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Modélisation pour l'aide à la conception de nouvelles architectures de réseaux de chaleur et de froid
No full textIn a context of rapid growth in district heating and cooling networks, the choice of architectures is an important issue. The networks have been evolving over the last few years with the multiplication of the energy sources that can be supplied due to the decrease of the temperatures to be delivered, the decentralization of the means of production, the storage possibility... Out of the various network architectures that have been developed recently, it is nowadays quite challenging to assert which one is the most adapted for a given district. In this thesis, firstly, a typology of districts geared towards heating and cooling networks is defined in order to differentiate the profiles of needs that the networks must meet. A study of the potential for the development of thermal networks in France results from this typology. Then, the dynamic simulation of networks is presented as a solution to compare the energy performance of the architectures. Modelling assumptions and model choices are discussed. A comparison is performed between two architectures of new generation district heating and cooling networks, derived from real cases, one with a centralized energy production, the other one with a decentralized production located near blocks of buildings. Different configurations of distribution systems in buildings are considered, demonstrating their impact on the energy performance of the architectures. Finally, the advantages and limitations of modelling for network design support are discussed.Dans un contexte de fort développement des réseaux de chaleur et de froid, la question du choix des architectures se pose. Les réseaux sont depuis quelques années en pleine mutation avec la multiplication des sources d’énergies mobilisables liée à la diminution des températures à fournir, la décentralisation des moyens de production, la possibilité de stockage… Parmi les différentes architectures de réseaux récemment développées, il est aujourd’hui difficile d’affirmer laquelle est la plus adaptée pour un quartier donné. Dans cette thèse, tout d’abord une typologie de quartiers orientée réseaux de chaleur et de froid est proposée afin de différencier les profils de besoins auxquels les réseaux doivent répondre. Une étude du potentiel de développement des réseaux thermiques en France en découle.Ensuite, la simulation dynamique des réseaux est présentée comme solution pour comparer les performances énergétiques des architectures. Les hypothèses de modélisation et choix de modèles sont discutés. Une comparaison est réalisée entre deux architectures de réseaux de chaleur et de froid de nouvelle génération, inspirées de cas réels, l’une avec une production d’énergie centralisée, l’autre avec une production décentralisée à proximité d’îlots de bâtiments. Différentes configurations de systèmes de distribution dans les bâtiments sont étudiées montrant leur impact sur la performance énergétique des architectures. Enfin, les avantages et les limites de modélisation pour l'aide à la conception des réseaux sont discutées
Insertion de cultures intermédiaires énergétiques dans les systèmes de cultures en France : évaluation multi-échelles du potentiel de production et des impacts eau‒azote‒carbone
No full textAgricultural anaerobic digestion (AD), a biogas production process, is currently expanding rapidly in Europe thanks to the support of public policies. Cover crops, i.e. crops grown between two main crops, could provide a considerable amount of biomass for anaerobic digestion, especially on farms without livestock. Until now, cover crops were neither fertilized nor harvested, and were sometimes mandatory in order to limit groundwater contamination because they capture nitrate (catch crops, CCs). They can also provide other ecosystem services (multi-services cover crops, MSCCs). With the development of anaerobic digestion, the management of cover crops is changing to produce more biomass. They are fertilized, potentially with AD digestate, and harvested before maturity. They are then referred to as energy cover crops (ECCs).There are two questions concerning ECCs: (i) on the amount of energy that ECCs could produce on a national scale, a question addressed via the evaluation of potential biomass production on a French scale, (ii) on the impacts associated with their intensification and the return of digestates to the soil in comparison with MSCCs and CCs. We studied the impacts studied concerning main crop production, greenhouse gas emissions, nitrate leaching, ammonia volatilization, changes in soil organic matter stocks, and water consumption.To this end, we set up an approach combining field experimentation and modeling, and then deployed a modeling chain on a territorial scale over the long-term and subsequently throughout France. The STICS model was used to simulate crop production and the impact of cropping systems on environmental variables. It was coupled to the ALFAM2 model for ammonia volatilization after organic fertilizer application and to the SYS-Metha model for the AD process of ECCs.We found that ECCs could be a significant source of energy in France. Depending on the assumptions made about the level of deployment of ECCs, the harvesting threshold and the cutting height, the resource could be multiplied by seven (from 16.7 to 115.1 TWh) and significantly exceed previous estimates (from 5.9 to 55.3 TWh). Regarding environmental impacts, ECCs are indeed a lever for climate change mitigation despite their fertilization and the associated increase in N2O emissions. In addition to substituting fossil gas with biomethane, they store more C in soils than MSCCs due to their larger biomass. They also reduce nitrate pollution but to a lesser extent than CCs because the species chosen are less efficient. It is very likely that ECCs will reduce food production by reducing the yield of the spring crops that follow them. We observed both nitrogen stress that could be compensated for by increased fertilization and water stress compensated for by increased irrigation. MSCCs can also have a negative impact