making the adaptation and mitigation to climate change very difficult to integrate into urban policies and design practices.Within the MApUCEresearch project, which proposes a methodology to carry out simulations of these urban energy processes across all towns and cities in France, we have developed an approach whose objective is to obtain accurate data onbuildings’characteristics andmaterials. It is based on the implementationof an auto-matic method for determining the architectural and urban typologies for all cities of France and an architectural and historical database.The method for determining the typologiesis a comprehensive and automated methodto identify urban typolo-gies at the building and the city block scales. The method usesmorphologicalor sociodemographicindicators (determined from national databases)and makes a classification implementing a supervised learning method based on the "Random Forest".These typologies are coupled with the architectural database’s information, through the indication of the buildings’usage, their date of construction and geographical location allowing to characterize each of the buildings in terms of materiality (albedo, constructive system thermal insulation, etc.), and HVAC systems.
HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down Hyper Article en Ligne - Sciences de l'Homme et de la SociétéConference object . 2016Mémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationConference object . 2016add ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Conference object 2015 FrancePublisher:CCSD Authors: Lefrou, Christine; Dulout, Jérémy; Jammes, Bruno; Alonso, Corinne;International audience; The design of battery systems is an important issue in many cases conditioned by several constraints and modeling challenges. This work proposes a design method for electrochemical hybrid energy storage system associated with photovoltaic modules. Based on this method, an optimization procedure is used to discuss the interest of creating a hybrid system combining two different types of batteries. The batteries are modeled as a constant voltage source in series with an internal resistance and the finite capacity of the batteries is considered independent from their use. The model uses the battery capacity, maximum charge rate, internal resistance and cost given at the beginning of the battery life.; Une procédure d'optimisation et de dimensionnement d'un système de stockage électrochimique d'énergie associé à des panneaux solaires est décrite et discutée. Elle permet d'étudier l'intérêt ou non de réaliser un système hybride associant deux types de batteries différents. Cet outil utilise un modèle simplifié de batteries : elles sont considérées comme une source de tension constante en série avec une résistance interne avec une capacité finie indépendante du type d'utilisation. Le modèle prend ainsi en compte des caractéristiques de batteries à l'état neuf : capacité, régime maximal de charge, résistance interne et coût.
HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down HAL-INSA ToulouseConference object . 2015Full-Text: https://hal.science/hal-01178996v1/documentData sources: HAL-INSA ToulouseMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationConference object . 2015INRIA a CCSD electronic archive serverConference object . 2015Data sources: INRIA a CCSD electronic archive serveradd ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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more_vert HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down HAL-INSA ToulouseConference object . 2015Full-Text: https://hal.science/hal-01178996v1/documentData sources: HAL-INSA ToulouseMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationConference object . 2015INRIA a CCSD electronic archive serverConference object . 2015Data sources: INRIA a CCSD electronic archive serveradd ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down HAL-INSA ToulouseConference object . 2015Full-Text: https://hal.science/hal-01178996v1/documentData sources: HAL-INSA ToulouseMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationConference object . 2015INRIA a CCSD electronic archive serverConference object . 2015Data sources: INRIA a CCSD electronic archive serveradd ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Part of book or chapter of book 2024 FrancePublisher:CCSD Authors:Escudié, Renaud;
Rafrafi, Yan;Escudié, Renaud
Escudié, Renaud in OpenAIREFigueras, J.;
Pommier, Sébastien; +3 AuthorsFigueras, J.
Figueras, J. in OpenAIREEscudié, Renaud;
Rafrafi, Yan;Escudié, Renaud
Escudié, Renaud in OpenAIREFigueras, J.;
Pommier, Sébastien;Figueras, J.
Figueras, J. in OpenAIREBuffière, Pierre;
Buffière, Pierre
Buffière, Pierre in OpenAIREDumas, Claire;
Delgenès, Jean-Philippe;Dumas, Claire
Dumas, Claire in OpenAIREInternational audience
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Rafrafi, Yan;Escudié, Renaud
Escudié, Renaud in OpenAIREFigueras, J.;
Pommier, Sébastien; +3 AuthorsFigueras, J.
Figueras, J. in OpenAIREEscudié, Renaud;
Rafrafi, Yan;Escudié, Renaud
Escudié, Renaud in OpenAIREFigueras, J.;
Pommier, Sébastien;Figueras, J.
