Date de Directeur Nom Prénom Sujet Résumé soutenance Financeur BENARD

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1 Date de Directeur Nom Prénom Sujet Résumé soutenance Financeur BENARD Fiona Formes urbaines et Transport en milieul étalement urbain et le transport sont deux problématiques prépondérantes à06/12/12 Pr. GATINA 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 Saint- Pierre. 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.

2 BIGOT Dimitri Contribution à l étude du couplage 10/11/11 Pr. MIRANVILLE 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.

3 BRANGEON Boris Contribution à l étude numérique de lacontexte du sujet : La climatisation est un poste de dépense énergétique26/10/12 ventilation naturelle dans des cavitésimportant dans le secteur du bâtiment, qui pourrait être réduit de manière ouvertes par la simulation des grandesdrastique par l utilisation de systèmes passifs de rafraîchissement. Dans les Pr. BASTIDE 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.

4 GUICHARD Stéphane Contribution à l'étude des paroiscette thèse s'inscrit dans une démarche de maîtrise de l'énergie dans le14/05/13 Pr. MIRANVILLE 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.

5 JAOHINDY Placide Modélisation des systèmes éoliensla technique d intégration des systèmes éoliens verticaux (VAWT) au service27/08/12 Pr. BASTIDE 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.

6 LENOIR Aurélie Confort en climat tropical -Cette thèse propose une approche originale axée sur l étude du confort pour24/05/13 Pr. GARDE 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 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

7 MARC Olivier Étude expérimentale, modélisation etdepuis quelques années, les exigences des occupants de bâtiments ont03/12/2010 Dr HDR LUCAS optimisation d'un procédé desensiblement 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.

8 RAKOTONIAI NA Volana Co-Méthanisation des déchets fermiersles deux principaux objectifs de cette thèse sont de développer les aspects17/08/2012 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 DR HDR ADELARD

9 SAVIDAN Lise L'appropriation du modèle de quartiersla durabilité urbaine est un sujet de préoccupation contemporain qui a21/03/2013 durables sous climat tropical - Mise enémergé 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 Lapremière 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. Pr GARDE/DIMOU

10 SINAMA Frantz Étude de la production d électricité àl Energie Thermique des Mers (ETM) offre une alternative intéressante pour07/12/11 Dr HDR LUCAS 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 etautonomie 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

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