Azib -Olivier Toufik
email: toufik.azib@lgep.supelec.fr

Remy Bethoux -Ghislain

Claude Marchand -

Eric Berthelot

Système hybride à pile à combustible et supercondensateur : structures, contrôlecommande et gestion d'énergie

Keywords: Pile à combustible, supercondensateurs, hybridation énergétique, gestion d'énergie, validation expérimentale Fuel Cell, Supercapacitors, Energy hybridization, Energy management, Experimental validation

Cet article présente une étude d'un système hybride utilisant une pile à combustible à membrane d'échange de protons (PEMFC) associé à des supercondensateurs pour des applications à forte dynamique de puissance instantanée telles que les véhicules électriques. Après une présentation du cahier des charges, différentes architectures hybrides sont analysées, et deux configurations de type parallèle sont explorées plus en détail. Pour chacune d'elles, à partir d'une stratégie de contrôle permettant une gestion efficace des flux d'énergie, une validation expérimentale montre les performances obtenues pour la traction d'un véhicule électrique dont la cinématique suit un profil de mission donné.

ABSTRACT. This paper deals with a study of the hybrid system using membrane of exchange of protons fuel cell (PEMFC) with supercapacitors for applications with strong dynamics of instantaneous power, as in the electrical vehicles. After a description of the power requirements, different hybrid structure are analysed, and two parallel structures are more detailed. For each of them, from a control strategy allowing an effective flows energy management, an experimental validation shows the performances obtained on a mission profile given by the vehicle dynamics.

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166/ejee.14.363-382

Introduction

Les applications automobiles doivent faire face à des normes environnementales de plus en plus sévères tant du point de vue des pollutions locales (NOX, suies, …) que des gaz à effet de serre (Cabal et al., 2005). Dans ce contexte, le véhicule électrique présente un potentiel de développement important. Une solution consistant à utiliser une pile à combustible (PàC) à membrane d'échange de protons (PEMFC) est envisagée à moyen terme (Européen, 2006), en raison de sa haute efficacité d'énergie, de son fonctionnement à basse température (~ 80 °C), de sa construction robuste (peu de parties mobiles) et de l'absence d'émission de polluant lors de son fonctionnement [START_REF] Emadi | Power Electronics and Motor Drives in Electric, Hybrid Electric, and Plug-In Hybrid Electric Vehicles[END_REF]. Par ailleurs, sur l'aspect technologique, ces PàC à hydrogène sont encore à améliorer sur un certain nombre de points : diminution de leur coût, augmentation de leur durée de vie et nécessité d'un démarrage rapide en condition de grands froids. Cependant, d'un point de vue système, les générateurs PàC présentent des caractéristiques intrinsèques insuffisantes (temps de démarrage long, dynamique lente, défaillances réversibles…) et une non-réversibilité en puissance [START_REF] Wahdame | Comparison between two PEM fuel cell durability tests performed at constant current and under solicitations linked to transport mission profile[END_REF], [START_REF] Harel | PEMFC durability test under specific dynamical current solicitation linked to vehicle road cycle[END_REF], qui ne leur permettent pas de répondre directement aux exigences des applications automobiles. En effet, outre une exigence de continuité de service, celles-ci sont caractérisées par un important ratio puissance crête / puissance moyenne et des transitoires de puissance très rapides par rapport aux dynamiques disponibles de la PàC. Pour répondre à ce cahier des charges, il convient donc d'adjoindre au générateur PàC une source d'énergie auxiliaire capable tout à la fois de fournir ou de récupérer l'énergie « impulsionnelle » (accélération, freinage) et de pallier les défaillances temporaires de la PàC (noyage des diffuseurs de gaz, diminution accidentelle de l'alimentation en réactif). Aujourd'hui, les supercondensateurs (SCs) ont atteint un stade de développement (efficacité énergétique, durée de vie élevée > 1000000 Cycles, puissance massique élevée de 0.1 à 10 kW/kg, coût réduit) qui leur permettent de répondre aux exigences de ce stockage auxiliaire (Garcia [START_REF] Arregui | Groupe électrogène pour aéronef à pile à combustible hybridée par supercondensateurs[END_REF], (Azib et al., 2009), [START_REF] Thounthong | Supercapacitors as an energy storage for fuel cell automotive hybrid electrical system[END_REF]. Ils possèdent ainsi toutes les caractéristiques qui manquent aux systèmes électrochimiques pour améliorer les performances du véhicule à PàC. Le concept de système hybride utilisant PàC et SCs permet de trouver des solutions optimales pour les cahiers des charges des différents types de véhicules en matière de masse, d'autonomie, de rapidité de charge, de durée de vie et de puissance instantanée de stockage ou de déstockage. En effet, la PàC délivre la puissance moyenne nécessaire à la traction électrique (l'autonomie du véhicule), tandis que le démarrage, l'accélération et le freinage par récupération, qui mettent en jeu des échanges de puissance instantanés importants, sont assurés avec une efficacité élevée par les SCs, réduisant ainsi au minimum les contraintes sur la source d'énergie principale (PàC).

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14.363-382 Plusieurs architectures de ce système hybride existent et peuvent être classifiées en trois catégories en fonction de l'association des différents constituants [START_REF] Capponi | Using Super Capacitors in combination with Bi-Directional DC/DC Converters for Active Load Management in Residential Fuel Cell Applications[END_REF], [START_REF] Cacciato | A critical evaluation and design of bidirectional DC/DC converters for supercapacitors interfacing in fuel cell applications[END_REF], [START_REF] Jiang | Design and experimental tests of control strategies for active hybrid fuel cell/battery power sources[END_REF]: série, parallèle et cascade. L'étude de la littérature associée a montré que l'architecture parallèle est la structure la plus avantageuse [START_REF] Cacciato | A critical evaluation and design of bidirectional DC/DC converters for supercapacitors interfacing in fuel cell applications[END_REF], [START_REF] Jiang | Design and experimental tests of control strategies for active hybrid fuel cell/battery power sources[END_REF]: elle présente notamment des contraintes plus faibles sur les composants, une facilité de gestion d'énergie et une fiabilité accrue.

De même, différentes stratégies de contrôle ont été proposées pour la commande et la gestion de flux d'énergie dans un tel système hybride. Dans plusieurs travaux [START_REF] Jiang | A Compact Digitally Controlled Fuel Cell/Battery Hybrid Power Source[END_REF], [START_REF] Ruan | A Hybrid Fuel Cell Power System[END_REF], les auteurs proposent des stratégies de contrôle basées sur l'état du système, et associant à chaque mode fonctionnement un algorithme dédié. Dans ces approches, la transition entre les différents modes de fonctionnement est problématique et peut engendrer des appels de courant instantané risquant d'endommager le système. D'autres études utilisent des techniques d'intelligences artificielles [START_REF] Hajizadeh | Intelligent power management strategy of hybrid distributed generation system[END_REF], [START_REF] Moreno | Energy-Management System for a Hybrid Electric Vehicle, Using Ultracapacitors and Neural Networks[END_REF], [START_REF] Ortuzar | Ultracapacitor-Based Auxiliary Energy System for an Electric Vehicle: Implementation and Evaluation[END_REF], telles que les contrôleurs flous ou bien les contrôleurs neuronaux. Ces techniques se basent essentiellement sur des réglages empiriques pour lesquels les performances dépendent fortement de l'expertise. Dans un autre registre, les algorithmes basés sur la passivité et les systèmes plats [START_REF] Becherif | Modelling and Passivity based Control of Hybrid Sources: Fuel Cells and Super-Capacitors[END_REF], [START_REF] Payman | Implementation of a Flatness Based Control for a Fuel Cell-Ultracapacitor Hybrid System[END_REF], sont caractérisés par une haute complexité due à la nécessité de maîtriser un grand nombre de variables et de connaître les paramètres du système avec une bonne précision. Ces stratégies engendrent des coûts supplémentaires, souffrent potentiellement de problèmes d'identification de paramètres, et de fiabilité du système. En dernier lieu, la gestion de puissance peut reposer sur la régulation du bus DC et utiliser des contrôleurs simples tels que les régulateurs à action proportionnelle, intégrale et dérivée ou les contrôleurs à modes glissants [START_REF] Marie-Francoise | 42V Power Net with supercapacitor and battery for automotive applications[END_REF], [START_REF] Thounthong | Control strategy of fuel cell and supercapacitors association for distributed generation system[END_REF], [START_REF] Tao | Line-Interactive UPS Using a Fuel Cell as the Primary Source[END_REF], [START_REF] Ramos-Paja | Minimum Fuel Consumption Strategy for PEM Fuel Cells[END_REF], (Azib et al., 2010). Ces méthodes sont particulièrement intéressantes et efficaces car, d'une part, le même algorithme s'applique à toutes les configurations du système énergétique et, d'autre part, les contrôleurs se basent sur un nombre réduit de paramètres et de variables du système.