Figueras, J. in OpenAIREBuffière, Pierre;
Buffière, Pierre
Buffière, Pierre in OpenAIREDumas, Claire;
Delgenès, Jean-Philippe;Dumas, Claire
Dumas, Claire in OpenAIREInternational audience
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2021 FrancePublisher:CCSD Authors: Gaetani-Liseo, Margot;National audience; The development of decentralized, distributed, stationary electric microgrids producing energy as close as possible to the consumers, is a key challenge of the energy transition. Microgrids can contribute to the massive renewables energies integration and allow the optimization of the energy use according to several economic and ecological criteria. Batteries are the most widely used Energy Storage Systems (ESS) in microgrids, but are among the most expensive components with a relatively short lifetime. Therefore, optimize the sizing of sources and batteries (sizes, technologies and topologies) considering the energy management strategies is the general objective of the optimal design of a microgrid. For this purpose, many tools and studies exist using battery behavior and aging models. However, few works evaluate the accuracy of these models in real operating conditions, nor their impacts on the resulting sizing or energy management decisions. The research path chosen in this thesis consists in the analysis of different ESS models, considering their operation and degradation and used in optimal microgrid design methods. The objective is to evaluate the ability of these models to be integrated in a modeling environment dedicated to multi-criteria optimization (cost, use of locally produced energy, lifetime...) to size microgrids and develop energy management strategies. To validate this work, a test bench of a low voltage DC microgrid type has been built. This bench allows to emulate a microgrid from real production and consumption data and thus to evaluate the behavior of the ESS under controlled conditions but close to a real operation. A comparative study of battery models has been then made to find the most appropriate ones for microgrids design. An analysis of the accuracy of these models was carried out in order to study their ability to represent the battery behavior and the typical variations related to the stresses impacting their life span. For this purpose, usage profiles related to microgrids have been identified and applied to lead-acid batteries, widely used in stationary applications. Finally, based on these models, a methodology for sizing sources and ESS in a microgrid is proposed. These same models were used to implement optimal management strategies. In both cases, an investigation of the impact of the models on the results obtained was done. Then, the management strategies were tested on the developed microgrid testbed in order to identify the impact of the model in the differences between the simulation and experimental results.; Le développement de micro-réseaux électriques, stationnaires, décentralisés et distribués, produisant l'énergie au plus près des consommateurs, est une des solutions possibles pour assurer l'intégration des énergies renouvelables qui est aujourd'hui un défi clé de la transition énergétique. Les Systèmes de Stockage de l'Énergie (SSE) au sein des micro-réseaux vont permettre de pallier l'intermittence et le manque d'inertie de ces sources renouvelables en apportant la flexibilité nécessaire ainsi que des possibilités d'optimisation des échanges d'énergie en fonction de critères économiques et écologiques. Les batteries sont les SSE les plus utilisées dans les micro-réseaux mais restent des éléments coûteux avec une durée de vie relativement faible et un impact écologique important. L'objectif global de la conception d'un micro-réseau revient à optimiser le dimensionnement des sources et des batteries (taille, technologie et topologie) en lien avec les stratégies de gestion de l'énergie. Pour cela, de nombreux outils et études existent et utilisent des modèles de fonctionnement et de vieillissement des batteries. Cependant, peu de travaux évaluent la précision de ces modèles dans des conditions réelles de fonctionnement, ni leurs impacts sur la qualité du dimensionnement ou de la gestion qui en découlent. La voie de recherche choisie dans cette thèse consiste en l'analyse de l'influence des modèles de SSE sur la conception optimale de micro-réseaux. Parmi les deux familles de batteries majoritaires dans les applications stationnaires qui sont les batteries Plomb-Acide et Lithium-ion, un focus sur la technologie Plomb-Acide a été réalisé, cette technologie présentant une grande maturité et un bon taux de recyclabilité. L'objectif est d'évaluer l'aptitude des modèles à prendre en compte le fonctionnement des SSE, à traduire les usages amenant des dégradations et à s'intégrer dans un environnement de modélisation pour