on the yield of the following crop, but their flexible management offers several levers of avoidance (e.g. choice of species, destruction date). Increased fertilization in crop sequences integrating ECCs decreases the mitigation of fossil fuel dependence and increases ammonia volatilization and thus air pollution. Finally, both MSCCs and ECCs increase water consumption, which decreases potential groundwater recharge and water availability for the next crop. The species of cover crop used is the first factor of variation, followed by the quantity of biomass produced.La méthanisation agricole, filière de production de biogaz, est aujourd'hui en pleine expansion en Europe grâce à l'appui des politiques publiques. Les cultures intermédiaires, implantées entre deux cultures principales, pourraient fournir une quantité considérable de biomasse pour la méthanisation, en particulier dans les exploitations sans élevage. Jusqu'à présent, les cultures intermédiaires n'étaient ni fertilisées ni récoltées, rendues parfois obligatoires car piégeant le nitrate pour limiter la contamination des nappes (cultures intermédiaires pièges à nitrate, CIPAN). Elles peuvent aussi rendre d'autres services écosystémiques (cultures intermédiaires multi-services, CIMS). Avec le développement de la méthanisation, la conduite des cultures intermédiaires change pour produire plus de biomasse. Elles sont fertilisées, potentiellement avec le digestat de méthanisation, et récoltées avant maturité. On parle alors de cultures intermédiaires à vocation énergétique (CIVEs).Il existe un double questionnement concernant les CIVEs : (i) sur la quantité d'énergie que pourraient produire les CIVEs à l'échelle nationale, question abordée via l'évaluation de la production de biomasse potentielle à l'échelle France, (ii) sur les impacts associés à leur intensification et au retour au sol de digestats en comparaison aux CIMS et CIPAN. Les impacts étudiés ont concerné la production des cultures principales, les émissions de gaz à effet de serre, la lixiviation du nitrate, la volatilisation d'ammoniac, l'évolution des stocks de matière organique des sols, et la consommation d'eau.Pour cela, nous avons mis en place une démarche couplant expérimentation au champ et modélisation puis déployé une chaine de modélisation à l'échelle territoriale puis France entière sur le long terme. Le modèle STICS a été utilisé pour simuler la production des cultures et l'impact des systèmes de culture sur des variables environnementales. Il a été couplé au modèle ALFAM2 pour la volatilisation d'ammoniac après épandages de fertilisants organiques et au modèle SYS-Metha pour le processus de méthanisation des CIVEs.Les CIVEs peuvent être un gisement important d'énergie en France. Selon les hypothèses prises sur le niveau de déploiement des CIVEs, le seuil de récolte et la hauteur de coupe, le gisement pouvait être multiplié par sept (de 16.7 à 115.1 TWh) et dépassé largement les estimations précédentes (de 5.9 à 55.3 TWh). Concernant les impacts environnementaux, les CIVEs sont bien un levier d'atténuation du changement climatique malgré leur fertilisation et l'augmentation des émissions de N2O associée. En plus de substituer du gaz fossile par du biométhane, elles stockent plus de C dans les sols que les CIMS grâce à leur biomasse plus importante. Elles réduisent la pollution au nitrate mais dans une moindre mesure que les CIPAN car les espèces choisies sont moins efficaces. Il est très probable que les CIVEs diminuent la production alimentaire en diminuant le rendement des cultures de printemps qui leur succèdent. Nous avons observé à la fois un stress azoté qui pouvait être compensé par une augmentation de la fertilisation et un stress hydrique compensé par une augmentation de l'irrigation. Les CIMS aussi peuvent impacter négativement le rendement de la culture suivante mais leur gestion plus souple offre plusieurs leviers d'évitement (e.g. choix des espèces, date de destruction). L'augmentation de la fertilisation dans les séquences de culture intégrant des CIVEs diminue l'atténuation de la dépendance aux énergies fossiles et augmente la volatilisation d'ammoniac et donc la pollution de l'air. Enfin, les CIMS et les CIVEs augmentent toutes deux la consommation de l'eau, ce qui diminue la recharge potentielle des nappes et aussi la disponibilité de l'eau pour les cultures principales suivantes. L'espèce de couvert utilisée est le premier facteur de variation, puis à même espèce, la quantité de biomasse produite
Formulation et étude d’un géopolymère accumulateur d’énergie thermique dans le cadre de l’éco-construction des bâtiments
No full textThe incorporation of microcapsulated phase change materials (MPCM) into cement-based materials or geopolymers is one of the effective technologies to meet the final energy demand. However, due to the high rate of environmental impacts associated with cement manufacturing, the use of geopolymers has attracted great interest from researchers due to their low environmental impact and superior mechanical and durability properties compared to clinker-based materials.On the other hand, the incorporation of MPCM in geopolymers induces negative effects on their mechanical and thermal performances, the use of the latter still requires in-depth investigations on their durability indicators (chloride diffuvisivity, porosity, permeability etc.). This thesis work is perfectly in line with this problematic, and deals with the effect of the combination of NASH (sodium alumina silicate hydrate) and CASH (calcium alumina silicate hydrate) gel to overcome the negative effects of MPCM incorporation on the performance of geopolymers based on blast furnace slag. To achieve this objective, twelve mortars were studied (three cement-based and nine geopolymer-based) by varying the percentage of metakaolin addition (0%, 10% and 20%) in geopolymer mortars, and the rate of MPCM incorporation (0%, 5% and 10%) in both types of mortars: geopolymer mortars (GPM) and cement mortars (CM).The first part of this study is devoted to the characterization of the microstructure, physical, mechanical and thermal properties of GPM and CM. The results obtained showed that the coexistence of NASH and CASH gel brought