Soutenance de thèse de Arnaud LAPERTOT

Ecole Doctorale
SCIENCES POUR L'INGENIEUR : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique
Spécialité
Sciences pour l'ingénieur : spécialité Energétique
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Aide à la décision multi-critère,Analyse de sensibilité,Échangeur air-sol,Échangeur de chaleur,Optimisation multi-objectif,Systèmes énergétiques
Keywords
Earth-air heat exchanger,Energy systems,Heat exchanger,Multiple criteria decision-making,Multi-objective optimization,Sensitivity analysis
Titre de thèse
Méthodologie d’optimisation de composants et de systèmes énergétiques complexes. Application au secteur résidentiel.
Optimization methodology for components and complex energy systems. Application to the residential sector.
Date
Vendredi 26 Novembre 2021 à 13:30
Adresse
Laboratoire IUSTI, Technopôle de Château-Gombert, 5 rue Enrico Fermi, 13453 Marseille cedex 13, FRANCE.
Amphi Fermi
Jury
Directeur de these M. Olivier LE METAYER Aix Marseille Université / IUSTI
CoDirecteur de these M. Benjamin KADOCH Aix Marseille Université / IUSTI
Rapporteur Mme Monika WOLOSZYN Université Savoie Mont Blanc
Rapporteur Mme Monica SIROUX Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg
Examinateur M. Julien BERGER CNRS / LASIE
Examinateur M. Patrick SALAGNAC La Rochelle Université
Examinateur M. Jean-Henry FERRASSE Aix-Marseille université

Résumé de la thèse

Cette thèse est dédiée à l’optimisation de composants et de systèmes énergétiques avec une application dans le secteur résidentiel. La méthodologie développée est composée d’une analyse de sensibilité qui quantifie et détermine les paramètres les plus influents, d’une optimisation multi-objectif qui permet d’identifier l’ensemble des meilleurs compromis et d’une aide à la décision multicritère pour sélectionner le "meilleur" compromis. Tout d’abord, une optimisation d’un système de production d’eau chaude sanitaire est mise en œuvre numériquement et s’appuie sur un banc expérimental du laboratoire IUSTI. Cette étude a pour but d’optimiser, en fonction de différents profils de puisage, les performances d’un dispositif basé sur une pompe à chaleur en améliorant sa régulation. Ensuite, la procédure est appliquée à l’optimisation paramétrique d’un échangeur air-sol (EAS). Le système utilise les ressources géothermiques pour chauffer ou rafraîchir l’air d’un bâtiment par ventilation. Le modèle de l’échangeur air-sol a été expérimentalement validé avec la plateforme géothermique de l’IUT Robert Schuman. Un système qui couple un EAS, une ventilation double flux et une pompe à chaleur est également étudié. Le dimensionnement optimal permet d’obtenir un système qui demeure à la fois rentable, autonome et performant pour les différents climats considérés. Enfin, le processus est appliqué à l’optimisation topologique des échangeurs de chaleur monophasiques et diphasiques, qui consiste à déterminer la répartition optimale de matière dans un domaine soumis à des écoulements fluides et à une source de chaleur. Une procédure d’optimisation identifie l’ensemble des topologies qui possède un bon compromis entre les pertes de charge et les transferts thermiques. La topologie finale permet d’avoir une répartition optimisée d’éléments solides afin d’obtenir le meilleur compromis entre ces objectifs.

Thesis resume

This thesis is dedicated to the optimization of components and energy systems with an application in the residential sector. The methodology developed is composed of a sensitivity analysis that quantifies and determines the most influential parameters, a multi-objective optimization that identifies the set of best compromises and a multi-criteria decision-making aid to select the "best" compromise. First of all, an optimization of a domestic hot water production system is implemented numerically and is based on an experimental bench in the IUSTI laboratory. The aim of this study is to optimize the performance of a heat pump-based system by improving its regulation according to different drawing profiles. Then, the procedure is applied to the parametric optimization of an earth-air heat exchanger (EAHE). The system uses geothermal resources to heat or cool the air in a building by ventilation. The model of the earth-air heat exchanger has been experimentally validated with the geothermal platform of the Robert Schuman IUT. A system that combines an EAHE, a double flow ventilation and a heat pump is also being studied. Optimal sizing makes it possible to obtain a system that is profitable, autonomous and efficient for the different climates considered. Finally, the process is applied to the topological optimization of mono and diphasic heat exchangers, which consists of determining the optimal material distribution in a domain subjected to fluid flows and a heat source. An optimization procedure identifies the set of topologies that has a good compromise between pressure drops and heat transfer. The final topology allows to have an optimized distribution of solid elements in order to obtain the best compromise between these objectives.