l'optimisation multicritères (coût, usage de l'énergie produite localement, durée de vie) du dimensionnement et le développement de stratégies de gestion de l'énergie. Pour valider ces travaux, un banc de test de type micro-réseau basse tension continue a été réalisé. Ce banc permet d'émuler un micro-réseau à partir de données réelles de production et de consommation et, ainsi, évaluer le comportement des SSE dans des conditions maîtrisées mais proches d'un fonctionnement réel. Une étude comparative de modèles de batteries a ensuite été faite pour déterminer le plus approprié à la conception de micro-réseaux. L'analyse de la précision des modèles a été réalisée afin d'étudier leurs aptitudes à représenter le comportement des batteries et à traduire les phénomènes ayant un impact sur leur durée de vie. Pour cela, des profils d'usages liés aux micro-réseaux ont été identifiés et générés à partir des données du bâtiment à énergie optimisée du LAAS-CNRS. Enfin, à partir de ces modèles, une méthodologie pour dimensionner les sources et les SSE dans un micro-réseau est proposée. Ces mêmes modèles ont été utilisés pour mettre en œuvre des stratégies de gestion optimales. Dans les deux cas, une recherche de l'impact des modèles sur les résultats obtenus a été faite. Puis, les stratégies de gestion ont été testées sur le banc de test développé afin d'observer le comportement réel des SSE et les limites du modèle face aux résultats expérimentaux.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2021 FrancePublisher:CCSD Authors: Gaetani-Liseo, Margot;National audience; The development of decentralized, distributed, stationary electric microgrids producing energy as close as possible to the consumers, is a key challenge of the energy transition. Microgrids can contribute to the massive renewables energies integration and allow the optimization of the energy use according to several economic and ecological criteria. Batteries are the most widely used Energy Storage Systems (ESS) in microgrids, but are among the most expensive components with a relatively short lifetime. Therefore, optimize the sizing of sources and batteries (sizes, technologies and topologies) considering the energy management strategies is the general objective of the optimal design of a microgrid. For this purpose, many tools and studies exist using battery behavior and aging models. However, few works evaluate the accuracy of these models in real operating conditions, nor their impacts on the resulting sizing or energy management decisions. The research path chosen in this thesis consists in the analysis of different ESS models, considering their operation and degradation and used in optimal microgrid design methods. The objective is to evaluate the ability of these models to be integrated in a modeling environment dedicated to multi-criteria optimization (cost, use of locally produced energy, lifetime...) to size microgrids and develop energy management strategies. To validate this work, a test bench of a low voltage DC microgrid type has been built. This bench allows to emulate a microgrid from real production and consumption data and thus to evaluate the behavior of the ESS under controlled conditions but close to a real operation. A comparative study of battery models has been then made to find the most appropriate ones for microgrids design. An analysis of the accuracy of these models was carried out in order to study their ability to represent the battery behavior and the typical variations related to the stresses impacting their life span. For this purpose, usage profiles related to microgrids have been identified and applied to lead-acid batteries, widely used in stationary applications. Finally, based on these models, a methodology for sizing sources and ESS in a microgrid is proposed. These same models were used to implement optimal management strategies. In both cases, an investigation of the impact of the models on the results obtained was done. Then, the management strategies were tested on the developed microgrid testbed in order to identify the impact of the model in the differences between the simulation and experimental results.; Le développement de micro-réseaux électriques, stationnaires, décentralisés et distribués, produisant l'énergie au plus près des consommateurs, est une des solutions possibles pour assurer l'intégration des énergies renouvelables qui est aujourd'hui un défi clé de la transition énergétique. Les Systèmes de Stockage de l'Énergie (SSE) au sein des micro-réseaux vont permettre de pallier l'intermittence et le manque d'inertie de ces sources renouvelables en apportant la flexibilité nécessaire ainsi que des possibilités d'optimisation des échanges d'énergie en fonction de critères économiques et écologiques. Les batteries sont les SSE les plus utilisées dans les micro-réseaux