improvements in terms of mechanical properties and thermal conductivity compared to GPM-MPCM without metakaolin addition. Indeed, the addition of 10 and 20% metakaolin was sufficient to achieve this coexistence. With a concentration of MPCM up to 10% in the geopolymer mortars, the compressive strength was increased by about 21% and the thermal conductivity was increased by about 31%, leading to an improvement in the thermal capacity up to 1280 J/Kg.K.The second part of the work deals with the study of the effect of the incorporation of microcapsulated phase change materials on some durability indicators of GPM and CM. The results indicate that the incorporation of MPCM increases the total porosity, this induces an increase in the water absorption by capillarity and a decrease in the electrical resistivity of the GPM and CM. On the other hand, the inclusion of MPCM exerts an influence on the decrease of the pore connectivity and the increase of the tortuosity of the pore network on the one hand and the increase of the chloride ion binding capacity on the other hand. This led to the decrease of the chloride migration coefficient in the steady state. In addition, it should be noted that GPM have larger pore sizes than CM. This may be due to the drying protocol which is likely to induce desiccation and microcracks in the CASH gel. However, in the presence of these microcracks, the study revealed that the chemical reaction of the GPM controls the chloride ion transport mechanisms more than its porosity.L'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés (MCPM) dans des matériaux à base de ciment ou des géopolymères est l'une des technologies efficaces pour répondre à la demande énergétique finale. Cependant, en raison du taux élevé d'impacts environnementaux associés à la fabrication du ciment, l'utilisation de géopolymères a suscité un grand intérêt de la part des chercheurs en raison de leur faible impact environnemental et de leurs propriétés mécaniques et de durabilité supérieures à celles des matériaux à base de clinker.En revanche, l'incorporation de MCPM dans les géopolymères induit des effets négatifs sur leurs performances mécaniques et thermiques. L'utilisation de ces derniers nécessite encore des investigations approfondies sur leurs indicateurs de durabilité (diffuvisivité des chlorures, porosité, perméabilité etc..). Ce travail de thèse s'inscrit parfaitement dans cette problématique, et traite de l’effet de la combinaison du gel NASH (sodium alumina silicate hydrate) et du gel CASH (calcium alumina silicate hydrate) pour surmonter les effets négatifs de l'incorporation de MCPM sur les performances des géopolymères à base de laitier de haut fourneau. Pour atteindre cet objectif, douze mortiers ont été étudiés (trois à base de ciment et neuf à base de géopolymère) en variant le pourcentage d'ajout de métakaolin (0%, 10% et 20%) dans les mortiers géopolymères, et le taux d'incorporation de MCPM (0%, 5% et 10%) dans les deux types de mortiers : mortiers géopolymère (MGP) et mortiers de ciment (MC).La première partie de cette étude est consacrée à la caractérisation de la microstructure, des propriétés physiques, mécaniques et thermiques des MGP et des MC. Les résultats obtenus ont montré que la coexistence du gel NASH et CASH a apporté des améliorations en termes de propriétés mécaniques et de conductivité thermique par rapport au MGP-MCPM sans ajout de metakaolin. En effet, l'ajout de 10 et 20% de métakaolin était suffisant pour obtenir cette coexistence. Avec une concentration de MCPM allant jusqu'à 10% dans les mortiers géopolymères, la résistance en compression a été augmentée d'environ 21% et la conductivité thermique a été augmentée d'environ 31%, ce qui a conduit à une amélioration de la capacité thermique spécifique allant jusqu'à 1280 J/Kg.K.La deuxième partie du travail porte sur l’étude de l’effet de l'incorporation de matériaux à changement de phase microcapsulés sur quelques indicateurs de durabilité des MGP et MC. Les résultats indiquent que l’incorporation des MCPM augmente la porosité totale, ceci induit une augmentation de l'absorption d'eau par capillarité et une diminution de la résistivité électrique du MGP et du MC. En revanche, l'inclusion du MCPM exerce une influence sur la diminution de la connectivité des pores et l'augmentation de la tortuosité du réseau poreux d'une part et l'augmentation de la capacité de fixation des ions chlorure d'autre part. Ceci a conduit à la diminution du coefficient de migration des chlorures à l'état stationnaire. En outre, il convient de noter que les MGP présentent des pores de plus grande taille que les MC. Cela peut être dû au protocole de séchage qui est susceptible d'induire une dessiccation et des microfissures dans le gel CASH. Cependant, en présence de ces microfissures, l'étude a révélé que la réaction chimique du MGP contrôle davantage les mécanismes de transport des ions chlorure par rapport à sa porosité
Modélisation pour la sélection de solvants pour des applications bioraffinerie
No full textIn the context of biorefineries, selecting an appropriate solvent is crucial for sustainable and economically viable separation processes. A comprehensive approach integrating criteria like Life Cycle Assessment , toxicity analysis, energy-efficient solvent regeneration, minimal solvent losses, and high selectivity is required. However, the choice becomes challenging when considering Deep Eutectic Solvents (DES) due to a lack of comprehensive experimental data, particularly regarding critical thermodynamic and physical properties like phase equilibrium, density, viscosity, heat capacity, thermal conductivity, solubility, and more. To bridge this gap, this research proposes generating essential experimental data (such as density, viscosity, and phase equilibrium properties) to optimize theoretical models. Moreover, this work proposes a solvent screening approach based on modeling thermodynamic properties using the (COnductor-like Screening MOdel segment activity coefficient (COSMO-SAC) model. The study aims to enhance the COSMO-SAC model by investigating computational variables, establishing a PSL sigma-profile database, and refining predictions through enthalpic, entropic, and