Cet article étudie deux architectures parallèles permettant l'hybridation d'une PàC comme source principale et d'un module de SCs comme source secondaire. La différence principale entre ces structures réside dans le nombre de convertisseurs statiques utilisés et les stratégies de gestion de l'énergie mise en oeuvre. Ces dernières sont basées sur le découplage, dans le domaine fréquentiel, des caractéristiques de chaque source et utilisent la régulation du bus DC. Enfin, une plateforme d'essais est présentée et des résultats expérimentaux obtenus sont plus précisément analysés. Un cycle identique de fonctionnement de la charge est utilisé pour effectuer diverses comparaisons.

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166/ejee.14.363-382 2. Description de la structure du système hybride Un système hybride (ou multi-sources) se compose d'un ensemble de sources permettant d'assurer, en régime permanent, transitoire et impulsionnel, les énergies, tantôt absorbées, tantôt fournies, par la charge. Cet article se limite aux structures parallèles, avec comme source d'énergie principale, une pile à combustible (PàC) assistée d'une source d'énergie impulsionnelle réversible, à base de supercondensateurs (SCs). Trois topologies de structures parallèles PàC /SCs peuvent être distinguées (Figure 1) : structure parallèle directe, structure parallèle à deux convertisseurs et structure parallèle à un convertisseur. Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14.363-382 L'objectif majeur de cette hybridation est de respecter la dynamique de la pile à combustible limitée principalement par le temps de réponse du compresseur d'air, de contrôler l'état de charge du dispositif de stockage (SC) et d'apporter ou d'absorber la puissance exigée par la charge.

-Structure parallèle directe (Figure 1a): elle consiste à interconnecter chaque source à la charge. Elle permet une prise en compte naturelle des contraintes de chaque source et établit une corrélation naturelle entre puissance moyenne et état de charge des SC. Toutefois, elle nécessite un organe auxiliaire de démarrage. Par ailleurs, les pertes ohmiques des SCs induisent une transmission partielle des transitoires du courant de la charge vers la pile et donc les spécificités de la PàC ne peuvent être totalement assurées.

-Structure parallèle à deux convertisseurs (Figure 1b): elle consiste à associer à chaque source un convertisseur statique. Le convertisseur dédié à la PàC est unidirectionnel en puissance et fonctionne en mode élévateur de tension. Le convertisseur connecté aux SCs fonctionne en survolteur lorsque ceux-ci fournissent transitoirement une partie de la puissance motrice, et opère en dévolteur lorsque les SCs récupèrent l'énergie de freinage ou lorsqu'ils sont chargés par la PàC. Cette structure permet de maîtriser parfaitement la puissance de chaque source. Toutefois, les inconvénients de cette structure sont les inévitables pertes associées à chaque convertisseur statique ainsi qu'un coût plus élevé. En particulier, la puissance délivrée par la source primaire (PàC) est continuellement diminuée par les pertes de son convertisseur.

-Structure parallèle à un convertisseur (Figure 1c) : elle consiste à connecter directement la PàC à la charge et à n'utiliser qu'un seul convertisseur bidirectionnel « d'interface » pour régler les puissances. Ce convertisseur n'est utilisé que de manière intermittente, puisqu'il assure l'adaptation des grandeurs électriques (tension / courant) entre les SCs et la charge. Ses avantages principaux sont la simplicité ainsi que la réduction des pertes et des coûts liés aux interfaces de gestion de puissance (convertisseurs statiques).

Le Tableau 1 récapitule les avantages et les inconvénients de chaque structure :

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166 Ces deux dernières architectures (Figure 1b et 1c) peuvent parfaitement répondre aux exigences mentionnées. Pour obtenir ce résultat, une stratégie de contrôle des degrés de liberté offerts par les convertisseurs a été développée. Elle s'appuie sur le découplage fréquentiel des réponses de chaque source (Figure 2), vis-à-vis des sollicitations de la charge, le condensateur du bus continu prend en charge les hautes fréquences (HF supérieures au kHz), le SC associé à son convertisseur fournit les moyennes fréquences (MF du kHz au Hz) et la PàC assure les basses fréquences (BF inférieures au Hz). La stratégie de contrôle et de gestion d'énergie proposée est fondée sur la régulation du bus continu. En effet, toute variation de puissance de la charge a un impact immédiat sur la tension du bus DC. L'annulation par les sources de cette variation permet donc de répondre aux exigences de la charge. Pour respecter le principe de l'hybridation, le superviseur doit garantir le respect du temps de réponse spécifié pour chaque source. Cette stratégie est basée, directement ou indirectement, sur la décomposition fréquentielle des besoins énergétiques liés à un profil de mission. Dès lors, la gestion de l'énergie va consister à affecter en temps réel les différentes composantes fréquentielles de la puissance de la charge aux différentes sources interconnectées, en fonction des propriétés de chacune. En effet, les SCs peuvent supporter des charges et des décharges fréquentes et de forte intensité. Ils peuvent ainsi fournir ou absorber les composantes de plus hautes fréquences ou de fortes puissances, tandis que la PàC associée à son réservoir d'hydrogène contribue plutôt aux réserves d'énergie pour l'autonomie de longue durée.

Ce découplage fréquentiel lié aux spécificités des sources est réalisé par une stratégie de gestion basée sur des boucles en cascade dont le principe est présenté sur la Figure 3 et sur la Figure 4. Le réglage des bandes passantes de chaque asservissement va permettre de répondre au cahier des charges de la source hybride. Deux étapes clefs permettent cette mise au point :

Charge V BUS V PàC i PàC i CH

Commande des convertisseurs

Commande des convertisseurs

Dans un premier temps, il faut calculer les lois de commandes rapprochées pilotant chacun des convertisseurs, de la PàC et de SCs pour la structure à deux convertisseurs (Figure 5), et du convertisseur des SCs pour la structure à un convertisseur (Figure 6). Cela consiste à mettre en place des boucles internes de courant en adaptant la MLI de chaque convertisseur et donc en pilotant le courant de chaque source. En effet, le contrôle de ces courants est primordial, car il permet de protéger les convertisseurs ainsi que les sources (SCs et PàC) contre d'éventuelles surintensités de courant. Le régulateur est à action Proportionnelle-Intégrale (PI) et une anti-saturation est ajoutée pour maintenir le rapport cyclique dans l'intervalle (0 < α < 0,95). La bande passante de la boucle de courant est alors choisie au cinquième de la fréquence de découpage (fd) fixée à 25kHz, c'est-à-dire 5kHz.

Stratégies de gestion d'énergie

Dans un deuxième temps, il faut définir une stratégie de gestion d'énergie du système hybride (Figure 5, Figure 6). Cette stratégie d'énergie consiste à affecter judicieusement les différentes composantes fréquentielles des sollicitations de la charge aux différentes sources interconnectées. Cela permet donc de synthétiser les consignes de référence des boucles de courant (iSCref, iPàCref). Ce principe de commande est appliqué pour chacune des deux structures retenues.

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14.363-382

Toute modification de la puissance de charge induit une variation de la tension du bus. Ainsi, si l'on régule la tension de bus VBUS(t) à sa référence, les SCs réagissent aux transitoires rapides (MF), et le bus ne répond alors qu'aux hautes variations (HF) de la charge. Par ailleurs, la seule sollicitation de l'assistance entraînerait une décharge permanente des SCs, ce qui impose d'ajouter un système de compensation de son état de charge (EDC). Or, sur un tel système et en fonctionnement normal, seul la PàC peut répondre à ce besoin. Pour cela, le niveau de tension des SCs est mesuré et le convertisseur associé à la PàC est contrôlé afin de faire tendre cette mesure vers sa valeur de référence établie dans le but d'obtenir un potentiel de charge équivalent à son potentiel de décharge. La bande passante de ce dernier asservissement est réglée dans le souci de ne soumettre la pile qu'à des régimes lentement variables (BF). Pour garantir la réjection des transitoires de la charge par les SCs, on mesure la perturbation générée sur le bus DC (Figure 5). Par conséquent, la deuxième boucle en cascade contrôle et régule la tension de bus VBUS(t) à sa référence et génère la référence du courant SCs (iSCref) : plus cette poursuite de tension sera rapide, plus la valeur de capacité CBUS sera petite. Pour cette boucle, le lien entre la variable de contrôle (iSC_ref) et la variable de sortie (VBUS) est établi comme suit :

CH PàC SC BUS BUS I i i dt dV C - + = ' ' [1]
Pour faire apparaître la grandeur de commande iSCref, on réalise un bilan de puissance, en négligeant les pertes dans le hacheur et son inductance L2 :

( ) ( ) 2 ' L SC BUS SC SC p i V i V + ⋅ = ⋅ [2]
Où pL2 est la puissance reçue par l'inductance L2. Dans le cadre d'un asservissement, cette valeur peut s'approximer comme suit :

( ) ( ) ( ) ( ) ( )         - -       = = = k i T k i k i L i dt di L i V kT t p SC e SC SC SC SC SC L e L 1 2 2 2 [3]
Aussi, adopte t-on la commande virtuelle u2 :

( ) ( ) ( ) k i V T k i L k i V V V p i V V u SC BUS e SC SC BUS SC BUS L SC BUS SC ∆ -         ≅ -         = 2 2 2 [4]
Afin d'obtenir une linéarisation du système à contrôler :

CH PàC BUS BUS I i u dt dV C - + = ' 2 [5]
Avec la variable i ' PàC lentement variable et la variable VBUS faiblement variable autour de sa valeur de référence. La grandeur de contrôle u2 doit être construite pour rejeter les perturbations constituées par la charge et la pile.

