Nom Prénom Sujet Résumé Date de soutenance Directeur

Nom
BENARD
Date de
Directeur
soutenance Financeur
Prénom Sujet
Résumé
Fiona
Formes urbaines et Transport en milieuL’étalement urbain et le transport sont deux problématiques prépondérantes à 06/12/12
insulaire : l’exemple de La Réunion
La Réunion. Dans un contexte de forte croissance démographique où le
million démographique est prévu pour 2030, la question de l’occupation du
sol devient primordiale. Le relief réunionnais présentant des spécificités
telles, que presque deux tiers de l’île sont indisponibles à l’urbanisation, la
problématique de l’étalement urbain devient de plus en plus importante. Dans
le même temps, le réseau routier réunionnais, limité également par le relief,
est déjà saturé et la problématique transport occupe une grande place dans les
préoccupations en matière d’aménagement, à l’exemple de la Route du
Littoral. Ainsi, cette relation transport et aménagement est particulièrement
importante. Cette thèse propose ainsi de découvrir, à l’échelle des aires
urbaines, les différentes formes d’étalement urbain visibles à la Réunion et
s’interrogeant sur d’éventuelles similarités avec des territoires non limités par
le relief. En effet, une question est posée : le milieu insulaire favorise-t-il des
formes d’étalement spécifiques ? De même, la relation entre transport et
étalement urbain est mise en exergue à travers les exemples des trois
principales aires urbaines de l’Île : Saint-Denis, Saint-Paul- Le Port et SaintPierre. A partir de leur évolution depuis 1990 nous proposons quelques
scénarios d’évolution qui permettent d’alerter sur la nécessité d’une approche
transport-urbanisme dans les futurs projets d’aménagement de l’Île de La
Réunion.
Pr. GATINA
BIGOT
Dimitri
Contribution à l’étude du couplage
10/11/11
thermique enveloppe/système dans leCette thèse présente un modèle thermique et électrique de paroi
cas
de
systèmes
complexesphotovoltaïque intégrée ou semi-intégrée au bâtiment. La particularité du
photovoltaïques
modèle est le transfert de chaleur entre le panneau et le bâtiment est décris de
telle manière que leurs modèles respectifs sont totalement couplés. Ceci a
l’avantage de permettre la prédiction de l’impact de l’installation PV sur le
champ de température du bâtiment et donc sur son confort thermique
intérieur. Le but de l’étude est de mettre en évidence l’impact des panneaux
PV en termes d’isolation thermique ou de protection solaire pour le bâtiment.
De plus, une étude expérimentale a été menée à l’île de La Réunion, où le
climat est tropical et humide, avec un rayonnement solaire important. Dans
de telles conditions, il est important de minimiser la sollicitation thermique à
travers le toit du bâtiment. Le modèle est intégré à un code de simulation
thermique du bâtiment (ISOLAB) et peut prédire l’impact des panneaux PV
installés selon différentes configurations, mais aussi prédire le productible
photovoltaïque
de
l’installation.
L’étude expérimentale est ensuite utilisée pour fournir des éléments de
validation du modèle numérique et une analyse de sensibilité est lancée pour
mettre en évidence les paramètres les plus influents du modèle. Il a été
démontré que les paramètres radiatifs du panneau PV ont un impact
important sur le champ de température du bâtiment et que leur détermination
doit être faite correctement. Les résultats de cette analyse sont ensuite utilisés
pour optimiser le modèle thermique de panneau PV à l’aide du logiciel
d’optimisation GenOpt.
Pr. MIRANVILLE
BRANGEON
Boris
Contribution à l’étude numérique de la Contexte du sujet : La climatisation est un poste de dépense énergétique 26/10/12
ventilation naturelle dans des cavitésimportant dans le secteur du bâtiment, qui pourrait être réduit de manière
ouvertes par la simulation des grandes drastique par l’utilisation de systèmes passifs de rafraîchissement. Dans les
échelles.
Application
auclimats chauds et humides, le rafraîchissement passif des bâtiments est une
rafraîchissement passif des bâtiments solution éprouvée, qui s’ordonne autour de quatre principes : minimiser les
apports de chaleur interne et externe, apporter de l’inertie au bâtiment,
humidifier l’air et assurer une bonne ventilation pour favoriser les échanges
convectifs.