intermolecular contributions. Despite encountering challenges in accurately predicting activity coefficients at infinite dilution (IDAC) for DES systems, an optimization approach significantly reduces deviations, offering a promising route for precise solvent selection in biorefinery processes.Dans le contexte des bioraffineries, le choix d'un solvant approprié est crucial pour des processus de séparation durables et économiquement viables. Une approche globale intégrant des critères tels que l'Analyse du Cycle de Vie, l'analyse de la toxicité, la régénération énergétiquement efficace du solvant, des pertes minimales de solvant et une haute sélectivité est nécessaire. Cependant, le choix devient complexe lorsqu'il s'agit des solvants eutectiques profonds (Deep Eutectic Solvents - DES) en raison du manque de données expérimentales complètes, en particulier concernant les propriétés thermodynamiques et physiques critiques telles que l'équilibre de phase, la densité, la viscosité, la capacité thermique, la conductivité thermique, la solubilité, et autres. Pour combler cette lacune, cette recherche propose de générer des données expérimentales essentielles (telles que la densité, la viscosité et les propriétés d'équilibre de phase) pour optimiser les modèles théoriques. De plus, ce travail propose une approche de sélection de solvant basée sur la modélisation des propriétés thermodynamiques en utilisant le modèle COSMO-SAC (COnductor-like Screening MOdel segment activity coefficient). L'étude vise à améliorer le modèle COSMO-SAC en examinant les variables computationnelles, en établissant une base de données de profils sigma PSL et en affinant les prédictions grâce aux contributions enthalpiques, entropiques et intermoléculaires. Malgré les défis rencontrés dans la prédiction précise des coefficients d'activité en dilution infinie (IDAC) pour les systèmes DES, une approche d'optimisation réduit considérablement les écarts, offrant ainsi une voie prometteuse pour la sélection précise du solvant dans les processus de bioraffinerie
Modélisation avancée des systèmes de stockage électrochimique de l'énergie en vue de la maitrise du vieillissement/remplacement et de l'optimisation technico-économique des stratégies de sollicitation
No full textThe amount of variable renewable energy sources (vRES) integrated to the electrical grid has continued to increase to reduce greenhouse gas emissions. Because of their intermittent nature, new obstacles arise when ensuring the stability of the grid. High-capacity li-ion battery energy storage systems (LiBESS) have seen a surge in adoption to alleviate the vRES weather-dependance, but the technology is still expensive and concerns about the best usage method and durability remain a current subject of research. To effectively integrate LiBESS in power production applications, it is necessary to know its behavior in the short and long term given the financial commitment they imply for power plant investors. This is commonly done through battery models revolving mainly around the State-of-Charge (SoC), the State-of-Health (SoH) or the thermal behavior. In this thesis, the question of how to generate a LiBESS model that simultaneously incorporates SoC, SoH and thermal estimation, while also being proficient and adapted for vRES power applications is addressed. To tackle this question, the followed process focused at first on the on-line development of SoC, SoH and temperature models for high-capacity LiBESS used in industrial hybrid photovoltaic (PV) power plants operating under a capacity firming framework. The resulting LiBESS model for each parameter was then used in a unified model than simultaneously estimates the three values, of which investigations and error analysis were done to validate the accuracy. At last, the resulting unified model was used in optimal scheduling for hybrid systems. The financial impact the temperature and degradation have on both, optimal operation and scheduling, were evaluated for the industrial use case of PV capacity firming. The applicability of this model was also extended and evaluated for a micro-grid scenario with multiple LiBESS, this to observe the cost evolution due to the battery model.Depuis plusieurs années, la présence des sources d'énergie renouvelable (EnR) variables dans le réseau électrique n'a fait qu'augmenter afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre. En raison de leur nature intermittente, de nouveaux défis pour assurer la stabilité du réseau électrique sont apparus. Les systèmes de stockage d'énergie par batterie de type Li-ion (LiBESS) ont été fortement adoptés pour atténuer la dépendance des EnR aux conditions météorologiques, mais ces technologies sont toujours coûteuses et l'incertitude concernant l'optimisation de leur utilisation ainsi que leur durabilité restent un sujet de recherche. Pour intégrer efficacement les LiBESS dans des systèmes de production d'électricité, et compte tenu de l'engagement financier qu'ils impliquent pour les développeurs et exploitants, il est nécessaire de connaître leur comportement à court et à long termes. Cette maitrise de leur comportement est faite à travers des modèles qui estiment l'état de charge (SoC), l'état de santé (SoH) ou l'état thermique des batteries.Dans cette thèse, la génération d'un modèle LiBESS adapté aux applications de production d'électricité EnR et intégrant simultanément SoC, SoH et état thermique est étudié. Le processus d'étude suivi s'est d'abord concentré sur le développement de modèles indépendants du SoC, SoH ou de la température pour LiBESS de haute capacité, dans le contexte spécifique de LiBESS pour centrales photovoltaïques (PV) hybrides fonctionnant dans un cadre de sécurisation de de la capacité (Capacity Firming). Les modèles résultants de chaque paramètre indépendant ont ensuite été unifiés dans un modèle unique qui estime simultanément ces trois valeurs et auxquelles sont appliqué des tests et mesures d'erreur pour en valider précision et fiabilité. Enfin, ce modèle unifié a été utilisé pour l'optimisation de l'injection des systèmes de production hybrides. L'impact financier de la température et de la dégradation du LiBESS, dans le cas d'un usage optimal, a été évalué pour le scenario industriel de la sécurisation de la capacité PV. L'applicabilité de ce modèle a également été étendue et évaluée pour un scénario de micro-réseau avec plusieurs LiBESS, cela afin d'observer l'évolution des coûts en fonction des modèles de batterie