Néanmoins, la commande du système physique est la variable iSCref et s'obtient à partir de la valeur désirée u2 en résolvant une équation du second degré admettant deux solutions (Figure 7).

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 1 2 2 2 2 2 =         ⋅ +         - ⋅ + ⋅ - k u L V T k i L k i L V T k i BUS e SC SC SC e SC [6]
Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14. [363][364][365][366][367][368][369][370][371][372][373][374][375][376][377][378][379][380][381][382] Il est préférable d'adopter la valeur iSC la plus faible possible afin de réduire les contraintes thermiques et de maintenir la stabilité de la boucle d'asservissement.

Pour ce dernier point, il faut en effet garantir qu'un ∆u2 > 0 fournisse systématiquement un ∆iSC > 0. Cet algorithme permettant d'obtenir la variable réelle de commande iSCref à partir de la variable fictive u2 est réalisé dans le bloc fonctionnel T2 indiqué sur Figure 5. Pour de faibles demandes de puissance, l'algorithme choisit la valeur absolue la plus petite parmi les deux solutions proposées par la résolution de [6]. Dans le cas où la demande de puissance est très importante, cette équation ne donne pas de réponse réelle (discriminant négatif) ; l'algorithme adopte le courant iSC(k) qui donne la puissance transmise la plus élevée (en valeur absolue selon si l'on accélère ou l'on freine). Cette valeur s'obtient en cherchant le point iSC annulant la dérivée de iSC :

( ) ( ) 2 1 2 SC 2 SC L k i L V T k i SC e - ⋅ + ⋅ = [7]
Comme il était légitime de le penser, cette valeur ne dépend bien évidemment pas de la commande désirée u2. A l'instar des boucles de courant, le correcteur synthétisé est également à action proportionnelle-intégrale (PI) ; la bande passante de cette boucle est choisie au dixième de celle du courant pour respecter un bon découplage fréquentiel entre boucles interne et externe. Par ailleurs, afin de respecter les contraintes thermiques des SCs, la valeur absolue du courant de référence iSCref calculé doit être plus faible que le courant nominal (-iNOM < iSCref < +iNOM). Cette contrainte est assurée par la fonction de saturation qui permet de plus de maintenir la tension VSC dans l'intervalle [VSCmin, VSCmax] en agissant dynamiquement sur les bornes de saturation.

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166/ejee.14.363-382 La sollicitation de l'assistance entraînerait une dérive permanente des SCs. L'annulation de cette dernière nécessite une compensation de l'état de charge du banc de SCs. Pour cela, une boucle de compensation est ajoutée afin de maintenir le niveau de charge autour de sa valeur de référence.

La tension du supercondensateur VSC est directement commandée par son courant iSC :

SC SC SC i dt dV C - = [8]
La relation entre la variable de commande iPàCref, et la variable de sortie est donnée par le bilan de puissance suivant :

( ) ( ) 2 1 2 1 ' L CH L BUS PàC BUS PàC BUS L CH PàC BUS SC SC p I p V i V V V p I i V i V +         - - = + - = [9]
Etant donné que les dynamiques visées pour le temps de réponse de la PàC sont inférieures à la seconde et que les deux inductances de filtrage L1 et L2 sont conçues pour la fréquence de découpage (Fd = 25 kHz), il est légitime de négliger, pour cet asservissement, les puissances reçues par les deux inductances. Il s'ensuit que le lien entre variable à contrôler VSC et grandeur de réglage iPàC est donné par :

        -         - = CH PàC BUS PàC SC BUS SC SC I i V V V V C dt dV 1 [10]
La variable fictive de contrôle permettant de linéariser ce système est :

PàC SC PàC i V V u = 1 [11]
Et ne pose pas de problème d'inversion. Le bloc fonctionnel T1 indiqué sur Figure 5 réalise l'inversion de ce lien rigide et calcule la variable réelle de commande iPàCref à partir de la variable fictive u1.

Le correcteur mis en place dans la boucle de compensation est à action proportionnelle-intégrale (PI). Ainsi, sa bande passante est choisie pour respecter les contraintes de la PàC, avec ici une limite inferieure au 1 Hz. Par ailleurs, un système d'anti-saturation est nécessaire pour compenser la limitation en pente du courant de référence.

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14.363-382 3.4. Gestion d'énergie pour la structure à un convertisseur L'idée directrice de la stratégie de gestion pour la structure à un convertisseur est identique à celle adoptée avec la structure précédente, en se limitant au seul degré de liberté du convertisseur associé aux SCs (Figure 6). Elle est basée sur la gestion précise de la tension du bus DC, qui permet le contrôle indirect de la puissance générée par la PàC. Ainsi, avec une boucle de tension rapide, les perturbations transitoires induites par les composantes HF de la charge peuvent être rejetées. Cela implique physiquement que la régulation du BUS continu est fortement dépendante de la rapidité des boucles de contrôle des SCs. En pratique, cette régulation s'effectue à l'aide d'une boucle de courant, qui assure aussi le rôle de protection des SCs. La boucle de tension met en oeuvre un correcteur à action proportionnelleintégrale (PI), et génère une référence de courant (iSCref), qui est bornée. Quant à la boucle de compensation, elle a pour rôle de gérer le niveau de tension des SCs, et faire réagir la PàC pour maintenir son niveau de référence. En effet, dans cette configuration la variable de contrôle n'est plus le courant de la pile (iPàCref), mais c'est la tension du bus (VBUSref) qui est l'image directe de la tension de la PàC (VPàCref). Par conséquent, dans le but d'éviter à la PàC des changements trop rapides, la tension de bus doit évoluer de manière lente. Toutefois, la mise en oeuvre du correcteur associé est identique à celle décrite dans le contrôle de la structure à deux convertisseurs. Le correcteur synthétisé pour cette boucle est également à action proportionnelle-intégrale (PI) et sa bande passante est aussi choisie pour respecter les contraintes de la PàC, c'est-à-dire inférieure à 1 Hz. Un système d'anti-saturation à été ajouté pour prendre en compte la limitation en pente de la tension du bus DC.

Le tableau 2 récapitule les objectifs, les contraintes, les moyens d'action et les contrôleurs utilisés pour la commande et gestion d'énergie proposée.

Par cette technique de commande, nous assurons une gestion d'énergie efficace des différents éléments du système. En effet, les contraintes électriques associées à chaque constituant imposent de satisfaire les objectifs suivants : répondre aux exigences de la charge, limiter la dynamique de la pile, faire supporter les transitoires rapides de la charge (accélération, décélération) par les SCs, et maintenir à long terme le niveau nominal de charge des SCs.

Les charges fluctuantes représentent une part importante de la puissance consommée dans de nombreuses applications. Pour les applications automobiles, elles engendrent des pics atteignant approximativement plus de dix fois la puissance moyenne PMoy de la charge, ce qui engendre une dynamique très contraignante. Pour ces raisons, nos approches seront testées avec un profil sévère utilisant une succession d'échelons de puissance.

Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166/ejee.14.363-382

Boucles

Objectifs Contraintes Actions Contrôleurs

Commande des convertisseurs

Boucle de courant SCs

-protéger les SCs et leur convertisseur.

-les limites électriques du stockage.

αSC PI

Boucle de courant PàC

-protéger la PàC et son convertisseur.

-les limites électriques de la source principale (PàC).

- -suivre la trajectoire de la tension bus, -faire réagir les SCs aux transitoires rapides.

-les limites électriques du stockage, -la variation de la trajectoire de la tension bus.

-le bus DC, iSCref PI

Boucle de compensation SCs

Deux convertisseurs -maintenir le niveau de charge des SCs -faire réagir la PàC pour la compensation des SCs.

-respecter la dynamique lente de la PàC.

-les limites électriques de chaque source, iPàCref PI

Un convertisseur

-maintenir le niveau de charge des SCs -faire réagir la PàC pour la compensation des SCs.

-assurer une variation lente de la trajectoire du bus DC, dans le but de respecter la dynamique lente de la PàC.