mais restent des éléments coûteux avec une durée de vie relativement faible et un impact écologique important. L'objectif global de la conception d'un micro-réseau revient à optimiser le dimensionnement des sources et des batteries (taille, technologie et topologie) en lien avec les stratégies de gestion de l'énergie. Pour cela, de nombreux outils et études existent et utilisent des modèles de fonctionnement et de vieillissement des batteries. Cependant, peu de travaux évaluent la précision de ces modèles dans des conditions réelles de fonctionnement, ni leurs impacts sur la qualité du dimensionnement ou de la gestion qui en découlent. La voie de recherche choisie dans cette thèse consiste en l'analyse de l'influence des modèles de SSE sur la conception optimale de micro-réseaux. Parmi les deux familles de batteries majoritaires dans les applications stationnaires qui sont les batteries Plomb-Acide et Lithium-ion, un focus sur la technologie Plomb-Acide a été réalisé, cette technologie présentant une grande maturité et un bon taux de recyclabilité. L'objectif est d'évaluer l'aptitude des modèles à prendre en compte le fonctionnement des SSE, à traduire les usages amenant des dégradations et à s'intégrer dans un environnement de modélisation pour l'optimisation multicritères (coût, usage de l'énergie produite localement, durée de vie) du dimensionnement et le développement de stratégies de gestion de l'énergie. Pour valider ces travaux, un banc de test de type micro-réseau basse tension continue a été réalisé. Ce banc permet d'émuler un micro-réseau à partir de données réelles de production et de consommation et, ainsi, évaluer le comportement des SSE dans des conditions maîtrisées mais proches d'un fonctionnement réel. Une étude comparative de modèles de batteries a ensuite été faite pour déterminer le plus approprié à la conception de micro-réseaux. L'analyse de la précision des modèles a été réalisée afin d'étudier leurs aptitudes à représenter le comportement des batteries et à traduire les phénomènes ayant un impact sur leur durée de vie. Pour cela, des profils d'usages liés aux micro-réseaux ont été identifiés et générés à partir des données du bâtiment à énergie optimisée du LAAS-CNRS. Enfin, à partir de ces modèles, une méthodologie pour dimensionner les sources et les SSE dans un micro-réseau est proposée. Ces mêmes modèles ont été utilisés pour mettre en œuvre des stratégies de gestion optimales. Dans les deux cas, une recherche de l'impact des modèles sur les résultats obtenus a été faite. Puis, les stratégies de gestion ont été testées sur le banc de test développé afin d'observer le comportement réel des SSE et les limites du modèle face aux résultats expérimentaux.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2018 FrancePublisher:CCSD Authors: Louarn, Kévin;Multi-Jonction Solar Cells (MJSCs) are leading the way of high efficiency photovoltaic devices, with conversion efficiency up to 46%. Their subcells are designed to absorb in a specific and complementary range of the solar spectrum, and are connected in series with tunnel junctions. The tandem architecture InGaP/GaAs - with bandgaps of 1.87 eV and 1.42 eV respectively - is mature and its efficiency could be enhanced by incorporating subcell(s) with bandgaps of 1 eV and/or 0.7 eV. The Molecular Beam Epitaxy (MBE) growth of such low bandgap materials has thus to be developed, as well as low-resistive tunnel junctions with good structural and optical properties. Based on the MBE growth and the simulation of GaAs tunnel junctions, we have identified interband tunneling as the predominant transport mechanism in such devices rather than trap-assisted-tunneling. The interband tunneling mechanism could be enhanced with the type II GaAsSb/InGaAs heterostructure. Using this material system, we have then demonstrated tunnel junctions with very low electrical resistivity with a limited degradation of the optical and structural properties inherently induced by the use of low band-gap and lattice-mismatched GaAsSb and InGaAs materials. Moreover, we fabricated an innovative AlInGaAs/AlGaAsSb tunnel junction as a graded buffer architecture that could be used for the incorporation of a 1 eV metamorphic subcell. We then developed and characterized InGaAsN(Bi) materials with band-gaps of ~1eV, taking advantage of in-situ wafer curvature measurements during the MBE growth to control the lattice-mismatch. Preliminary solar cells based on GaAs, 1 eV dilute nitride and metamorphic InGaAs have been fabricated and characterized validating the developed tunnel junction architectures. This work has enabled to demonstrate the potential of the type II GaAsSb/InGaAs heterostructure to meet the challenges posed by the conception and the fabrication of GaAs-based MJSCs, both for the tunnel junction and the 1 eV subcell.; L'architecture