Incorporation d’esters boroniques dans des matrices polyesters par mise en forme réactive à des fins de compatibilisation et de recyclage
No full textPoly(ethylene terephthalate) (PET) is among the most produced thermoplastics. Its main application is packaging, mostly for single use. For this reason, managing the end-of-life of PET is an important issue. PET recycling is becoming increasingly common , but some issues remain, especially when it comes to blends of PET with other thermoplastics, such as poly(lactic acid) (PLA), a biobased thermoplastic whose production is increasing in the last few years. Covalent adaptable networks, which are polymer networks containing dynamic chemical bonds, have been reported as an efficient solution to improve the miscibility between incompatible thermoplastics and the mechanical properties of their blends. Several dynamic chemistries have been developed over the years to produce covalent adaptable networks. Among these, boronic ester metathesis is particularly interesting. Boronic esters are thermo-oxidatively stable, while their metathesis is rapid without the need for a catalyst. In this work, dynamic boronic esters were introduced by reactive extrusion into PLA and glycol modified PET (PETg), used as a model for PET, and the resulting materials were studied. The ester functions of the material, as well as its chain ends were used for this aim. A diol bis(boronic ester) was synthetized and incorporated in the material by transesterification with the ester groups, resulting in a decrease of the molar masses of the polymers. The kinetics of this process, the impact of the amount of diol and the influence of the catalyst nature and loading were studied. Then, the chain extension of the functional polymers was carried out with an isocyanate-based chain extender, poly(hexamethylene diisocyanate) (PHDI), for PLA, and with PHDI or an epoxy-based chain extender, bisphenol A diglycydyl ether (DGEBA) for PETg. Chain extension was performed in two steps, with boronic ester introduction followed by chain extension, or in one step, taking advantage of the chain ends of the polyesters. Blends of PLA and PETg were also prepared and compatibilized with PHDI and the diol bis(boronic ester), as well as with a non-dynamic diol. Blends of the modified material were prepared and studied as well. In all cases, the miscibility of PLA in PETg was improved by the modification with PHDI and a diol. While the presence of dynamic boronic ester functions did not significantly impact the miscibility of PLA and PETg, it seemed to induce better melt flow properties. Finally, a novel chain extender for PET and polyamines as well as an oligomer containing pendant alcohol and boronic ester functions were synthesized using radical addition fragmentation transfer (RAFT) polymerization.Le poly(éthylène téréphtalate) (PET) est un des thermoplastiques les plus produits dans le monde. Sa principale utilisation est l’emballage, souvent pour des applications à usage unique. De ce fait, la gestion de la fin de vie du PET est un enjeu important. Le recyclage du PET est de plus en plus courant, mais certains défis sont toujours présents, en particulier concernant les mélanges de PET avec d’autres thermoplastiques, comme par exemple l’acide polylactique (PLA), un thermoplastique biosourcé dont la production est en augmentation. Les réseaux covalents adaptables, des réseaux de polymères contenant des liaisons chimiques dynamiques, sont une solution efficace pour améliorer la miscibilité entre thermoplastiques incompatibles, ainsi que les propriétés mécaniques de ces mélanges. Plusieurs chimies d’échange ont été développées au fil des ans pour produire des réseaux covalents adaptables. Parmi elles, la métathèse des esters boroniques est particulièrement intéressante. Les esters boroniques sont stables sur le plan thermo-oxydatif, tandis que leur métathèse est rapide sans nécessiter de catalyseur. Dans cette thèse, des esters boroniques dynamiques ont été introduits par extrusion réactive dans du PLA et du PET modifié par du glycol (PETg), utilisé comme modèle pour le PET. Les matériaux résultants ont été étudiés. Les fonctions ester du matériau, ainsi que les extrémités de chaîne, ont été utilisées à cette fin. Un diol bis(ester boronique) a été synthétisé et incorporé dans les matériaux par transestérification avec les fonctions ester de la matrice, entraînant une diminution des masses molaires des polymères. La cinétique de ce procédé, l’impact de la quantité de diol et l'influence de la nature et de la quantité de catalyseur ont été étudiés. Ensuite, l’extension de chaînes des polymères fonctionnels a été réalisée avec un allongeur de chaîne à base d'isocyanate, le poly(hexaméthylène diisocyanate) (PHDI), pour le PLA, et avec le PHDI ou un allongeur de chaîne à base d'époxy, le diglycydyl éther de bisphénol A (DGEBA) pour le PETg. Ce processus a été réalisé soit en deux étapes, avec l’introduction des esters boroniques suivie de l’extension de chaîne, soit en une étape, en se servant des bouts de chaînes des polyesters. Des mélanges de PLA et de PETg ont également été préparés et compatibilisés avec le PHDI et le diol bis(ester boronique), ou un diol ne contenant pas de fonction dynamique. Des mélanges de PLA et de PETg modifiés ont également été réalisés. Quel que soit le diol utilisé, la réaction avec le PHDI et le diol améliore la miscibilité du PLA dans le PETg, sans différence notable entre les deux diols. La présence de liaisons dynamiques confère en revanche de meilleures propriétés d'écoulement à l'état fondu. Enfin, un nouvel agent d’extension de chaîne pour le PET et les polyamines ainsi qu’un oligomère contenant des alcools et des esters boroniques pendants ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par transferts de chaînes réversible par addition fragmentation (RAFT)
Contribution à un modèle durable de logistique urbaine par le développement de l'entrepôt urbain 4.0.