-la variation de la tension bus, lors des transitoires rapides -le bus DC, Des expériences ont été effectuées avec le banc de test pour vérifier les résultats théoriques obtenus. Ainsi, l'analyse sera essentiellement centrée sur la réponse transitoire du système PàC/SCs. La Figure 9 (a,b) présente la réponse du système hybride pour les deux architectures vis-à-vis d'une charge incluant des échelons de courant positifs et négatifs (Figure 9-a2,6-b2). A chaque transitoire positif de charge (t=0,9 s / 43 s / 96 s), la tension de bus pour la structure à deux convertisseurs (Figure 9-a3) est transitoirement légèrement affectée (moins de 4%), mais est globalement bien régulée à sa valeur de référence constante. Tandis que celle de la structure à un convertisseur (Figure 9-b3) diminue sans à-coup. On observe une diminution lente de la tension de la PàC, mais celle-ci reste néanmoins asservie à sa référence. En effet ceci est rendu possible par les supercondensateurs qui réagissent rapidement aux transitoires brusques du courant de la charge (Figure 9-a2, 6-b2). Ces transitoires sont induits par la régulation de tension de bus et permettent d'assurer la majeure partie de la composante transitoire de la puissance exigée. Le transfert d'énergie des SCs au bus DC s'opère donc correctement et permet de compenser l'énergie qui n'est pas fournie par la PàC. Cela autorise la pile à réagir sans variation brusque de son courant aux sollicitations de la charge (Figure 9-a3, 6-b3). L'augmentation de 1,5 A s -1 est très favorable pour sa durée de vie [START_REF] Corbo | Dynamic behaviour of hydrogen fuel cells for automotive application[END_REF]. Puis, au fur et à mesure de l'augmentation du courant de la PàC, la décharge des SCs caractérisée par la diminution de sa tension s'atténue jusqu'à s'annuler (Figure 9-a4, 6-b4). Il s'établit alors un régime de rééquilibrage (appelé compensation), caractérisé ici par une recharge du banc de SCs à sa valeurs de référence (VSCref) fixée à 24V.

Durant les transitoires négatifs du courant de la charge (aux instants t = 63 s /147 s /184 s), on peut également observer une diminution lente du courant de la PàC (BF); celle-ci est contrôlée par la limitation de pente de la boucle de compensation. Durant ces transitoires, la charge est alimentée par la PàC mais une partie de la puissance excédentaire de celle-ci est absorbée par le banc de SCs (HF). Par la suite, un rééquilibrage (compensation) s'effectue car la PàC fournit progressivement la puissance nécessaire à la charge, ainsi que celle nécessaire pour ramener les tensions des SCs à leurs niveaux de référence. En l'occurrence, il peut s'agir d'une puissance plus faible que celle nécessitée par la charge afin que la tension du banc de SCs diminue vers son niveau de référence. Ce cas se présente, par exemple, entre t = 170 s et t = 180 s. Cette stratégie de gestion de l'énergie est identique et reste valable pour les deux structures de convertisseur présentées.

Pour l'heure, le fonctionnement récupératif n'est pas encore envisageable sur notre banc qui n'a encore qu'une charge active à 1 quadrant. Toutefois, la baisse brutale de puissance de la charge crée un fonctionnement récupératif non pas de la charge vers les SCs mais de la PàC vers les SCs qui valide la capacité de la supervision à gérer ce type de situation. La constitution d'une charge programmable Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14.363-382 4 quadrants est en cours et permettra de valider en plus de l'architecture de contrôle la solidité du choix des constituants.

La structure à un convertisseur permet donc d'obtenir une gestion équivalente à la structure à deux convertisseurs au niveau de la PàC (Figure 9-a5, 6-b5). Par ailleurs, nous pouvons constater que les architectures étudiées ainsi que l'ensemble des commandes rapprochées et de la gestion d'énergie associé permettent bien de satisfaire le cahier des charges de la source hybride : la demande de puissance de la charge d'une part et les contraintes des sources d'autre part. Les résultats présentés montrent que le contrôle de la structure à un convertisseur reste simple, efficace et sûr, malgré une réduction des degrés de liberté. , Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166/ejee.14.363-382

P CH [W] i SC [A] i PàC

[A] V BUSref [V] V BUS [V] V SCref [V] V SC [V] V PàC [V]

Conclusion

Dans cet article, les structures et les stratégies de commande de deux sources d'énergie hybrides parallèles ont été présentées. Ces deux structures utilisent une pile à combustible pour l'énergie permanente et des modules de supercondensateurs pour les transitoires d'énergie. Des stratégies de contrôle de gestion ont été validées par des tests expérimentaux sur un système PàC/SCs. Les résultats montrent que, même avec des degrés de liberté réduits, la structure parallèle à un convertisseur gère convenablement l'énergie, avec des performances comparables à la structure à deux convertisseurs. Finalement, la structure et la stratégie de commande restent simples, efficaces et sûrs. Or, pour les applications automobiles, le poids et le coût sont des contraintes majeures. Aussi, avec un fonctionnement comparable des deux structures, il est moins coûteux de choisir la structure à un convertisseur.

Le système présenté dans cet article peut être transposé aux capacités de puissance plus importantes ou plus faibles ce qui permet de l'étendre à d'autres types d'application.

  Structure parallèle à un convertisseur.

Figure 1 :

 1 Figure 1 : Structures parallèles du système de puissance hybride PàC/SCs

Figure 5 :Figure 6 :

 56 Figure 5 : Stratégie de commande et gestion d'énergie de la structure à deux convertisseurs

Figure 7 :

 7 Figure 7 : Impact du choix de iSC sur la stabilité du système

  Récapitulatif de la stratégie de commande et gestion d'énergie 4. Implémentation et résultats expérimental 4.1. Configuration de la plateforme expérimentale Dans le but de valider ces approches, un banc d'essai a été mis en place : il comprend une PàC « Nexa » (1200W) développée par la société Ballard, deux modules (Maxwell BMOD0250) associant chacun six SCs de la société Maxwell, Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information: EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. Doi : 10.3166/ejee.14.363-382 deux hacheurs de type « boost » pour la PàC et « buck-boost » pour les SCs réalisés avec des modules IGBT standard (SEMITRANS: SKM50GB123D), une carte de contrôle DSPACE en temps réel DS1104 utilisée pour le contrôle et la gestion d'énergie et une charge électronique ZS1806 de 1800W (0…150 A, 0…60 V), programmable en courant ou en puissance. La Figure 8 montre le banc d'essai et ses différents constituants.

Figure 8 :

 8 Figure 8 : Description des composants de la plateforme expérimentale

Figure 9 :

 9 Figure 9 : Résultats expérimentaux pour un profil de puissance de charge

  Principe de base de la décomposition fréquentielleAccepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information:EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382.

	P Load P CH P CH (t) (t) Figure 2 : Doi : 10.3166/ejee.14.363-382 3. Contrôle-commande et gestion d'énergie BF MF P FC SC MF MF BF BF P Pà àC C SC SC	HF BUS HF HF BUS BUS	P P P Pà àC C (t) (t) P P SC SC (t) (t)

L 1 V SC i SC L 2 i' PàC i' SC SCs PàC PàC Stratégie de gestion d'énergie α PàC α SC i PàCref i SCref

	Commande et Stratégie de gestion d'énergie
	i SC	V SC	i PàC	V PàC	V

BUS

Figure

3

: Architecture de supervision de la structure à deux convertisseurs Accepted article for publication in European Journal of Electrical Engineering -Citation information:

EJEE, Lavoisier, 2011, 14 (2-3), pp.363-382. doi : 10.3166/ejee.14.363-382

Charge V BUS V PàC i PàC i CH Commande de convertisseur V SC i SC L 2 i' SC SCs PàC PàC Stratégie de gestion d'énergie α SC i SCref

	i SC	V SC	i PàC	V PàC	V

Commande et Stratégie de gestion d'énergie BUS

Figure 4 : Architecture de supervision de la structure à un convertisseur


Manar Ibraheem

Nadine Tournois

Influence of service environment on client loyalty in luxury hotels: A test of the cognitionemotion approach

Keywords: Service environment, Overall perceived service quality, Emotions, Loyalty, Optimal stimulation level

Extending the Mehrabian-Russell model (1974), this study proposed a conceptual model to examine the impact of service environment on emotional responses, perceived service quality, and loyalty. As such, the mediator role of optimal stimulation level is taken into account. The proposed model was tested into the context of luxury hotels, which is one of the most important hotel segments in France. The data were collected from 354 individuals who were seen in different places in Nice and who have recently stayed in four or five-star hotels. The hypotheses were tested using structural equation modelling. The results showed that customers' perception of service environment increases customers' evaluation of service quality and positively affects the feeling of pleasure and arousal, which lead to loyalty.

In addition, the results indicated that perceived service quality had a significant effect on pleasure and not on arousal. Finally, the moderating role of (OSL) was supported only for the relationship between pleasure and loyalty. The managerial implications, limitations, and suggestions for future research are discussed in the latter part of this study.

Introduction

In their quest for sustainable competitive advantages, luxury hotels try to create their own identity by preserving a prestigious and differentiated image that can contribute to customer loyalty. Service place management seems to be one of the key levers to meet this challenge.