Objectifs : La description des transferts thermo-convectifs (évaluation des
débits massiques, des transferts de chaleur) mis en jeu dans des cavités
ouvertes (pièces avec ventilation traversante, cheminées solaires, doubles
peaux, espaces sous-toiture) est encore mal connue et constitue un enjeu pour
l’amélioration des systèmes passifs. L’étude de ces phénomènes peut être
évaluée par la mécanique des fluides numérique. Les objectifs de ce travail de
thèse sont : de réaliser des simulations numériques fines du comportement
thermo-aéraulique dans des configurations typiques de systèmes passifs en
climat tropical humide, afin d’améliorer nos connaissances sur la ventilation
naturelle, d’approfondir et d’apporter des éléments de réponses en ce qui
concerne le choix des conditions limites numériques à appliquer pour les
systèmes
ouverts.
Modélisation numérique : L’approche numérique adoptée dans ce travail,
pour étudier la convection naturelle turbulente, est la simulation des grandes
échelles (SGE ou LES en anglais). Cette approche se situe à mi-parcours
entre la méthode de calcul direct et la résolution des équations moyennées en
temps, de type RANS. L’avantage d’une telle technique est la réduction
appréciable du nombre de points de discrétisation nécessaire par rapport à
celui exigé par la méthode de calcul direct, tout en conservant l’aspect
dynamique
des
écoulements.
Résultats : Les résultats obtenus lors de ce travail concernent l’étude des
conditions limites dynamiques à imposer pour des géométries ouvertes avec
une SND et l’application de la SGE à différentes configurations de cavités
ouvertes en régime turbulent, afin de caractériser les champs de température
et de vitesse et d’en déduire les grandeurs intégrales d’intérêt (débit
massique, débit enthalpique, renouvellement d’air, ...). Les résultats de ces
calculs ont été comparés soit à d’autres résultats numériques dans le cadre de
benchmarks nationaux (benchmark numérique AmeTh et ADNBâti) ou à des
résultats expérimentaux.
Pr. BASTIDE
GUICHARD
Stéphane Contribution à l'étude des paroisCette thèse s'inscrit dans une démarche de maîtrise de l'énergie dans le 14/05/13
complexes intégrant des matériaux àsecteur du bâtiment. Elle a pour but d'utiliser des solutions passives pour
changements de phase : Modélisation,atteindre de hautes performances énergétiques. L'une des solutions proposées
Expérimentation et évaluation de laest l'utilisation de Matériaux à Changements de Phase (MCP) dans les parois.
performance thermique globale
Les matériaux à formes stabilisées solide-liquide, sont utilisés pour stocker
l'énergie thermique sous forme de chaleur latente. Le but de l'étude est de
mettre en évidence l'impact réel des MCP en termes de complément
d'isolation thermique et de proposer un modèle thermique pour prédire leurs
impacts sur le champ de température et sur le confort thermique.
Une séquence expérimentale en environnement naturel et à grande échelle a
été menée à l'île de La Réunion, où le climat est tropical et humide, avec un
fort taux d'ensoleillement. Le rayonnement solaire étant important, il est
nécessaire de minimiser les sollicitations solaires sur l'ensemble du bâtiment
et en particulier la toiture, qui constitue la surface la plus exposée. Il est alors
nécessaire de proposer une modélisation adaptée, qui intègre à la fois les
phénomènes physiques mis en jeu mais également les éléments structurels
selon l'état de l'art. Le modèle est couplé à un code de simulation thermique
du bâtiment (ISOLAB) et permet de prédire d'une part les profils de
températures de chacune des surfaces constituant l'enveloppe du bâtiment, et
d'autre part d'évaluer l'impact des MCP sur le confort thermique pour
différentes
configurations.
Selon une méthodologie alliant Modélisation, Expérimentation et Validation
(MEV), la démarche a permis de valider l'expérimentation dédiée et d'évaluer
la capacité du modèle à prédire l'ensemble des données issues des séquences
expérimentales.
Pr. MIRANVILLE
JAOHINDY
Placide
Modélisation des systèmes éoliens La technique d’intégration des systèmes éoliens verticaux (VAWT) au service 27/08/12
verticaux intégrés aux bâtiments :des logements individuels, collectifs et tertiaire est une approche intéressante
Modélisation du couple production /pour les acteurs de la maitrise d’énergie pour promouvoir une utilisation
Bâtiment
rationnelle de l’énergie. Le choix de l’implantation d’une éolienne en milieu
urbain est déterminé par la hauteur des bâtiments, la vitesse du vent et
l’intensité de turbulence du site. Les conditions de vents sévères à faible
altitude sont favorables à une implantation de VAWT. Dans certaines villes, la
hauteur moyenne des bâtiments est relativement faible et ceci fait qu’en ces
lieux, les VAWTs sont appréciable par rapport aux HAWTs. La mécanique
des fluides numériques (CFD) est mise en œuvre pour modéliser les
écoulements d'air au travers d'éoliennes et des bâtiments. Un problème CFD
modélisé avec un modèle de turbulence approprié donnera des résultats de
simulations qui s’approchent des réalités physiques et des résultats de
l’expérimentation. Dans cette étude, les modèles standard k-ε et SST k-ω ont
été utilisés. Après analyse des possibilités d’intégration d’une VAWT, la
toiture reste la zone d’intégration la plus intéressante. En plus de l’étude
aérodynamique, nous avons entamé une étude de modélisation électrique de
la chaine de conversion de l’éolienne en utilisant le logiciel Matlab. Le travail
a été effectué dans le but de déterminer la puissance électrique susceptible
d’être produite par l’éolienne. Pour finaliser cette étude, un modèle de
couplage électrique de VAWTs avec un bâtiment considéré comme un modèle
de charge est présenté.
