Academic literature on the topic 'Energies renouvelables'

Résumé: Madagascar dispose d’un climat favorable à l’exploitation des énergies renouvelables. À ce sujet, les informations climatiques sur le régime du vent, l’ensoleillement et la pluviométrie y existant amènent à privilégier les énergies renouvelables dans la nouvelle politique nationale de l’énergie de Madagascar qui ambitionne un mix énergétique profitant des énergies renouvelables pour 2015-2030. Toutefois, le bilan national du secteur de l’énergie en 2017 montre une lenteur démesurée dans la transition énergétique au niveau du pays. Par ailleurs, les tendances climatiques observées démontrent la réalité du changement climatique à Madagascar : l’intensification des phénomènes extrêmes, l’augmentation de la température moyenne, l’irrégularité des pluies sont démontrées par les banques de données de la Direction Générale de la Météorologie. Les énergies renouvelables sont certes, abondantes à Madagascar, mais demeurent intermittentes, délocalisées et climato-sensibles. Cet article consiste en une revue de la littérature récente qui traite la variabilité, le changement climatique et leurs impacts sur le système énergétique, celle liée aux ressources énergétiques potentielles à Madagascar dans l’optique d’apporter une lumière sur la question : changement climatique et transition énergétique ; quel avenir pour Madagascar ? Les perspectives montrent que pour l’efficacité d’une transition énergétique vers les sources d’énergies renouvelables, propres et non polluantes pour substituer les énergies fossiles, il est indispensable d’approfondir les impacts de la variabilité et du changement climatique sur le système énergétique, car tout système contenant des ressources renouvelables sera impacté par la variabilité et le changement climatique.climatique.Mots clés: transition énergétique, changement climatique, énergies renouvelables, Madagascar.Abstract: Madagascar has a favorable climate for the exploitation of renewable energies. On this subject, the climatic information on the wind regime, the sunshine and the existing rainfall lead to favoring renewable energies in the new national energy policy of Madagascar which aims for an energy mix taking advantage of renewable energies for 2015- 2030. However, the national balance sheet of the energy sector in 2017 shows disproportionate slowness in the energy transition at the country level. Moreover, the climatic trends observed demonstrate the reality of climate change in Madagascar: the intensification of extreme phenomena, the increase in the average temperature, the irregularity of the rains are demonstrated by the databases of the General Directorate of Meteorology. Renewable energies are certainly abundant in Madagascar, but remain intermittent, relocated and climate-sensitive. This article consists of a review of recent literature that deals with variability, climate change and their impacts on the energy system, that related to potential energy resources in Madagascar with a view to shedding light on the issue: climate change and energetic transition; what future for Madagascar? The perspectives show that for the effectiveness of an energy transition towards renewable, clean and non-polluting energy sources to replace fossil fuels, it is essential to deepen the impacts of variability and climate change on the energy system, as any system containing renewable resources will be impacted by climate variability and change.Keywords : energy transition, climate change, renewable energies, Madagascar.

La presente investigación se realizó en la localidad pesquera/turística El Cuyo, en la Reserva de la Biósfera Ría Lagartos, Yucatán, que destaca por su gran biodiversidad. Se indagó con los habitantes sobre la importancia que atribuyen a su patrimonio natural y cultural, la postura sobre las energías renovables y la actitud hacia la transformación del territorio. El enfoque fue cualitativo, con entrevistas semiestructuradas y observación directa. Los resultados arrojaron que valoran ambos patrimonios, pero poseen poca información, en particular del cultural, a pesar de ubicarse sobre un asentamiento maya prehispánico con vestigios visibles. Hay escasa información sobre energías renovables y asocian sus ventajas únicamente con el aspecto económico. Muestran una postura a favor de un desarrollo turístico mesurado y de bajo impacto. Existe una tendencia a conservar el estilo de vida y las condiciones actuales de la localidad, tanto en jóvenes como en adultos. Estas características culturales podrían incidir positivamente en la conservación y manejo adecuado, tanto de los ecosistemas de la zona como de las estructuras arqueológicas, pero suponen poca disposición para la instalación de dispositivos de energías renovables susceptibles de modificar el paisaje.Abstract: The actual research was conducted in the fishing / tourist town of El Cuyo, in the Ría Lagartos Biosphere Reserve, Yucatán, which stands out for its great biodiversity. I inquired with the inhabitants about the importance attributed to their natural and cultural heritage, the position on renewable energies and the attitude towards the transformation of the