The idea is to configure the service setting by using sensory factors such as music, colors, light, smells, in a way to charm the consumer's senses and facilitate immersion in the consumption experience. Mehrabian-Russell's (1974) environmental psychology model is widely applied in research into environmental marketing. This model claims that environmental stimuli could affect customers' emotional responses (pleasure, arousal and dominance) which, in turn, elicit approach or avoidance behavior toward the environment. Pleasure refers to an emotional state of well-being, joy and satisfaction, while arousal corresponds to the degree of awakening and activation. Dominance, denote the feeling of power and control. Many researchers have, however, proposed to exclude the dominance dimension, confirming that pleasure and arousal can represent all emotional responses in a large number of environments [START_REF] Donovan | Store atmosphere: an environmental psychology approach[END_REF]Matilla and Wirtz 2001;[START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF].

Despite the importance of the Mehrabian-Russell model, its affective view provides only a partial explanation of the relationship between consumption settings and consumer behavior (Liu and Jang 2009). Environment cues are also likely to influence personal belief and judgement about products and services in this environment, says [START_REF] Bitner | Servicescapes: the impact of physical surroundings on customers and employees[END_REF]. A comfortable environment of a hotel could positively influence customers' perception of service quality as well as overall evaluations of experience. Therefore, in order to propose an enriched view of the space-customer relationship, it is necessary to extend the M-R model and examine the effect of environmental cues on behavioural responses through emotions and cognition. However, behavioural responses in this study don't present actual behaviors of customers, but rather their intentions to manifest a future behavior of loyalty to the provider [START_REF] Jang | Perceived quality, emotions, and behavioural intentions: application of an extended Mehrabian-Russell model to restaurants[END_REF].

Otherwise, overall perceived service quality, which can be seen as the result of a global evaluation, is considered as representing cognitive response. Since many studies assume that costumer's perception of service quality may lead to behavioural reactions or loyalty (N'Goala 1993;[START_REF] Zeithaml | The behavioural consequences of service quality[END_REF][START_REF] Wakefield | Customer response to intangible and tangible service factors[END_REF], the concept of overall perceived service quality has been overlooked in considering the relationship between environmental cues and loyalty.

Finally, research on sensorial marketing has paid little attention to luxury hotels, the sector that is driving growth in France hotel market. As luxury hotels professionals invest a great deal in space management, it seems pertinent to investigate the benefits of this practice and its impact on customer responses in this context.

The purpose of this study is therefore to answer the following question: to what extent is perceived service environment likely to influence customer loyalty? To do this, we empirically test a conceptual model of the environmental cues effect on loyalty through overall perceived service quality and emotions, and explore the relationships between these internal responses.

Literature review

Service environment [START_REF] Kotler | Atmospherics as a marketing tool[END_REF] claimed that customers perceive the store environment through a combination of different dimensions: visual, olfactory, tactile, and auditory. [START_REF] Baker | The role of the environment in marketing services: the consumer perspective[END_REF] identified three categories of environmental factors: design that corresponds to the visual dimension of the external or internal environment; ambience which includes the other sensory factors (olfactory factor, auditory factor and tactile factor); and social factors that include number, appearance and behavior of people in the place. [START_REF] Bitner | Servicescapes: the impact of physical surroundings on customers and employees[END_REF] proposed another typology according to what service environment consists of three dimensions: a) ambient conditions; b) Spatial layout and functionality that refer to the way in which equipment and furniture are arranged within an environment, and size and shape of these elements, as well as their ability to facilitate performance; and c) signs, symbols and artefacts that communicate the place to its users [START_REF] Bitner | Servicescapes: the impact of physical surroundings on customers and employees[END_REF]. [START_REF] Wakefield | The effect of the servicescape on customers' behavioural intentions in leisure service settings[END_REF] consider cleanliness of a service place as a major dimension of service environment. [START_REF] Turley | Atmospheric effects on shopping behavior: a review of the experimental evidence[END_REF] also pointed out that the human elements (e.g., the appearance of employees and the interaction between consumers) and the exterior of the store (e.g. architectural style and parking area) should be viewed as principal environmental dimensions. [START_REF] Brunner-Sperdin | It is all about the emotional state: Managing tourists'experiences[END_REF] highlight the importance of jointly considering the physical and social dimensions of environment to capture the emotional responses of clients. For these authors, social dimension includes appearance, skills and behaviors of staff. The literature seems to support these propositions (Baker 1986;[START_REF] Baker | An experimental approach to making retail store environmental decisions[END_REF][START_REF] Keillor | A study of the service encounter in eight countries[END_REF]. Therefore, in our research, we consider that service environment includes the physical components (ambient factors, interior and exterior design, etc.) and human components that may include static elements such as number, appearance and behaviors of consumers and employees. This may be explained by the fact that we are studying the hotel environment, so we should consider the quality of all the existing elements in this environment of what employees and customers constitute a significant part. Thus, we adopt a typology widely used in marketing research, it is the typology proposed by [START_REF] Baker | The role of the environment in marketing services: the consumer perspective[END_REF] that identified the dimension of environment as three composites: design, ambience and social factors

Customer loyalty.

Three traditional approaches are generally used to define customer loyalty: behavioural, attitudinal and composite. The behavioural approach uses indicators such as purchase frequency or purchase sequence to define loyalty. According to the attitudinal approach, loyalty is manifested by preferences, favorable attitudes and repurchases intention. The composite approach includes a combination of two behavioural and attitudinal dimensions (Plichon and Litchlé 2008). For some authors, the relational approach gives a broader view of loyalty without being limited to a succession of discrete transactions [START_REF] Moulins | Des Communications interpersonnelles à la Fidélité à la Marque : essai de modélisation[END_REF]. Loyalty, from this perspective, is the deep and continuous relationship established between consumer and provider; it's manifested in multiple forms (cooperation, word-of-mouth, etc.) [START_REF] N'goala | Proposition d'une conceptualisation et d'une mesure relationnelle de la fidélité[END_REF].

Moreover, [START_REF] Oliver | Whence consumer loyalty?[END_REF] distinguishes four sequential phases in the process of loyalty: cognitive phase (based on beliefs towards brand), affective phase (attitude towards brand), conative phase (behavior intention) and behavioural phase (product repurchase). In the service sector, loyalty has been widely defined according to its conative dimension [START_REF] Jani | Personality, satisfaction, image, ambience, and loyalty: Testing their relationships in the hotel industry[END_REF]. Thus, customer loyalty is often apprehended through the intention to revisit for example the same destination, to return to the same hotel or restaurant, to recommend them to others [START_REF] Demoulin | Music congruency in a service setting: The mediating role of emotional and cognitive responses[END_REF] as well as to spread word-of-mouth [START_REF] Han | The role of physical environment, price perception, and customer satisfaction in determining customer loyalty in the restaurant industry[END_REF]. Therefore, we are adopting this fairly recognized perspective in tourism marketing to conceptualize loyalty in the luxury hotel industry.

Research hypotheses

Service Environment and Emotional Responses

According to the M-R model, when clients are exposed to environmental stimuli, they experience emotional reactions. [START_REF] Ryu | Influence of restaurants' physical environments on emotion and behavioural intention[END_REF], in a study in upscale restaurants, found that environmental factors such as aesthetics, ambience, and social factors affect customers' pleasure feeling; while ambience and social factors increase the level of arousal. In addition, [START_REF] Wakefield | The importance of servicescape in leisure service settings[END_REF] validated the role of baseball field environment in explaining the audience's arousal during the game. [START_REF] Hyun | A better investment in luxury restaurants: Environmental or non-environmental cues[END_REF] claimed that arousal feeling can be evoked as a result of a favorable perception of the environment. Lin (2010)a concludes that positive arousal occurs when the client is interested in the hotel room ambience that he perceives to be similar to his expectations. Similarly, [START_REF] Mattila | Congruency of scent and music as a driver of in-store evaluations and behavior[END_REF], [START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF] have confirmed the influence of music and scent in store on consumer emotions (pleasure and arousal). Based on these discussions, the following hypotheses were proposed: H1a: Service environment has a direct positive influence on customer pleasure. H1b: Service environment has a direct positive influence on customer arousal.

Emotional responses and loyalty

Emotions have been shown to be an important determinant of behavioural intention or loyalty in many studies. It was indicated that pleasure increases customers' return intention to restaurant [START_REF] Ryu | Influence of restaurants' physical environments on emotion and behavioural intention[END_REF][START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF][START_REF] Hyun | A better investment in luxury restaurants: Environmental or non-environmental cues[END_REF]. Others pointed out that customer pleasure and arousal feelings both influence purchase intention, word-ofmouth and loyalty [START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF]. [START_REF] Jang | Perceived quality, emotions, and behavioural intentions: application of an extended Mehrabian-Russell model to restaurants[END_REF], for their part, confirm the existence of a relationship between positive and negative emotions, on the one hand, and future behavioural intention towards this restaurant on the other. Similar results were obtained in a study conducted in hospitality industry by [START_REF] Jani | Influence of environmental stimuli on hotel customer emotional loyalty response: Testing the moderating effect of the big five personality factors[END_REF]. Thus, the following hypothesis is proposed:

H2a: Pleasure has a direct positive influence on loyalty.