No full textThere is a growing awareness of sustainable development issues. Supply chain actors are increasingly aware of this situation, especially as regulatory, social and societal pressures in this area are growing. This situation is not without consequences for business practices. Thus, the urban warehouse model is one of the solutions studied in the context of urban logistics, an emerging research field that addresses the sustainable development of goods flow management practices in city centers. This thesis is part of a Cifre research contract carried out in partnership with La Poste, the French post office company, which is seeking to develop a national network of urban warehouses as part of local logistics services.This work provides two main contributions. On the one hand, the lack of a generic model required defining the concept of urban warehouse and specifying the components of the model (characteristics, constraints and challenges). On the other hand, in order to optimize the internal processes of these new logistic facilities, a proposal of new tools, drawn from Industry 4.0, was made. Its objective is to improve customer satisfaction at lower costs, by integrating the constraints of the field and responding to current issues.The work was carried out in several stages. First, two state of the art studies explored the scientific literature, on the one hand, on urban warehouses, and on the other hand, on 4.0 practices observed in traditional distribution warehouses, analyzed as an interesting perspective for the improvement of urban warehouse processes. Then, based on the field observation data and the conclusions of the state of the art, the components of the urban warehouse model were defined in order to identify the constraints and challenges of these facilities, impacting their development in a sustainable way. The definition of these components led to the proposal of a process improvement by using adapted tools from Industry 4.0. Finally, a case study was conducted, with real data of a customer and the application of a methodology of intelligent systems design, on the application of one of the proposed 4.0 tools. The systems studied were automated storage and retrieval systems, which were identified as relevant to address the challenges of land optimization, modularity, reconfigurability and sustainability of urban warehouses. This study allowed us to observe the consequences of the implementation of such a system on the performance of these facilities.Les questions de développement durable font l’objet d’une prise de conscience croissante. Les acteurs de la chaîne logistique sont de plus en plus conscients de cette situation, d’autant plus que les pressions réglementaires, sociales et sociétales dans ce domaine sont nombreuses. Cette situation n’est pas sans conséquence sur les pratiques des entreprises. Ainsi, le modèle d’entrepôt urbain s’impose comme l’une des solutions étudiées dans le contexte de la logistique urbaine, domaine de recherche en émergence, qui aborde le développement durable des pratiques de gestion des flux de marchandises dans les centres-villes. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un contrat de recherche Cifre réalisé en partenariat avec l’entreprise La Poste qui cherche à développer un réseau national d’entrepôts urbains afin de proposer des prestations de services de logistique de proximité.Ce travail apporte deux contributions principales. D’une part, l’absence d’un modèle générique a nécessiter de définir le concept d’entrepôt urbain et de préciser les composantes du modèle (caractéristiques, contraintes et défis). D’autre part, pour optimiser les processus internes de ces nouvelles installations logitiques, une proposition de nouveaux outils, tirés de l’Industrie 4.0, a été réalisée. Son objectif étant d’améliorer la satisfaction des clients à moindres coûts, en intégrant les contraintes du terrain et répondant à des problématiques actuelles.Le travail a été réalisé en plusieurs étapes. En premier lieu, deux états de l’art ont exploré la littérature scientifique, d’une part, sur les entrepôts urbains, et d’autre part, sur les pratiques 4.0 observées en entrepôts de distribution traditionnels, analysées en tant que perspective intéressante pour l’amélioration des processus des entrepôts urbains. Ensuite, appuyées par les données d’observations du terrain et les conclusions des états de l’art, les composantes du modèle des entrepôts urbains ont été définies afin de relever les contraintes et les enjeux de ces installations, impactant leur développement sous une forme durable. La définition de ces composantes a mené à la proposition d’une amélioration des processus par l’emploi des outils adaptés tirés de l’Industrie 4.0. Pour finir, un cas d’étude a été mené, avec des données réelles d’un client et l’application d’une méthodologie de conception de systèmes intelligents, sur l’application d’un des outils 4.0 : les systèmes de stockage et de prélèvement automatique, dont l’emploi a été identifié pertinent pour relever les défis d’optimisation du foncier, de modularité, de reconfigurabilité et de durabilité des entrepôts urbains. Cette étude a permis d’observer les conséquences de la mise en place d’un tel système sur la performance de ces installations
Pleins gaz sur l'hydrogène : trajectoire sociotechnique du déploiement territorial de l'hydrogène en France entre 2010 et 2020
No full textFor a few years, "green" hydrogen has been presented as a "miracle solution" for the energy transition that could lead to an "industrial and energy revolution". The objective of this thesis is to put the idea of a "green hydrogen revolution" into perspective. We question the changes in terms of infrastructures, practices and governance that the introduction of this energy vector can generate in the French energy system.In this perspective, the thesis aims to describe the deployment of hydrogen in France and in the territories from the 2010s to the beginning of 2022, through two scopes : multi-level governance and socio-technical controversies. Considering that the trajectory of hydrogen ensues of a technical-economic construction, the analysis studies the way in which actors, at different levels, apprehend the subject.Our analysis relies on sociotechnical and sociopolitical approaches and uses the concept of socio-technical configuration. This concept describes assemblies of more or less stable transcalar heterogeneous elements around which networks of actors are formed, giving rise to conceptions in the way of projecting its deployment. In the course of the thesis, we identify three different sociotechnical configurations of hydrogen, each of which refers to a different way of considering