Pr. BASTIDE
LENOIR
Aurélie
Confort en climat tropical -Cette thèse propose une approche originale axée sur l’étude du confort pour 24/05/13
Conception et exploitation de bâtimentsla conception et l’exploitation de bâtiments « zéro énergie » en climat
zéro énergie
tropical. Elle fait partie d'un projet international porté par l’Agence
Internationale de l’Energie (AIE), la Tâche 40 / Annexe 52 qui concerne les
bâtiments « zéro énergie ». Le bâtiment ENERPOS, situé à La Réunion et
utilisé comme étude de cas dans cette thèse, est l'un des trente bâtiments
sélectionnés par l'AIE pour créer une base de données internationale de
projets
pilotes.
L’étude part du constat que l'un des défis auxquels fait aujourd'hui face la
zone intertropicale est la demande croissante en énergie. La conception
passive des bâtiments est proposée comme une alternative intéressante pour
réduire leurs besoins en énergie. Dans ce cas, une étude approfondie du
bâtiment dans son ensemble est indispensable pour garantir l’équilibre entre
le confort des occupants et la réduction des consommations énergétiques.
Bien que la notion de confort soit profondément subjective, il est nécessaire
d’affiner les méthodes et outils existants pour le caractériser en fonction des
paramètres physiques de l'environnement (température, humidité, vitesse
d’air, éclairement). Différentes approches du confort thermique et visuel sont
introduites dans le but de proposer des critères d'évaluation adaptés aux
bureaux d'études. Une enquête sur le confort thermique des occupants du
bâtiment ENERPOS, incluant plus de 2000 questionnaires, a été menée entre
2008 et 2011. Les résultats obtenus conduisent à recommander des
modifications de la zone de confort de Givoni, en augmentant en particulier
la limite supérieure de l’humidité, dans le cas d’un bâtiment passif
naturellement
ventilé
et
muni
de
brasseurs
d’air.
Une méthodologie de simulation innovante, prenant en compte le
comportement passif des bâtiments, grâce à une étude couplée du confort
thermique et visuel, par opposition à l'approche traditionnelle centrée sur la
consommation d'énergie, est proposée pour aider à optimiser la conception
des bâtiments passifs. L'étude se concentre sur le choix et le
dimensionnement des protections solaires qui jouent un rôle essentiel en
climat tropical et qui ont un impact direct sur le confort des usagers des
bâtiments.
Bien que la phase de conception vise à optimiser le bâtiment pour limiter à la
fois l'inconfort et la consommation d'énergie, son exploitation reste la phase
critique qui est souvent négligée ou oubliée par les équipes de conception. Un
retour expérimental global du bâtiment ENERPOS depuis sa construction,
tant au niveau énergétique que du point de vu de ses utilisateurs permet de
montrer qu’il est possible de réduire considérablement la consommation
Pr. GARDE
MARC
Olivier
Étude expérimentale, modélisation etDepuis quelques années, les exigences des occupants de bâtiments ont 03/12/2010 Dr HDR LUCAS
optimisation
d'un procédé de sensiblement changé. On observe en effet une demande de confort de plus en
rafraîchissement solaire à absorptionplus rigoureuse en particulier en période estivale. Cette augmentation des
couplé au bâtiment
besoins de climatisation induit un accroissement important de la
consommation d’énergie électrique dans les bâtiments, dû à une utilisation
majoritaire de climatiseurs à compression mécanique de vapeur. Dans ce
contexte énergétique difficile, les systèmes de rafraîchissement solaire font
partie des alternatives intéressantes aux systèmes de climatisation classiques,
dans la mesure où l’énergie primaire est principalement consommée sous
forme de chaleur et provenant du soleil donc gratuite. L’autre grand intérêt de
ces procédés est que le besoin en rafraîchissement coïncide la plupart du
temps
avec
la
disponibilité
du
rayonnement
solaire.