H2b: Arousal has a direct positive influence on fidelity

Service environment and overall perceived service quality

Given the intangibility of service and the complexity of its evaluation, consumers rely on many indices existing in the service environment to estimate performance, before, during and after consumption [START_REF] Huang | Servicescape, service convenience, and service evaluation in food and beverage industry[END_REF]. Perceived service quality, which represents a global judgement based upon perception of attributes quality [START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF], could be viewed as an outcome of client exposure to environmental stimuli [START_REF] Bitner | Servicescapes: the impact of physical surroundings on customers and employees[END_REF][START_REF] Bagozzi | The role of emotions in marketing[END_REF]. Hotel cleanliness, for example, helps customer to assess service quality [START_REF] Barber | Enhancing the assessment of tangible service quality through the creation of a cleanliness measurement scale[END_REF]. In a study realized within the field of sports activities, Hightower, Brady and Baker (2002) found that environment perception is a predictor of overall perceived service quality. [START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF] empirically confirm this result in restaurant sector. Other studies have yielded similar results in different contexts [START_REF] Temessek | L'influence de l'environnement physique et des interactions sociales sur la fidélité lors d'une rencontre de service: application au cas de l'hôtellerie de tourisme[END_REF][START_REF] Hooper | The servicescape as an antecedent to service quality and behavioural intentions[END_REF]. Therefore, we hypothesize: H3: Service environment has a direct positive influence on overall perceived service quality.

Overall perceived service quality and loyalty

The relationship between perceived service quality and loyalty has been the subject of much research on marketing [START_REF] Zeithaml | The behavioural consequences of service quality[END_REF][START_REF] Wakefield | Customer response to intangible and tangible service factors[END_REF].

It is based on the assumption that service quality is cognitively assessed and reflects a favorable attitude inducing behavioural intention in client [START_REF] Cronin | Measuring Service Quality: A Reexamination and Extension[END_REF][START_REF] Zeithaml | Consumer perceptions of price, quality, and value: a means-end model and synthesis of evidence[END_REF]. But this relationship is far from obvious. The question of its nature and its significance remains interesting to discuss, and even more in the hotel context. Indeed, based on the Bitner's (1990) model, it is the cognitive responses which determine the customer behavior. Various research on client loyalty shows that a favorable perception of service quality makes revisiting more likely [START_REF] Baker | Quality, satisfaction and behavioural intentions[END_REF][START_REF] Bigne | Tourism image, evaluation variables and after purchase behaviour: inter-relationship[END_REF]. Similarly, according to a survey of Korean consumers, perceived service quality is one of the three best determinants of loyalty: the other two determinants are brand image and switching costs [START_REF] Kim | The effects of customer satisfaction and switching barrier on customer loyalty in Korean mobile telecommunication services[END_REF]). In addition, in a qualitative survey, carried out by [START_REF] Mason | Guest perceptions of hotel loyalty[END_REF], hotel guests were asked "what is hotel loyalty for you?" Quality of service was among the most mentioned factors in the responses. It also appears that research in business environment shows a greater interest to the question of predicting loyalty or similar variables by perceived service quality [START_REF] Ha | Perceived justice in service recovery and behavioural intentions: The role of relationship quality[END_REF][START_REF] Jang | Perceived quality, emotions, and behavioural intentions: application of an extended Mehrabian-Russell model to restaurants[END_REF]. Therefore, the following hypotheses are offered: H4: Overall perceived service quality has a direct positive influence on customer loyalty.

Overall perceived service quality and emotions

There are two schools of thought regarding the relationship between emotion and cognition. The first is that emotion precedes cognition during the evaluation process (Zajonc and Markus 1982;[START_REF] Pham | Affect monitoring and the primacy of feelings in judgement[END_REF]. The second argues that emotion is derived by cognition (Lazarus, 1999). Since our structural model does not allow us to test a two-way relationship between overall perceived service quality (which represents a cognitive evaluation) and emotional responses, we have to choose one of two approaches to be tested in our study. Based on these schools, [START_REF] Chebat | Impact of ambient odors on mall shoppers' emotions, cognition, and spending: A test of competitive causal theories[END_REF] tested two competing models combining emotions and cognition. They found that cognition-emotion model is the most robust and appropriate in sensory marketing research. They also conclude that ambient scent positively influences perceptions of shopping environment and product quality which, in turn, could influence arousal and pleasure, respectively. The authors confirm, therefore, that cognition mediates the effects of environmental stimulus (ambient scent) on emotions. Depending on this result and as well as on Oliver's framework (1999) according to what cognitive loyalty leads to affective loyalty, cognitive-emotion model could be tested in our study. Thus, causal effect of overall perceived service quality on emotions is postulated. This proposition has been proven several times in environmental literature. [START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF] emphasized that servicescape positively influences perceived service quality which produces a pleasure feeling. [START_REF] Jang | Perceived quality, emotions, and behavioural intentions: application of an extended Mehrabian-Russell model to restaurants[END_REF] also affirm that positive emotion can be generated by service quality during a meal in a restaurant. [START_REF] Lee | Understanding how consumers view green hotels: how a hotel's green image can influence behavioural intentions[END_REF] showed that service value and service quality, as cognitive components, have a positive impact on the emotions in green hotels. Similar results were obtained by [START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF] then [START_REF] Hyun | A better investment in luxury restaurants: Environmental or non-environmental cues[END_REF]. Accordingly, we hypothesize as follows:

H5a: Overall perceived service quality has a positive influence on pleasure.

H5b: Overall perceived service quality has a positive influence on arousal.

Service environment and loyalty

Services marketing literature demonstrates the important role that did environment in determining behavioural intention [START_REF] Wakefield | The importance of servicescape in leisure service settings[END_REF][START_REF] Hightower | Investigating the role of the physical environment in hedonic service consumption: an exploratory study of sporting events[END_REF][START_REF] Jang | Perceived quality, emotions, and behavioural intentions: application of an extended Mehrabian-Russell model to restaurants[END_REF]. [START_REF] Belk | Situational variables and consumer behavior[END_REF] suggests that environment, as a situational variable, can largely determine consumer preferences for different types of products or services. [START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF] advocate that environmental stimuli positively influence pleasure and perceived service quality which, in turn, increase behavioural intention. In the same sense, [START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF] conclude that pleasure mediates the relationship between ambient stimuli (music and scents) and loyalty to the store, while arousal does not. [START_REF] Hyun | A better investment in luxury restaurants: Environmental or non-environmental cues[END_REF], nevertheless, confirm the mediating role of arousal in the relationship between environment and behavioural intention. [START_REF] Jani | Influence of environmental stimuli on hotel customer emotional loyalty response: Testing the moderating effect of the big five personality factors[END_REF] also postulate that hotel ambience indirectly influences customer loyalty through positive and negative emotions. Based on this reasoning, we propose to examine the presence of a causal relationship between service environment and customer loyalty in luxury hotels. It also seemed important to test the simultaneous mediation of overall perceived service quality and emotions, since this analysis is rarely addressed in the literature. To this end, it's hypothesized that: Moderating effect of optimal stimulation level (OSL) [START_REF] Falcy | Pour une mise en oeuvre du concept du niveau de stimulation optimal dans un contexte français[END_REF] defines optimal stimulation level as "a point of stimulation to which every individual aspires will try, through his behavior, to maintain or restore". Mehrabian and Russell (1974) suggest that the amount of stimulation people prefer to depend upon their optimal stimulation level. Thus, consumers with higher optimal stimulation levels prefer environments with greater stimulus intensity and variety [START_REF] Mehta | The impact of perceived crowding on consumers' store patronage intentions: Role of optimal stimulation level and shopping motivation[END_REF].

Research on how personality traits, such as optimal stimulation level, may influence consumer responses yet is scant. Thus the moderating effect of this situational variable seems to be an important proposition in hotel literature. Several empirical studies tested the moderating role of OSL in the effete of music [START_REF] Rieunier | L'influence de la musique d'ambiance sur le comportement du consommateur sur le lieu de vente[END_REF], scent [START_REF] Maille | L'influence des odeurs sur le consommateur: la tendance à la recherche de sensation et au comportement exploratoire comme variables modératrices[END_REF], color [START_REF] Roullet | Impact de la couleur de fond sur les croyances envers le produit : une approche multiculturelle[END_REF], or advertisement color (Lichtlé 1998) on consumer reactions. Based on these reflections, we also consider OSL as a personality trait, particular to each individual and linked to the tendency of exploratory behavior or disloyalty. It is therefore possible to propose that loyalty intention varies according to optimal stimulation level. Hence, the following hypotheses are forwarded: H8a: A consumer's optimal stimulation level moderates the effect of service environment and loyalty.