hydrogen.Finally, the trajectory of hydrogen shows that this energy vector is not a "revolution" for the French energy sector. The technical and economic difficulties encountered, the successive problematizations, as well as the takeover of the subject by the traditional actors of the dominant sector are as many factors that participate in reducing the possibilities of more radical transformation of this sector.Depuis quelques années, l’hydrogène « vert » est présenté comme une « solution miracle » de la transition énergétique qui pourrait entrainer une « révolution industrielle et énergétique ». L’objectif de la thèse est de remettre en perspective l’idée d’une « révolution de l’hydrogène vert ». Il s’agit d’interroger les changements en termes d’infrastructures, de pratiques et de gouvernance que l’introduction de ce vecteur énergétique peut engendrer au niveau du système énergétique français.Dans cette optique, la thèse s’attache à décrire le déploiement de l’hydrogène en France et dans les territoires depuis les années 2010 jusqu’au début de l’année 2022, à travers deux dimensions : la gouvernance multi-niveaux et les controverses sociotechniques. En considérant que la trajectoire de l’hydrogène est le fruit d’une construction technico-économique, l’analyse étudie la manière dont les acteurs, à différents niveaux, appréhendent le sujet et les stratégies qui en découlent.Pour rendre compte de notre analyse à l’interface entre approches sociotechnique et sociopolitique, nous avons recours à la notion de configuration sociotechnique. Ce concept décrit des assemblages d’éléments hétérogènes transcalaires, plus ou moins stables, autour desquels des réseaux d’acteurs se forment, donnant lieu à des conceptions dans la manière de projeter son déploiement Au cours de la thèse, nous identifions trois configurations sociotechnique de l’hydrogène différentes dont chacun renvoie à une manière différente d’envisager l’hydrogène.Enfin, la trajectoire de l’hydrogène montre que ce vecteur énergétique n’est pas d’une « révolution » pour le secteur énergétique français. Les difficultés techniques et économiques rencontrées, les problématisations successives, ainsi que la reprise en main du sujet par les acteurs traditionnels du secteur dominant sont autant de facteurs qui participent à réduire les possibilités de transformation plus radicales de ce secteur
Classification mono-classe pour la discrimination de cibles de radars Doppler pulsés à faible résolution avec faible supervision
No full textAir surveillance pulse Doppler radars (PDR) need to discriminate targets using the backscatter generated by small bursts of modulated pulses. Rotating antennas constrain the number of pulses available to characterize the content of range cells, the latter resulting from azimuthal and radial discretization. This characterization is based on short signals sampled at the pulse repetition frequency (PRF), one sample being available per pulse in the transmitted burst. The number of pulses and the PRF, which constantly change in an operating radar, thus define the resolution and the maximal frequencies of the Doppler spectrum that defines targets within a range cell. With the advent of small and cheap drones, air surveillance radars are required to improve their detection of small and slow targets that previously had chances to end up discarded as clutter. This thesis proposes a processing pipeline plugged after the detection stage of a PDR to discriminate between hits in order to allow for the lowering of detection thresholds. This processing pipeline is made of two steps: an encoding hit2vec step, and a discrimination step. The encoding handles an input complex-valued matrix of varying size and outputs a real-valued vector embedding of fixed size. This input contains the backscattered I/Q signal of the range cell carrying a detection enriched by the backscatter from the neighboring range cells. The discrimination step applies a one-class classification to the encoded inputs to separate targets representations in a low-supervision context. The complete pipeline is therefore based on the assumption that the neighborhood of Doppler spectrums, even at low resolutions, contains the required discriminatory information. Said in other words, the solution put forward uses representation learning to tackle the sampling heterogeneity of the I/Q signals that ought to be separated, and to enable a subsequent low-supervision discrimination to provide a radar operator with a useful distance to reference radar targets.Les radars Doppler pulsés (RDP) de surveillance aérienne ont pour mission de discriminer des cibles en se basant sur le signal réfléchi de petites rafales d’impulsions modulées. Les antennes tournantes imposent un faible nombre d’impulsions pour caractériser le contenu de cases distance, celles-ci résultant d’une discrétisation radial et azimutale. Cette caractérisation est tirée de signaux courts échantillonnés à la période de répétition des impulsions (PRI), un échantillon par impulsion étant disponible dans la rafale transmise. Le nombre d’impulsions et la PRF, qui changent constamment dans un radar en opération, définissent donc la résolution et les fréquences extrêmales du spectre Doppler qui définit les cibles à l’échelle d’une case distance. L’avènement de drones petits et bon marché impose l’amélioration de la détection des cibles petites et lentes qui pouvaient auparavant se retrouver rejetées en tant que fouillis. Cette thèse propose une chaîne de traitement branchée après l’étape de détection d’un RDP pour discriminer les hits afin de permettre l’abaissement des seuils de détection. Cette chaîne de traitement se divise en deux étapes: un encodage hit2vec, et une étape de discrimination. L’encodage traite une matrice à valeurs complexes et de taille variable pour produire un vecteur embedding à valeurs réels de taille fixe. Cette représentation d’entrée contient un signal I/Q réfléchi par la case distance porteuse d’une détection enrichi par le signal réfléchi par les cases distance voisines. L’étape de discrimination met en oeuvre une classification mono-classe sur les représentations d’entrée encodées dans le but de séparer les cibles dans un contexte de faible supervision. La chaîne de traitement complète s’appuie donc sur l’hypothèse que le voisinage de spectres Doppler, même à faible résolution, contient l’information nécessaire à la discrimination. Autrement dit, la solution mise en avant se base sur l’apprentissage de représentation pour faire face à l’hétérogénéité des signaux I/Q qui doivent être séparés et pour permettre à une discrimination à faible supervision en aval de produire une distance vis-à-vis de cibles de référence utile à l’opérateur radar