La compréhension et le développement de cette technologie passent par une
étude expérimentale avec la réalisation d'installations pilotes à échelle réelle
dans le but d’acquérir une expérience concrète. C’est dans ce sens que notre
laboratoire s’est proposé de mettre en place une plateforme expérimentale
d’une puissance frigorifique de 30 kWf chargée de rafraîchir des locaux
d'enseignement de l’Institut Universitaire Technologique de Saint Pierre à La
Réunion. La première partie de ce manuscrit présente une analyse
expérimentale
de
cette
installation.
Une seconde approche purement fondamentale a été envisagée avec
l’élaboration de modèles numériques permettant de prédire le comportement
de l’installation dans son ensemble. Ces modèles numériques décrits sous
plusieurs niveaux de finesse, sont validés par les données expérimentales
avant d'être utilisés, soit comme outils de pré-dimensionnement pour les
modèles à descriptions simplifiés, soit comme outil d'optimisation et
d'analyse pour les modèles détaillés. Le modèle détaillé représentant notre
plateforme expérimentale a permis de réaliser une optimisation du
fonctionnement de l'installation et de proposer des améliorations pour réduire
la consommation d'électricité et augmenter le coefficient de performance
électrique
global.
RAKOTONIAI Volana
NA
Co-Méthanisation des déchets fermiersLes deux principaux objectifs de cette thèse sont de développer les aspects 17/08/2012 DR HDR ADELARD
et alimentaires. Expérimentation etthéoriques et expérimentaux sur la co-méthanisation des déchets fermiers et (46 mois)
modélisation
alimentaires. Les objectifs de nos études portent sur l’élimination du
maximum de déchets mis en ISDND, la réduction des pollutions des milieux
naturels (eau, sol, air) par les effluents d’élevage, les boues de STEP et sur la
mise en disposition d’une source énergétique renouvelable via le biogaz
obtenu.
Premièrement, nous avons effectué des expérimentations sur la cométhanisation des effluents liquides, lisier de porc, boues de STEP, et de la
vinasse et le mélange de ces effluents d’élevage avec les déjetions solides des
animaux (fumier, fientes) et des biodéchets (restes de repas). Ces
expérimentations avaient pour but de suivre l’évolution du milieu réactionnel
en fonction du composant du mélange ainsi co-digéré.
Deuxièmement des tests des potentiels méthane et biogaz issus de mélange
associant plusieurs types de déchets organiques sous différents états
physiques (liquide, semi liquide, pâteux, solide) ont été effectués. La
problématique qui se posait étant de savoir parmi les déchets à mélanger,
quelle proportion de chaque mono-substrat donnera le meilleur potentiel
méthanogène et s’il était possible de mettre en avant des effets synergétiques
entre
déchets.
Nous avons fait appel à un outil statistique, le plan de mélange pour définir
les mélanges à tester. Pour un mélange à 3 composants (fumier de vache,
lisier de porc, restes de repas), le nombre d’expériences optimum à réaliser a
été de 13. La réalisation du plan de mélange, c‘est à dire la campagne
expérimentale sur les co-méthanisations des 13 mélanges proposés nous a
permis d’observer que le potentiel méthane d’un mélange dépend tout
premièrement de sa texture (état physique) à l’entrée du processus. Un
mélange contenant un maximum en proportion en co-produits liquides (lisier
de porc) associé avec le maximum de déchets riches en substrats solubles
(restes de repas) nous a donné les meilleurs potentiels méthane et biogaz.
Cette observation a été confirmée par le taux de conversion de la matière
sèche
(MS)
en
matière
volatile
(MV)
du
mélange.
Compte tenu du taux de MS, MV et le ratio MV/MS d’un mélange, ainsi que
les interactions entre les composants du mélange, une loi permettant de
prédire le potentiel biogaz d’un mélange doit considérer ces facteurs. Cette
loi doit tenir compte de l’effet positif (synergisme) et l’effet négatif
(antagonisme) entre les composants du mélange. Cette loi a été définie dans
le but de prédire le potentiel méthane des mélanges constitués de fumier de
SAVIDAN
Lise
L'appropriation du modèle de quartiersLa durabilité urbaine est un sujet de préoccupation contemporain qui a 21/03/2013 Pr GARDE/DIMOU
durables sous climat tropical - Mise en émergé à la fin du 20ème siècle. Elle propose d'insérer de nouveaux (66 mois)
place d'une grille d'indicateurs deprincipes d’aménagements adaptés aux nouveaux enjeux de société. Cette
durabilité urbaine appliquée au quartierthèse aborde le modèle d'éco-quartiers, dans un contexte tropical. Dans une
de Ravine Blanche sur l'île de La première partie le débat sur le concept général de durabilité urbaine est posé.
Réunion
Il permet de replacer les conditions d’émergence de l’urbanisme durable visà-vis de son prédécesseur l’urbanisme moderne. Les principes généraux du
concept sont décrits et les sujets qui rassemblent et séparent la communauté
scientifique à ce sujet sont présentés. Dans une seconde partie, le contexte
urbain des villes tropicales est posé et des solutions de conceptions urbaines
adaptées au climat sont envisagées. La thèse consiste à créer un outil
d’évaluation de durabilité urbaine applicable sur les quartiers durables en
climat chaud. Composé de 50 indicateurs séparés en trois axes majeurs
spécifiques au terrain tropical, cette grille permet de dresser un portrait global
d'un projet urbain en termes de durabilité urbaine, en faisant émerger trois
niveaux de durabilité : de Base, Performant, Très Performant. Une troisième
partie de la thèse, permet d’appliquer cette grille évaluative sur le quartier de
Ravine Blanche dans la ville de Saint-Pierre (La Réunion). Le projet de
rénovation urbaine permet d'évoluer d'un niveau Non Durable vers un niveau
de durabilité de Base . Cette thèse permet d’observer l’avancée de la prise en
compte du concept de durabilité urbaine dans les projets et de guider les
choix de durabilités à partir de pistes d'aménagement argumentées et et issues
de praticiens en milieu tropical.
SINAMA
Frantz
Étude de la production d’électricité à L’Energie Thermique des Mers (ETM) offre une alternative intéressante pour 07/12/11
partir de l’Energie Thermique des Mersla réduction de l’utilisation des énergies fossiles, dans l’objectif d’une
à l’île de La Réunion : Modélisation et autonomie énergétique. En utilisant le gradient de température présent entre
optimisation du procédé
l’eau de surface (entre 23 et 28 °C) et l’eau en profondeur (environ 5°C à
1000 m), il est possible de produire de l’électricité grâce à un cycle
thermodynamique. Les expérimentations sont peu nombreuses à l’heure
actuelle, en raison d’un coût relativement élevé. Une approche fondamentale
est donc développée avec la création de modèles numériques en régime
permanent
et
dynamique.
Le modèle en régime statique a été développé à partir d’une description
mathématique simplifiée des composants du cycle. Ce modèle permet une
évaluation globale des performances du système, incluant le prélèvement et le
rejet de l’eau de mer ainsi que le cycle thermodynamique, dans le but de
proposer un outil de dimensionnement. À partir de la puissance électrique
souhaitée, le dimensionnement est effectué en tenant compte du design des
échangeurs, des pertes de charge (pour déterminer la puissance des
auxiliaires) et du gradient de température. Ces éléments permettent de
modéliser le cycle et d’estimer la puissance nette récupérable. À partir de la
modélisation statique, un modèle dynamique a été établi en appliquant la
méthode des systèmes équivalents de Gibbs. Cet outil permet de décrire les
phases de démarrage et d’arrêt, d’étudier la modulation de la puissance
électrique
délivrée
au
réseau
et
d’optimiser
le
cycle.
Les résultats de simulations des différents modèles sont confrontés à la
littérature et à des données expérimentales, afin d’avoir des éléments de
validation. Par rapport à la littérature, les modèles permanent et dynamique
ont un écart maximal de 0,1°C sur les températures et de 5 % sur les
puissances électriques. Par rapport aux données expérimentales obtenues sur
un pilote à terre, les écarts maximaux sont de 0,1 °C sur les températures et
de 0,1 bar sur les pressions. Ces écarts restent faibles et proviennent de la
précision des capteurs de mesures ou des propriétés thermodynamiques des
fluides utilisés. Le modèle en régime dynamique est comparé à une séquence
de mesures et révèle une adéquation sur les températures. Ces confrontations
permettent donc de montrer la bonne cohérence des modèles en régime
permanent et dynamique. L’un des intérêts du modèle en régime dynamique
est la possibilité d’effectuer une analyse de type « premier et second principe
»
du
système.
Une optimisation du fonctionnement du cycle est réalisée à partir de cette
analyse. Des pistes d’améliorations sont proposées, afin d’augmenter les
performances de l’installation expérimentale à terre et d’une centrale ETM de
10 MW. La puissance nette de sortie dépend principalement de la température
d’eau chaude. Celle-ci variant de 23 à 28°C à La Réunion, le design des
échangeurs ou la régulation des débits sont donc des paramètres très influents
Dr HDR LUCAS