H8b: A consumer's optimal stimulation level moderates the effect of overall perceived service quality on loyalty. H8c: A consumer's optimal stimulation level moderates the effect of arousal on loyalty.

H8d. A consumer's optimal stimulation level moderates the effect of pleasure on loyalty.

The conceptual model integrating all the above hypotheses is presented in Figure 1 (see appendix A).

Research methodology

Measures

To measure the constructs in the conceptual model, scales were adopted from previous studies with slight modifications to ensure the appropriateness in the study context. An initial pool of 48 items was employed to capture the latent constructs. Twenty one items were developed to measure the three dimensions of service environment (adapted from [START_REF] Hightower | Investigating the role of the physical environment in hedonic service consumption: an exploratory study of sporting events[END_REF]. A five-point semantic differential was used to measure six items of them, whereas a five-point Likert scale measuring the degree of agreement with the other items.

Overall perceived service quality is measured by 5 items, adopted from Cronin and Tylor (1992) and Hightower, Brady and Baker (2000), corresponding to the overall impression of service.

These five items were measured on a five-point Likert scale anchored from one (strongly disagree) to five (strongly agree). Emotions were measured using a five-point differential semantic scale with 12 items suggested by [START_REF] Plichon | Analyse de l'influence des états affectifs sur le processus de satisfaction dans la grande distribution[END_REF]: six items for pleasure and six items for arousal. Customer loyalty, apprehended in our research through its conative dimension (behavioural intention), was measured using a five-point Likert scale with five items developed by [START_REF] Zeithaml | The behavioural consequences of service quality[END_REF]. Their scale is composed at the beginning of 13 items classified into five dimensions whose loyalty is a dimension grouping five items. Finally, we measured optimal stimulation level using (CSI II) scaled proposed by Steenkamp and Baumgartner (1995). These items were measured on a five-point Likert scale.

Data collection

Prior to conducting the final survey, the draft questionnaire was examined and refined by two experts whose the comments helped us to design the final questionnaire. To assess question wording and test item validity and reliability, a pilot test was administered to a convenience sample composed of 60 French and foreign people. After this pretest, questions that were ambiguous were deleted from the original version and some modifications were realized to some questions. The final questionnaire survey was conducted in many tourist areas of the city of Nice. The data were collected using the judgement method, a particular form of convenience. Thus, every respondent was asked if he was over 18 and had spent at least three nights in a fouror five-star hotel in the PACA1 region recently. Those who met these criteria were asked to complete the questionnaire. After deleting incomplete responses, 354 surveys were used for final analysis. The descriptive analysis indicates 51,14 to be female, 41.2% were under the age of 40. All socio-professional categories are represented in the sample. The overall sample was randomly split into two sub-samples, one for an exploratory phase (N = 100) and the other for a confirmatory factor analysis and hypothesis testing (N = 254).

Results

Measurement validation

Seven items were removed by principal component Analysis with SPSS. Coefficient alpha's were all above the recommended value of 0.70 in this phase. Then a confirmatory factor analysis was conducted to assess the convergent and discriminant validities of the construct measures. As shown in table 1, all of the items loadings are satisfactory. Jöreskog rhô values surpassed 0,80 indicating a good reliability for each dimension. The convergent validity was tested with the average variance extracted (AVE) and was higher than 0.5 for each construct.

In addition, as displayed in table 2 (in Appendix B), all latent variables have met the criteria for discriminant validity since (AVE) for all of them was greater than the variance explained between the associated constructs (R²) [START_REF] Fornell | Evaluating structural equation models with unobservable variables and measurement error[END_REF].

Structural equation models and hypothesis testing

Structural model results

It has been suggested that LISREL approach requires at least ten observations per manifest variable to obtain robust results [START_REF] Chin | The partial least squares approach for structural equation modelling[END_REF]. Our sample (254) does not meet this criteria because the overall model includes five constructs measured by 34 indicators (after the confirmatory phase). Hence, in order to validate the structural model and estimate the causal relationships, we used the Partial Least Squares (PLS) method with Xlstat (2014) which provides an index of the predictive power of structural model (Goog-of-fit or Gof).

Indeed, the results, summarized in table 3 (in Appendix B), highlight a good fit of the structural model with the data. All GoF indexes are greater than 0.5. The index of the global model and that of the bootstrap model has very similar values that reveal a stability of the model.

In addition, critical ratios are all greater than 1.96, implying that the predictive power of the model is statistically significant (see table 3). The direct effect hypothesis test was performed using classical multiple regressions (OLS). The coefficient of determination (R²), "Path coefficients" and value of f² were interpreted [START_REF] Hair | A primer on partial least squares structural equation modelling (PLS-SEM)[END_REF].

As shown in the table 4, all R² are greater than 0.3 indicating the significance of the model [START_REF] Chin | The partial least squares approach for structural equation modelling[END_REF]. Service environment and perceived service quality explain pleasure to more than 60%: R² = 0.604. The contribution of environment to R² is higher than that of perceived service quality (63% vs 37%). In addition, there is a strong positive relationship between environment and pleasure: the coefficient is close to 0.5 with │t│ = 0.000 <0.01 and CR> 1.96. The hypothesis (H1a) is supported. The link between perceived service quality and pleasure is also positive with a coefficient of (0.324) and significant (CR = 4.058, p< 0.01), the hypothesis H5a is thus supported.

The results show that our model predicts more than 52% of arousal. The link between the service environment and arousal is significant and positive (ß = 0.686, │t│ = 0.000), which leads to support the hypothesis H1b. However, the link between overall service quality and arousal is not significant: │t│ = 0.436; the hypothesis H5b is therefore not supported. Similarly, H3 is supported (β = 0.72, CR = 19.465, │t│ = 0.000).

In addition, the initial model explains 67% of customer loyalty to the hotel, 33% of loyalty could be explained by variables that are not included in our study. It seems that the influences of pleasure, arousal and perceived service quality on loyalty are all positive and significant (p< .01) with structural coefficients of 34.6, 0.39 and 0.18 respectively. Thus, the hypotheses H2a, H2b and H4 are supported. Nevertheless, the coefficient of the effect of environment on loyalty is not significant (ß = 0.039, CR = 0.56, │t│ = 0.58), which leads to reject H6.

Indirect effects of service environment

Based on the cognitive-emotion approach, adopted in this study, a causal pathway "environment-perceived quality-pleasure-loyalty" was explored. To test this multiple-step multiple mediator model, we used the MERDTHREE macro proposed by [START_REF] Hayes | Mediation and the estimation of indirect effects in political communication research[END_REF] with the following script: MEDTHREE y = Loyalty/X = Environment/M1 = Quality/M2 = Pleasure/Boot = 5000.

According to this method, the total indirect effect of environment on loyalty is the sum of the three specific indirect effects (a1b1+ a2b2 + a1a3b2 ) (see Figure 2 in appendixes A). The table 5 shows the test of a causal association between environment and loyalty through two mediators. Indeed, the four effects are significant as the zero is not in their confidence interval. This confirms the indirect effect of service environment on loyalty passing sequentially through perceived service quality and pleasure. H7 is therefore supported. Moreover, since the direct link between service environment and loyalty is not significant, as explained earlier, the mediation between these two variables is therefore total.

Moderating effect of optimal level stimulation

The test of the moderating effects hypotheses was carried out using partial least squares structural equation modelling with the PLS method under XlSTAT by creating an interaction variable between the exogenous variables and OSL [START_REF] Kenny | Estimating the linear and interactive effects of latent variables[END_REF]. The moderating effect, therefore, is attested if the interaction variable has a significant effect on the endogenous variable. OSL effects are analyzed through four versions of the global model after verifying the goodness-of-fit (absolute Gof> 0.60) for each model.

Based on the obtained results, the interaction variable OSL * Pleasure has a significant negative effect on loyalty (p <0.01). OSL therefore has a significant moderating effect on the link between pleasure and loyalty. The hypothesis H8d is therefore supported. However, the moderation effect is not significant for the other assumed links. H8a, H8b and H8c were thus rejected.

Discussion

Consistent with previous research, the results of the structural model affirm that service environment should not be subsumed as a dimension within service quality conceptualizations but as a separate construct which precedes perceived service quality (Hooper, Brady and Baker 2013). In addition, the link between these two constructs is strongly supported with a positive coefficient (ß=0.729). This means that hotel service environment significantly affects the way customers perceive the hotel service quality. For example, if customers find a hotel exterior design pleasing, they may positively evaluate the quality of service' intangible elements, such as food quality, food price or hotel value [START_REF] Radder | Dimensions of guest house service: Managers' perceptions and business travellers' expectations[END_REF]. The expected relationship between perceived service quality and loyalty (H 4) was supported. This implies that the more positive the perception of service environment, the more hotel clients would experience a positive evaluation of hotel service, and the more their loyalty intention would be strong. This result is convergent with that obtained in previous studies which provide evidence for the cognitive evaluation of environmental cues as a sufficient condition to elicit behavioural responses [START_REF] Wakefield | Customer response to intangible and tangible service factors[END_REF][START_REF] Chebat | Impact of ambient odors on mall shoppers' emotions, cognition, and spending: A test of competitive causal theories[END_REF]Hooper, Brady and Baker 2013). Therefore, even in a context where the service is consumed for hedonic motivations, service quality can bring to a loyalty intention without being preceded by a pleasure or arousal feelings.