des cellules solaires multi-jonction permet d'obtenir des records de rendement de conversion photovoltaïque, pouvant aller jusqu'à 46%. Leurs sous-cellules sont chacune conçues pour absorber une partie bien définie et complémentaire du spectre solaire, et sont connectées en série par des jonctions tunnel. La fabrication de cellules solaires tandem InGaP/GaAs d'énergies de bande interdite (" band gap ") 1,87 eV/1,42 eV accordées en maille sur substrat GaAs est bien maîtrisée, et de très hauts rendements peuvent être obtenus en ajoutant une ou deux sous-cellules de plus petit " gap " (1 eV et 0,7eV). Pour cela, les matériaux " petits gaps " fabriqués par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) doivent être développés ainsi que des jonctions tunnel présentant une faible résistivité électrique, une haute transparence optique et de bonnes propriétés structurales. La croissance EJM et la modélisation de jonctions tunnel GaAs nous a permis d'identifier le mécanisme d'effet tunnel interbande plutôt que le mécanisme d'effet tunnel assisté par les défauts comme mécanisme dominant du transport dans ces structures. Nous avons exploité l'hétérostructure de type II fondée sur le système GaAsSb/InGaAs pour favoriser ce mécanisme d'effet tunnel interbande, et donc obtenir des jonctions tunnel de très faible résistivité tout en limitant la dégradation des propriétés optiques et structurales des composants inhérente à l'utilisation de matériaux " petits gaps " et désaccordés en maille GaAsSb et InGaAs. De plus, nous avons conçu une structure innovante d'hétérojonction tunnel de type II AlGaInAs/AlGaAsSb sous la forme de tampon graduel pour l'incorporation d'une sous-cellule métamorphique à 1 eV. Plusieurs candidats pour le matériau absorbeur à 1 eV à base de nitrure dilué InGaAsN(Bi) ont alors été développés et caractérisés, le contrôle de l'accord de maille étant assuré par un suivi en temps réel de la courbure de l'échantillon pendant la croissance EJM. Des premières cellules solaires III-V à base de GaAs, de nitrure dilué à 1 eV et de GaInAs métamorphique ont été fabriquées afin de valider les architectures développées de jonctions tunnel. Ce travail a permis de démontrer le potentiel de l'hétérostructure de type II GaAsSb/InGaAs pour répondre aux principaux défis de conception et de fabrication des cellules solaires multi-jonction sur substrat GaAs, que ce soit au niveau de la jonction tunnel ou au niveau de l'incorporation des sous-cellules de gap 1 eV.
HAL-INSA Toulouse arrow_drop_down Hyper Article en LigneDoctoral thesis . 2018Full-Text: https://hal.laas.fr/tel-02016465v2/documentData sources: Hyper Article en LigneMémoires en Sciences de l'Information et de la CommunicationDoctoral thesis . 2018add ClaimPlease grant OpenAIRE to access and update your ORCID works.This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis , Other ORP type 2022 FrancePublisher:CCSD Authors: Boitier, Vincent;Dans tous les domaines, l’instrumentation sans fil connait un réel développement. On trouve maintenant des capteurs et des systèmes de communications radio à très faible consommation. Toutefois l’utilisation de piles ou batteries non rechargeables limite l’autonomie de ces systèmes.La capture de l’énergie ambiante (lumière, gradient thermique) avec un transducteur adapté (panneau photovoltaïque, thermogénérateur) associé à un stockage de l’énergie sur des supercondensateurs et un peu d’électronique, apporte l’autonomie dans beaucoup de contextes, sur une plage de puissance allant de 1 mW à 10W.La présentation montrera des cas d’usages pertinents (aéronautique, industrie, environnement) et détaillera la constitution et le principe de fonctionnement d’une alimentation autonome utilisant la récupération d’énergie et un stockage sur supercapacités. Les points clés à résoudre pour réaliser le dimensionnement et le pilotage d’un tel ensemble seront ensuite présentés. In all fields, wireless instrumentation is undergoing a real development. Sensors and radio communications systems are now available with very low power consumption. However, the use of non-rechargeable batteries limits the autonomy of these systems. The capture of ambient energy (light, thermal gradient) with a suitable transducer (photovoltaic panel, thermo-electro-generator) combined with energy storage on supercapacitors and some electronics, offers the required autonomy in many contexts. The presentation will show relevant use cases (aeronautics, industry, environment) in the range 1mW to 10W. It will detail the constitution and operating principle of an autonomous power supply using energy harvesting and storage on supercapacitors. The key points to be resolved to achieve the sizing and the control of such a set will then be presented.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Article 2018 FrancePublisher:CCSD Authors:Dumeignil, Franck;
