Optimisation structurelle des systèmes énergétiques

L'essor des énergies renouvelables a pris de l'ampleur ces dernières années pour faire face aux problèmes environnementaux liés à la consommation d'énergies fossiles. Ces énergies sont grandement mises à profit dans les secteurs résidentiel et commercial et de nombreux systèmes ont été proposés pour répondre à la demande énergétique des bâtiments. Améliorer le rendement et l'utilisation de ces unités, autrement dit améliorer la gestion de l'énergie, apparaît alors essentiel afin de réduire l'empreinte écologique de l'Homme sur la planète. Toutefois, l'intégration des systèmes est un problème très complexe à résoudre ; en effet, il fait intervenir le nombre d'unités, leur technologie, leur taille, leurs conditions de fonctionnement et la façon de les connecter entre elles. La multitude de solutions proposées met ainsi en relief le manque d'une analyse systématique permettant de comparer leurs performances. Cette démarche est essentielle afin d'évaluer les différents arrangements, quel que soit le critère, et de déterminer l'équipement optimal selon le contexte économique, le climat d'étude et l'espace disponible pour installer les unités. Ainsi, l'objectif est de présenter une telle méthode, soit l'optimisation structurelle des systèmes énergétiques. Elle servira à identifier les différents arrangements possibles entre unités et à comparer leurs performances dans le but de choisir l'équipement optimal. Les combinaisons ont été soumises à un ensemble de contraintes environnementales (climat d'étude), structurelles (espace disponible) et économiques et les critères de choix ont tenu compte des aspects énergétiques, économiques et écologiques. Pour ce faire, en plus des analyses énergétique et économique clas-siques, le concept d'exergie a également été étudié et appliqué à l'équipement. Cependant, l'approche par les logiciels usuels est peu évidente, de par la complexité des systèmes intégrés et les temps de calculs particulièrement longs. Il est clair que le travail d'optimisation au complet constitue une tâche considérable et l'intérêt de cette thèse est d'instaurer les bases de l'optimisation avec des outils appropriés. Une revue exhaustive de l'équipement, plus particulièrement les panneaux photovoltaïques, les capteurs solaires, les pompes à chaleurs et les réservoirs de stockage, a tout d'abord été effectuée de manière à envisager l'ensemble des possibilités de combinaisons des unités pour répondre à la demande énergétique des bâtiments. Des modélisations énergétiques et exergétiques de l'équipement, adaptées au problème d'optimisation, ont été effectuées et appliquées à deux scénarios particuliers : a) une pompe à chaleur solaire avec stockage de glace et réservoir d'eau chaude et b) une pompe à chaleur utilisant l'air ambiant associée à des panneaux photovoltaïques.