Biodiversité des sols et services écosystémiques associés dans des systèmes de culture alternatifs stables et en transition
No full textSoil organisms play a key role in the functioning of agroecosystems. However, intensive agriculture causes a wide range of disturbances affecting soil biodiversity. The development of alternative systems relying on lower physical and chemical disturbances of soil, such as organic and conservation agriculture, could limit the impact of agriculture on soil organisms and improve associated ecosystem services. Yet, the effect of these systems on soil organisms remains poorly understood, both at long-term and during the transition period. In this context, the objective of this thesis is to characterize the effect of stable and transitional alternative systems on soil organisms and associated ecosystem services compared to conventional agriculture for field crops. This was addressed through samplings in 21 fields owned by farmers during two consecutive autumns (2020 and 2021) in order to study the density and taxonomic and functional diversity of soil organisms (meso- and macrofauna, microorganisms) and their interactions, and to measure soil functions associated to their activity in soil (litter decomposition, C and N mineralization, stabilization of the soil structure). The studied cropping systems were characterized by assessing practice intensity (tillage, pesticide treatments, fertilization). The obtained results show an overall positive effect of alternative systems on soil biodiversity, but this effect varied with years and taxa. Conservation agriculture has a positive effect on the density of several soil fauna groups, whereas organic agriculture has few significant effects but tends to promote microbial density. Transitory effects are observed within fields recently converted to these alternatives, such as an increase or a decrease in the density of some groups of organisms or differences in the community structure compared to initial and to stable alternative systems. Practice intensity provides more insight on the effect of cropping systems on soil biodiversity. Tillage is the main factor influencing the density, diversity and functional traits of soil organisms. A decrease in tillage intensity promotes the density and diversity of soil fauna and the interactions between soil organisms within the soil food web. Additionally, a literature review (i.e. meta-analysis) as well as in situ measurements of litter decomposition with litterbags demonstrated the main role of soil meso- and macrofauna in litter decomposition in agricultural soils. However, litter decomposition and other studied functions are influenced by cropping systems and practice intensity. Conservation agriculture and a low tillage intensity promote stable soil aggregates. Organic agriculture does not show significant effects, but a low pesticide treatment intensity may favor litter decomposition, and more organic matter inputs are related to a slower C and N mineralization. Thus, this work demonstrates the importance of taking into account soil biodiversity for the development of sustainable cropping systems.Les organismes du sol jouent un rôle clé dans le fonctionnement des agroécosystèmes. Or, l'agriculture intensive exerce de nombreuses perturbations qui affectent la biodiversité des sols. Le développement de systèmes alternatifs basés sur de moindres perturbations physiques et chimiques du sol, tels que l'agriculture biologique et l'agriculture de conservation, pourrait permettre de minimiser l'impact de l'agriculture sur les organismes du sol et d'améliorer les services écosystémiques associés. Toutefois, l'effet de ces systèmes sur les organismes du sol est encore mal connu, que ce soit à long terme ou lors de la période de transition. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de caractériser l'effet des systèmes de culture alternatifs stables et en transition sur la biodiversité du sol et les services écosystémiques associés en comparaison à l'agriculture conventionnelle en grande culture. Afin de répondre à cet objectif, des prélèvements ont été réalisés sur 21 parcelles chez des agriculteurs durant deux automnes consécutifs (2020 et 2021), afin d'étudier la densité et la diversité taxonomique et fonctionnelle des organismes du sol (méso- et macrofaune, microorganismes) et leurs interactions, et de mesurer un ensemble de fonctions associées à leur activité dans le sol (décomposition de la litière, minéralisation du C et N, stabilisation de la structure). Les systèmes de cultures étudiés ont été caractérisés selon l'intensité des pratiques (labour, traitements phytosanitaires, fertilisation). Nos résultats montrent un effet positif des systèmes alternatifs sur la biodiversité du sol, mais qui varie selon les années et les groupes d'organismes. L'agriculture de conservation a un effet positif sur la densité de plusieurs groupes de la faune du sol tandis que l'agriculture biologique a peu d'effets significatifs mais tend à favoriser la densité des microorganismes. Des effets transitoires sont observés au sein des parcelles récemment converties vers ces systèmes alternatifs, tels qu'une augmentation ou une diminution de la densité de certains groupes d'organismes et des différences dans la structure des communautés par rapport au système d'origine et aux systèmes alternatifs stables. La prise en compte de l'intensité des pratiques permet de mieux caractériser l'effet des systèmes sur la biodiversité du sol. L'intensité du labour est le principal facteur d'influence de la densité, la diversité et des traits fonctionnels des organismes. Une diminution de l'intensité du labour favorise la densité et la diversité de la faune du sol et les interactions entre organismes au sein du réseau trophique du sol. D'autre part, une revue de la littérature (i.e. méta-analyse) ainsi que les mesures in situ à l'aide de sachets de litière ont mis en évidence le rôle majeur de la méso- et de la macrofaune du sol dans la décomposition de la litière en milieu agricole. Toutefois, la décomposition de la litière et les autres fonctions étudiées dans cette thèse sont influencées par les systèmes de culture et l'intensité des pratiques. L'agriculture de conservation et une faible intensité du labour favorisent la formation d'agrégats stables. L'agriculture biologique ne présente pas d'effet significatif mais une faible intensité des traitements phytosanitaires favorise la décomposition de la litière tandis qu'une augmentation des apports de matière organique est liée à une minéralisation plus lente. Ainsi, ce travail démontre l'importance de la prise en compte de la biodiversité du sol pour le développement de systèmes de culture durables