Strub, Henri;Dumeignil, Franck
Dumeignil, Franck in OpenAIREOlivier-Bourbigou, Hélène;
Olivier-Bourbigou, Hélène
Olivier-Bourbigou, Hélène in OpenAIREFrançois, Jérôme;
+2 AuthorsFrançois, Jérôme
François, Jérôme in OpenAIREDumeignil, Franck;
Strub, Henri;Dumeignil, Franck
Dumeignil, Franck in OpenAIREOlivier-Bourbigou, Hélène;
Olivier-Bourbigou, Hélène
Olivier-Bourbigou, Hélène in OpenAIREFrançois, Jérôme;
François, Jérôme
François, Jérôme in OpenAIREO'Donohue, Michael;
O'Donohue, Michael
O'Donohue, Michael in OpenAIREToulhoat, Hervé;
Toulhoat, Hervé
Toulhoat, Hervé in OpenAIRECet article fait suite à celui paru en 2016, « Biomasse : l'avenir de la chimie du carbone ? », et traite plus spécifique-ment des ressources en biomasse, des fonctions de la bioraffinerie primaire, des manières de vaincre la « récal-citrance » de la cellulose, d'applications de la lignine, de conversions chimiques des acides gras, des technologies microbiennes d'obtention des huiles et de la filière terpénique. Les éléments moteurs de développement des produits biosourcés et les grands défis de la filière sont également présentés. This article follows "Biomass: the future of carbon chemistry?" published in June-July 2016 issue, and deals more specifically with biomass resources, functions of the primary biorefinery, ways of overcoming the "recalcitrance" of cellulose, lignin applications, chemical conversions of fatty acids, microbial technologies for obtaining oils, and with the terpenes value chain. The driving forces for the development of bio-based products and the major challenges of the sector are also presented.
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Strub, Henri;Dumeignil, Franck
Dumeignil, Franck in OpenAIREOlivier-Bourbigou, Hélène;
Olivier-Bourbigou, Hélène
Olivier-Bourbigou, Hélène in OpenAIREFrançois, Jérôme;
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François, Jérôme in OpenAIREDumeignil, Franck;
Strub, Henri;Dumeignil, Franck
Dumeignil, Franck in OpenAIREOlivier-Bourbigou, Hélène;
Olivier-Bourbigou, Hélène
Olivier-Bourbigou, Hélène in OpenAIREFrançois, Jérôme;
François, Jérôme
François, Jérôme in OpenAIREO'Donohue, Michael;
O'Donohue, Michael
O'Donohue, Michael in OpenAIREToulhoat, Hervé;
Toulhoat, Hervé
Toulhoat, Hervé in OpenAIRECet article fait suite à celui paru en 2016, « Biomasse : l'avenir de la chimie du carbone ? », et traite plus spécifique-ment des ressources en biomasse, des fonctions de la bioraffinerie primaire, des manières de vaincre la « récal-citrance » de la cellulose, d'applications de la lignine, de conversions chimiques des acides gras, des technologies microbiennes d'obtention des huiles et de la filière terpénique. Les éléments moteurs de développement des produits biosourcés et les grands défis de la filière sont également présentés. This article follows "Biomass: the future of carbon chemistry?" published in June-July 2016 issue, and deals more specifically with biomass resources, functions of the primary biorefinery, ways of overcoming the "recalcitrance" of cellulose, lignin applications, chemical conversions of fatty acids, microbial technologies for obtaining oils, and with the terpenes value chain. The driving forces for the development of bio-based products and the major challenges of the sector are also presented.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2015 FrancePublisher:CCSD Authors: Wang, Biao;This work concentrates on wind flow simulation by CFD techniques in different urban fabrics at the neighborhood scale (450m × 450m), in order to assess the impacts of urban morphology on wind energy potential. Facing local and global environmental problems, the development of renewable energy is becoming increasingly urgent and important. Our goal is to adapt the urban morphology in the development of urban wind energy. To do so, two fundamental questions are aroused: What are the impacts of urban morphology on the wind flow in the city? How to evaluate the urban wind power? We start with a summary of bibliography on three areas: urban wind energy, urban morphology and CFD (Computational fluid dynamics) simulation. The advantages and disadvantages of different urban wind turbines are discussed. Some new technologies and methods of architectural integration of small wind turbine are presented. Indicators of urban morphology are proposed. The methods of CFD simulation of wind flow around buildings are presented. To validate our model of air flow simulation, we start with a study of the numerical simulation parameters with the reference of a benchmark of wind tunnel experiments. Several methods of verification before and after the CFD simulation are presented. After validation of our model, we begin to simulate some simple forms. With one, two and three buildings, the impacts of different simple configurations parameters are analyzed. Considering the effectiveness and feasibility, wind energy assessment is mainly taken over the roofs of buildings. The combined effects of altitude and wind concentration above the roof, are evaluated. We then simulate more complex morphological models, by assessing the wind potential in six neighborhoods that are urban forms both worldwide typical and favorable for wind energy development. Morphological indicators that potentially affect the wind flow are proposed. Analysis of coherence are made between these indicators and the values of the coefficient of increase of wind speed and of the wind power indicator above the roof. Then, some prototypes of basic urban forms from real neighborhoods are studied. The influence of some modifications of these prototypes on the wind energy potential is analyzed, and the most favorable conditions for the exploitation of wind power prototypes are recommended. Then, wind energy in a real neighborhood in Beijing is evaluated. Local conditions (physical forms, climate, social-economic aspects) are considered to assess the feasibility of developing wind energy. The location and the choice of techniques suitable urban wind turbines are discussed. Finally, a mathematical method based on some simple morphological parameters is presented, in order to assess wind potential above the rooftops. The obstacle impact indicator of the buildings is defined. The coherence between the results of the simplified mathematical method and those of CFD simulation are analyzed.; Ce travail vise à modéliser la propagation du vent par des techniques de simulation de CFD dans des tissus urbains contrastés à l’échelle du quartier (450m × 450m) afin d'évaluer les impacts de la morphologie urbaine sur le potentiel énergétique éolien. Face aux problèmes environnementaux locaux et globaux, le développement des énergies renouvelables devient de plus en plus urgent à l’échelle mondiale. Notre objectif est d’adapter la morphologie urbaine au développement du captage de l’énergie éolienne. Pour ce faire, deux questions fondamentales sont posées : quels sont les impacts de la morphologie urbaine sur l'écoulement du vent dans la ville ? Comment évaluer le potentiel énergétique éolien de la ville ? Nous partons d’une synthèse bibliographie sur les trois domaines : l'énergie éolienne urbaine, la morphologie urbaine et la simulation aéraulique. Les avantages et les inconvénients des éoliennes urbaines sont discutés. Des indicateurs de morphologie urbaine sont ainsi proposés. Les méthodes de simulation CFD (Mécanique des fluides numérique) sur l'écoulement du vent autour de bâtiments sont présentées. Des nouvelles technologies et des méthodes d'intégration architecturale de petites éoliennes sont ainsi présentées. Pour valider notre modèle, nous faisons une étude approfondie des paramètres du code ANSYS FLUENT avec la référence des données d’un benchmark issu d'expérimentations en soufflerie. Plusieurs méthodes de vérification avant et après les simulations sont proposées. Après validation de notre modèle, des simulations de formes simples sont faites. Avec un bâtiment, deux bâtiments et trois bâtiments, les impacts de différents paramètres simples de configuration sont analysés. En raison de leur efficacité et de leur faisabilité, l'évaluation énergétique est principalement faite au-dessus des toits de bâtiments. Les effets de la concentration du vent au-dessus des toits sont ainsi évalués. Nous simulons ensuite des modèles morphologiques plus complexes, par l’évaluation du potentiel éolien dans six quartiers de formes urbaines typiques dans le monde et favorables pour exploiter l'énergie éolienne. Treize indicateurs morphologiques ayant potentiellement une influence sur l'écoulement du vent sont proposés. Des analyses de cohérence entre les indicateurs morphologiques et les indicateurs d'évaluation de l'énergie éolienne au-dessus des toits sont faites. Ensuite, des variantes de formes urbaines typiques sont étudiées. L’influence de certaines modifications de ces prototypes sur le potentiel éolien est étudiée et les prototypes les plus favorables pour l'exploitation de l'énergie éolienne sont proposés. L'énergie éolienne dans un quartier existant à Pekin est ensuite évaluée. Des conditions locales (formes physiques, climat, aspects socio-économiques) sont considérées pour évaluer la faisabilité du développement de l’énergie éolienne. L'emplacement et le choix des techniques d’éoliennes urbaines adaptées sont discutés. Enfin, une méthode mathématique basée sur des paramètres morphologiques simples est présentée pour évaluer le potentiel éolien au-dessus des toits. L'indicateur de l'impact d'obstacle des bâtiments est défini. La cohérence entre les résultats de la méthode mathématique et ceux de la simulation CFD est enfin analysée.
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For further information contact us at helpdesk@openaire.eudescription Publicationkeyboard_double_arrow_right Doctoral thesis 2015 FrancePublisher:CCSD Authors: Wang, Biao;This work concentrates on wind flow simulation by CFD techniques in different urban fabrics at the neighborhood scale (450m × 450m), in order to assess the impacts of urban morphology on wind energy potential. Facing local and global environmental problems, the development of renewable energy is becoming increasingly urgent and important. Our goal is to adapt the urban morphology in the development of urban wind energy. To do so, two fundamental questions are aroused: What are the impacts of urban morphology on the wind flow in the city? How to evaluate the urban wind power? We start with a summary of bibliography on three areas: urban wind energy, urban morphology and CFD (Computational fluid dynamics) simulation. The advantages and disadvantages of different urban wind turbines are discussed. Some new technologies and methods of architectural integration of small wind turbine are presented. Indicators of urban morphology are proposed. The methods of CFD simulation of wind flow around buildings are presented. To validate our model of air flow simulation, we start with a study of the numerical simulation parameters with the reference of a benchmark of wind tunnel experiments. Several methods of verification before and after the CFD simulation are presented. After validation of our model, we begin to simulate some simple forms. With one, two and three buildings, the impacts of different simple configurations parameters are analyzed. Considering the effectiveness and feasibility, wind energy assessment is mainly taken over the roofs of buildings. The combined effects of altitude and wind concentration above the roof, are evaluated. We then simulate more complex morphological models, by assessing the wind potential in six neighborhoods that are urban forms both worldwide typical and favorable for wind energy development. Morphological indicators that potentially affect the wind flow are proposed. Analysis of coherence are made between these indicators and the values of the coefficient of increase of wind speed and of the wind power indicator above the roof. Then, some prototypes of basic urban forms from real neighborhoods are studied. The influence of some modifications of these prototypes on the wind energy potential is analyzed, and the most favorable conditions for the exploitation of wind power prototypes are recommended. Then, wind energy in a real neighborhood in Beijing is evaluated. Local conditions (physical forms, climate, social-economic aspects) are considered to assess the feasibility of developing wind energy. The location and the choice of techniques suitable urban wind turbines are discussed. Finally, a mathematical method based on some simple morphological parameters is presented, in order to assess wind potential above the rooftops. The obstacle impact indicator of the buildings is defined. The coherence between the results of the simplified mathematical method and those of CFD simulation are analyzed.; Ce travail vise à modéliser la propagation du vent par des techniques de simulation de CFD dans des tissus urbains contrastés à l’échelle du quartier (450m × 450m) afin d'évaluer les impacts de la morphologie urbaine sur le potentiel énergétique éolien. Face aux problèmes environnementaux locaux et globaux, le développement des énergies renouvelables devient de plus en plus urgent à l’échelle mondiale. Notre objectif est d’adapter la morphologie urbaine au développement du captage de l’énergie éolienne. Pour ce faire, deux questions fondamentales sont posées : quels sont les impacts de la morphologie urbaine sur l'écoulement du vent dans la ville ? Comment évaluer le potentiel énergétique éolien de la ville ? Nous partons d’une synthèse bibliographie sur les trois domaines : l'énergie éolienne urbaine, la morphologie urbaine et la simulation aéraulique. Les avantages et les inconvénients des éoliennes urbaines sont discutés. Des indicateurs de morphologie urbaine sont ainsi proposés. Les méthodes de simulation CFD (Mécanique des fluides numérique) sur l'écoulement du vent autour de bâtiments sont présentées. Des nouvelles technologies et des méthodes d'intégration architecturale de petites éoliennes sont ainsi présentées. Pour valider notre modèle, nous faisons une étude approfondie des paramètres du code ANSYS FLUENT avec la référence des données d’un benchmark issu d'expérimentations en soufflerie. Plusieurs méthodes de vérification avant et après les simulations sont proposées. Après validation de notre modèle, des simulations de formes simples sont faites. 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