We found a direct positive relationship between overall perceived service quality and pleasure. Thus, a positive evaluation of hotel service increases consumer pleasure. This observation enriches the theory of Lazaros (1991) (cognitive theory of emotions) which postulates the causal role of cognition on emotion. In general, our result were consistent with previous studies that customer perception of product quality is a determinant of positive emotions (Baker, Levy and Grewal 1994;[START_REF] Chebat | Impact of ambient odors on mall shoppers' emotions, cognition, and spending: A test of competitive causal theories[END_REF][START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF][START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF][START_REF] Siu | The impact of the servicescape on the desire to stay in convention and exhibition centers: The case of Macao[END_REF].

However, the expected relationship between service environment and arousal was not supported [START_REF] Chebat | Impact of ambient odors on mall shoppers' emotions, cognition, and spending: A test of competitive causal theories[END_REF][START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF]. This result may rely on our study context. Indeed, [START_REF] Wakefield | Customer response to intangible and tangible service factors[END_REF] confirmed the influence of service quality on arousal in quite particular contexts (Hockey games, a large family recreation center, and movie theaters) where activities are, themselves, very stimulating. Similarly, [START_REF] Hyun | A better investment in luxury restaurants: Environmental or non-environmental cues[END_REF] confirm this influence in the restaurant context where customers normally spend no more than three hours in the service place, while the stay in hotel is normally much longer and customer cannot be stimulated during the whole period of his stay.

In addition, luxury hotels, where our study was conducted, comply with a set of standards which makes them interchangeable in the eyes of customers. Thus, the low level of differentiation of service quality between luxury hotels may explain the lack of a significant relationship between perceived service quality and arousal. This argument is consistent with the theory of stimulation that new stimuli are better at stimulating clients than older stimuli [START_REF] Berlyne | Conflict, arousal, and curiosity[END_REF]. Furthermore, upscale hotel customers generally have a high level of expectations, they wait an excellent service. As a result, it is very likely that a high service quality does not influence critically arousal state [START_REF] Walsh | Emotions, storeenvironmental cues, store-choice criteria, and marketing outcomes[END_REF].

According to the results of data analysis, it was revealed that service environment of a luxury hotel does not directly influence customer loyalty. However, it can influence pleasure which in turn could elicit loyalty. This implies that pleasure provoked by service environment in customer increases his loyalty intention (confirming [START_REF] Kim | Customers'cognitive, emotional, and actionable response to the servicescape: a test of the moderation effect of the restaurant type[END_REF].

As expected, the chain of causality (service environment àservice quality àpleasureà loyalty) was confirmed. The result of this multiple step multiple mediator effect implies that good hotel design could provide customers with a positive image of service delivered, which produce pleasure emotion. This emotion could, afterwards, provoke the desire to repeat the experience in the same hotel in the future, to recommend this hotel to those around him and spread word-of-mouth.

Finally, our study revealed the reducing effect played by OSL only for the relationship between pleasure and loyalty (H8d: γ = -0.561, p <0.05). Thus, the higher is the customer's optimal stimulation level, the less is the pleasure contribution in the formation of loyalty intention (confirming Bonnefoy-Claudet 2011). Moreover, OSL was not found to be a significant moderator between service environment and fidelity. Accordingly, whatever the optimal stimulation level, the direct relationship between service environment and loyalty remains insignificant.

Nevertheless, [START_REF] Maille | L'influence des odeurs sur le consommateur: la tendance à la recherche de sensation et au comportement exploratoire comme variables modératrices[END_REF] partially validated the moderating role of the tendency for exploratory behavior (which reflects OSL) on the link between congruence of scents on purchase intention. Its study was carried out in retail context where switching, increasing or decreasing purchase intention don't imply a significant perceived risk that can be associated with the purchase of hotel service. As a result, we suggest that the relationship between behavioural intention (loyalty, purchase intention, etc.) and environmental stimuli more likely moderated by individual variables such as OSL in retail context than context of luxury product or service [START_REF] Giannelloni | Validation d'une échelle de mesure du niveau de stimulation optimal[END_REF]. Again, OSL is not found to be a moderator neither between perceived quality and loyalty nor between arousal and loyalty. Therefore, in case of high cognitive or affective evaluation, the variance in loyalty intention was not due to a tendency to search for variety. To a certain extent, this result is convergent with that of Temessek-Behi (2008) which showed that OSL does not moderate the effect satisfaction on loyalty in hotel context.

Conclusions, implications, limitations and future research

Managerial implications

Our study can help luxury hotel managers better understand how each type of quality stimuli can contribute to eliciting either emotional or cognitive evaluation eventually enhance guest loyalty intentions. The findings suggest that service environment seriously should seriously be considered in the marketing toolbox. The results also indicate that in the luxury hotel industry, it would be required to focus on different aspects of service environment, as the factorial contributions of its three dimensions are strong and significant (ambience: λ = 0.73, design: λ = 0.74 and social factors: λ = 0.84). All environmental elements should be carefully chosen to propose a pleasing service offering and create an immersive and memorable experience for clients. However, according to the results, the dimension "Social factors" has the highest weight (design was the second one in terms of factorial contribution). This suggests giving a greater importance to the "social factors" dimension, especially because it has the highest correlation with overall perceived service quality as well as pleasure and the second-strongest correlation with arousal. One of the key drivers of success will be recruiting individuals who meet criteria of neat appearance and friendly personality. It is also essential to always strengthen employee training to refine their performance.

Similarly, when managers are decorating a hotel, account must be taken of tastes and preferences of targeted customers. In addition, place beauty and human capital should be in harmony with the overall image of the hotel and the type of service delivered in order to maximize the positive customer feedback. Based on the results relating to the links and emotions-loyalty and perceived service quality-loyalty, we recommend that luxury hotels should implement all strategies to promote positive emotions and cognitive reactions, such as innovation in decor, gastronomy, exceptional staff, equipment, customer instant request management, digital communication and in advertising campaigns [START_REF] Hosany | Measuring tourists' emotional experiences toward hedonic holiday destinations[END_REF] to generate future favorable behaviors. The last managerial contribution that we want to highlight is derived from the results concerning OSL's moderating effect, which is reflecting in this work, the disloyalty intention or exploratory behavior. Indeed, we advise focusing on clients whose optimal stimulation level is low since they would have an intention to return, to recommend the hotel to others or to spread positive word-of-mouth.

Limits and future research

Our study has some limitations that offer opportunities for future research. The sample is composed of tourists crossed in some key places of the city of Nice (airport, SNCF station, beaches, Castle of Nice, etc.), the question of sample representativeness arises this method of data collecting could lead to ignore a category of people who do not frequent these places. We also mention that we did not work on eventual loyalty behavior in the luxury hotel as the longitudinal study on a real field was not possible. Also, we based on the cognition-emotion school to study the relationship between emotions and overall service quality by following [START_REF] Chebat | Impact of ambient odors on mall shoppers' emotions, cognition, and spending: A test of competitive causal theories[END_REF] recommendation. Thus, for further research, it will be interesting to examine the alternative approach (emotion-cognition), and compare the two competing approaches to identify the most appropriate model for hotel context. Similarly, it is also desirable to explore the direct effect of arousal on pleasure [START_REF] Hyun | A better investment in luxury restaurants: Environmental or non-environmental cues[END_REF], since this effect has never been tested in hotel industry.

Additionally, we can suggest completing the conceptual model by incorporating other nonenvironmental explanatory variables such as food quality, price, hotel location, and to compare their effects with those of other environmental elements. Further work conducted would consider optimal stimulation level, at the same time, as a moderator and an explanatory variable [START_REF] Bréda | Individual factors of loyalty in the context of an experiential consumption[END_REF]. We could also integrate other moderating variables such as need for cognition (Rieunier, 2002), need for stimulating, risk-taking tendency [START_REF] Giannelloni | Validation d'une échelle de mesure du niveau de stimulation optimal[END_REF]. And, last but not least, it will be interesting to examine the moderating role of culture to understand how different cultures react to different service environment. Given this, resultants could help managers better plan their development strategies or at least know how to operate reservations in their hotels by checking the client's culture and give them a room whose design is appropriate for their culture.

H6:

  Service environment has a direct positive influence on loyalty. H7: Service environment has an indirect positive influence on loyalty through overall perceived service quality and emotions.

PACA: Provence-Alpes-Côte d'Azur is a region of South-East France.

Appendix B: Tables Table 1: