Dr. Fiona BENARD

(Soutenance de thèse en décembre 2012)

Thèse de doctorat en urbanisme et Aménagement du territoireintitulée : " Formes urbaines et Transport en milieu insulaire : l'exemple de La Réunion",sous la direction de Monsieur Jean-Calude GATINA.

Résumé : L'étalement urbain et le transport sont deux problématiques prépondérantes à 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.

Dr. Boris BRANGEONS

(Soutenance de thèse le 26 octobre 2012)

Thèse de doctorat en Mécanique et Environnement intitulée : " Contribution à l’étude numérique de la ventilation naturelle dans des cavités ouvertes par la simulation des grandes échelles. Application au rafraîchissement passif des bâtiments",sous la direction de Monsieur Alain BASTIDE et la co-direction de Monsieur Patrice JOUBERT.

Composition du jury :

• Monsieur Alain BASTIDE, Professeur, Université de La Réunion
• Monsieur Harry BOYER, Professeur, Université de La Réunion
• Monsieur Patrice JOUBERT, Professeur, Université de la Rochelle
• Monsieur Franck LUCAS, Maître de Conférences, H.D.R., Université de La Réunion
• Madame Anne SERGENT, Maître de Conférences, Université de Paris Sud
• Monsieur Etienne WURTZ, Directeur de Recherches, CNRS, Université de Savoie
• Monsieur Shihe XIN, Professeur, INSA de Lyon

Résumé:

Contexte du sujet : La climatisation est un poste de dépense énergétique important dans le secteur du bâtiment, qui pourrait être réduit de manière drastique par l’utilisation de systèmes passifs de rafraîchissement. Dans les climats chauds et humides, le rafraîchissement passif des bâtiments est une 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.

Dr. Placide JAOHINDY

(Soutenance de thèse le 20 août 2012)

Thèse de doctorat en Mécanique et Environnement intitulée : " Modélisation des systèmes éoliens verticaux intégrés aux bâtiments : modélisation du couple production/bâtiment",sous la direction de Monsieur Alain BASTIDE.

Composition du jury :

• Monsieur Alain BASTIDE, Maître de Conférences, H.D.R., Université de La Réunion
• Monsieur François GARDE, Professeur, Université de La Réunion
• Monsieur Jean-Claude GATINA, Professeur, Université de La Réunion
• Monsieur Jean-Philippe PRAENE, Maître de Conférences, Université de La Réunion
• Madame Bienvenue RANAIVO RABEHAJA, Professeur, Université d'Antsiranana
• Monsieur Victor RAZAFINJATO, Professeur, Institut Supérieur de Technologie
• Monsieur Jean-Marie RAZAFIMAHENINA, Professeur, Université Nord Madagascar
• Monsieur Belkacem ZEGHMATI, Professeur, Université de Perpignan Via Domitia 

Résumé:

La technique d’intégration des systèmes éoliens verticaux (VAWT) au service des logements individuels, collectifs et tertiaire est une approche intéressante pour les acteurs de la maitrise d’énergie pour promouvoir une utilisation 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.
 

Dr. Volana RAKOTONIAINA

(Soutenance de thèse le 17 août 2012)

Thèse de doctorat en Mécanique et Environnement intitulée : " Co-Méthanisation des déchets fermiers et alimentaires. Expérimentation et modélisation",sous la direction de Monsieur Jean-Claude GATINA.

Composition du jury :

• Madame Laetitia ADELARD, Maître de Conférences, H.D.R., Université de La Réunion
• Monsieur Jean-Claude GATINA, Professeur, Université de La Réunion
• Monsieur Dominique MORAU, Maître de Conférences, Université de La Réunion
• Monsieur Tjalfe Görm POULSEN, Maître de Conférences, H.D.R., Aalborg University
• Madame Bienvenue RANAIVO REBEHAJA, Professeur, Université d'Antananarivo
• Monsieur Belkacem ZEGHMATI, Professeur, Université de Perpignan Via Domitia 

Résumé:
Les deux principaux objectifs de cette thèse sont de développer les aspects théoriques et expérimentaux sur la co-méthanisation des déchets fermiers et 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 co-méthanisation 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 vache, lisier de porc et restes de repas et se situant à l’intérieur du domaine expérimental défini par les limites sur les proportions minimale et maximale de chaque composant du mélange. Toutefois, cette loi définie n’est applicable qu’aux mélanges d’association de fumier de vache, de lisier de porc et des restes de repas. Cette loi a été définie pour estimer le BMP des mélanges, et ne permet pas de suivre le procédé  de la méthanisation.

Aussi, pour prédire le volume de biogaz (méthane) journalier ou cumulé de la co-méthanisation des co-produits liquides et solides, nous avons utilisé un modèle dynamique de la digestion anaérobie par des modèles de processus biologiques, adaptés aux types de substrats utilisés au cours des séries de campagne expérimentale. Ce modèle est un modèle tri-phasique dédié  à modéliser la digestion anaérobie de fumier ou de lisier en mode continu ou discontinu et en régime mésophile. La phase d’hydrolyse du modèle de base ne prend en compte que les polymères sous formes solubles. Une adaptation du modèle sur les équations décrivant la phase d’hydrolyse des polymères a été nécessaire afin de tenir compte la concentration des polymères sous formes particulaires contenue dans le type des substrats complexes tel que le fumier, le lisier, et les restes de repas. Ce modèle adapté a été  dénommé modèle de Couplage. Les valeurs des paramètres du modèle devraient être calibrées pour que le modèle puisse prédire les réponses attendues avec un minimum d’erreur. En effet une calibration des paramètres du modèle les plus influents sur les sorties doit être effectuée afin de valider le modèle de Couplage.

Mots clés : 

Co-méthanisation, fumier de vache, lisier de porc, restes de repas, mélange, test BMP, modèle de digestion anaérobie

Dr. Neria VOAVY RAKOTONARIVO