territory. The approach was qualitative, with semi-structured interviews and direct observation. The results showed that they value both patrimonies, but they have little information, particularly cultural information, despite being located on a pre-Hispanic Mayan settlement with visible vestiges. There is limited information on renewable energies and they associate their advantages with the economic aspect. They show a position in favor of a measured and low impact tourism development. There is a tendency to conserve the lifestyle and current conditions of the locality, both in young people and in adults. These cultural characteristics could have a positive impact on the conservation and proper management of both, the ecosystems of the area and the archaeological structures, but they imply little disposition for the installation of renewable energy devices capable of modifying the landscape. Keywords: natural heritage; cultural heritage; tourism in protected natural areas; Ría Lagartos; renewable energies.Résumé : La présente recherche a été menée dans la ville touristique de pêche d’El Cuyo, dans la réserve de biosphère de Ría Lagartos, dans le Yucatán, qui se distingue par sa grande biodiversité. Les habitants ont été interrogés sur l’importance qu’ils attribuent à leur patrimoine naturel et culturel, leur position sur les énergies renouvelables et leur attitude visà-vis de la transformation du territoire. L’instrument d’enquête était l’entrevue semistructurée. Les résultats ont montré qu’ils valorisaient les deux patrimoines, mais ils disposaient de peu d’informations, notamment culturelles, même s’ils se trouvaient dans une colonie maya préhispanique aux vestiges visibles. Il existe peu d’informations sur les énergies renouvelables; et celles-ci associent leurs avantages uniquement à l’aspect économique. Ils montrent une position en faveur d’un développement touristique à impact modéré et faible en raison d’une tendance à conserver le mode de vie et les conditions actuelles de la localité. Ces caractéristiques culturelles pourraient avoir un effet positif sur la conservation et la gestion appropriée des écosystèmes de la région et des structures archéologiques, et impliquer une faible disposition pour l’installation de dispositifs d’énergie renouvelable susceptibles de modifier le paysage.Mots-clés : patrimoine naturel ; patrimoine culturel ; tourisme dans les espaces naturels protégés ; Ría Lagartos ; énergies renouvelables.

La question des énergies marines renouvelables dégage des problématiques juridiques complexes qui intéressent le droit tant dans sa dimension internationale, européenne que nationale. L’effervescence des initiatives publiques et privées en ce domaine implique une approche adaptée en vue d’améliorer et de développer les instruments juridiques nécessaires au développement durable des énergies de la mer. Cette approche suppose trois niveaux d’analyse. Au regard du droit international, celle-ci se caractérise par une finalité environnementale qui relève plus globalement de l’intérêt général. En ce sens, la conversion d’énergies marines n’engendre pas d’émission de gaz à effet de serre et son impact sur le milieu marin est généralement minime. Avec le concours des énergies de la mer, les États seront à même de respecter leurs engagements supranationaux, notamment en matière de changements climatiques. De surcroît, le droit de la mer offre une sécurité juridique dans l’utilisation de l’espace maritime en définissant non seulement les droits, mais les obligations des États côtiers. À l’échelle européenne, la sécurité juridique est liée à l’objectif d’une part d’au moins 20 % d’énergie produite à partir de sources renouvelables dans la consommation finale brute d’énergie de l’Union d’ici à 2020 et encouragée par l’initiative des États riverains des mers du Nord en faveur d’un réseau off-shore dans le contexte de l’émergence du marché européen des énergies renouvelables. Au plan national, l’analyse du droit interne met en lumière les meilleures pratiques relatives au développement des énergies marines renouvelables en termes de promotion des investissements et de gestion durable des mers et des océans
The issue of marine renewable energies raises complex legal problems which interest the Law in its International, European and Domestic dimension. The effervescence of public and private initiatives on the matter requires a tailored approach to improve and develop legal instruments to support development of ocean energies. This approach elicits three levels of analysis. According to the International Law, it is marked by an environmental objective resulting from public interest. In this sense, marine energy conversion does not generate greenhouse gas emissions and its impact on the marine environment is generally minimal. With the help of these renewable energies, States will be able to respect their supranational commitments, particularly regarding climate change. In addition, the Law of the Sea provides legal certainty in the use of ocean space, by defining not only rights but obligations to coastal states. At the European level, legal certainty is connected to the target of at least 20 % share of energy from renewable sources in the Union's gross final consumption of energy by 2020, and is especially encouraged by the North Seas Countries' Offshore Grid Initiative in the context of the Europe's emerging renewable energy market. On a National perspective, the analysis of Comparative Law highlights the best practices related to offshore renewable development in terms of promoting investment and sustainable ocean management

Au cours de ces dernières années, la croissance des investissements mondiaux dans les énergies renouvelables a été rapide. En effet, les énergies renouvelables (ER) sont considérées comme une alternative pour faire face au réchauffement climatique, à la raréfaction des ressources naturelles, à l’augmentation de la demande énergétique, à la volatilité des prix de l’énergie fossile et à la répartition inégale des sources énergétiques. Nous nous proposons dans cette thèse de mener une analyse visant à approfondir les réflexions sur l’investissement dans les ER (IER). Le premier objectif consiste à évaluer le retour sur l’IER. Nous avons choisi d’évaluer théoriquement et empiriquement l’impact de l’IER sur les émissions des Gaz à Effet de Serre (GES) et sur la Productivité Totale des Facteurs (PTF). Le deuxième objectif de cette thèse vise à évaluer l’impact des instruments de soutien au développement des ER (ISER) sur l’IER. Dans le premier chapitre, nous avons montré comment la relation entre les IER et les émissions de CO2 n’est pas linéaire, mais qu’elle prend la forme d’une courbe en U inversé. En d’autres termes, les IER ont un effet positif sur les émissions de CO2 jusqu'à ce que ces investissements atteignent un niveau donné, ou un certain seuil, au-delà duquel, les IER auront un impact négatif sur les émissions de CO2. Cette relation a été testé empiriquement en utilisant la régression en panel à transition brutale (PTR : Panel Threshold Regression model). Le deuxième chapitre de la thèse explore la relation entre l’investissement en énergie renouvelable (IER) et la productivité. En nous référant à la théorie de la croissance endogène, nous avons testé empiriquement notre hypothèse principale qui stipule que l’IER affecte positivement la croissance de la Productivité Totale des Facteurs. L’étude empirique a été réalisée sur un panel de 43 pays développés et en développement, à l’aide de la méthodologie de GMM-système. Au regard des résultats obtenus, cette étude a permis de confirmer notre hypothèse. En effet l’impact positif des IER sur la croissance de la PTF s’explique par le fait que l’IER encourage le transfert technologique et occasionne d'importantes retombées de connaissances (« knowledge spillover »). L’objectif du troisième chapitre consiste à discuter le rôle et l’impact des Instruments de Soutien au développement des ER (ISER) sur l’IER. Nous nous intéressons précisément à l’efficacité des ISER pour attirer les investissements en nouvelles capacité de production d’électricité à partir de sources d’énergie renouvelable. Nous pouvons déduire de notre étude que l’amélioration des IER passe généralement par les instruments de marché, et non pas par les instruments de commande et de contrôle, à l’exception des pays à faible revenu. D’ailleurs, une combinaison entre les instruments du « Market-pull » et du « Market-push » permet de soutenir les IER. Nous remarquons aussi que le soutien des IER passe par les instruments qui affectent indirectement ces investissements. En effet, pour encourager les IER, il vaut mieux agir en amont, en incitant la recherche, de développement et de déploiement (RDD) dans le secteur des ER, et en aval, en stimulant la production d’électricité renouvelable, à travers les tarifs d’achat garanti (les « Feed-in-Tariffs» )
Recently, growth in global investments in renewable energy (IRE) has been so rapid. In fact, renewable energy (RE) is considered as an alternative to deal with global warming, with the scarcity of natural resources, with the increase in energy demand, with the volatility of fossil fuel prices and with the unequal distribution of energy sources. This study attempts to shed more light on the IRE. The study’s prime goal is to evaluate the return on the IRE. It analyses theoretically and empirically the impact of the IRE on the greenhouse gas (GHG) emissions and on Total Factor Productivity (TFP). The study’s second goal is to evaluate the effectiveness of the policies that support the development of RE. The first chapter showed how the relationship between IREs and CO2 emissions is not linear, but, rather, it follows an inverted U-shaped curve. In other words, IREs have a positive impact on CO2 emissions until the investments reach a certain level, beyond which the IREs impact on CO2 emissions becomes negative. The current study has analyzed this relationship empirically by means of the panel threshold regression (PTR) model. The second chapter explores the relationship between IRE and productivity. Referring to the theory of endogenous growth, the study empirically tested the main hypothesis, that IRE positively affects the TFP growth. The empirical study was conducted on a panel of 43 developed and developing countries, using the GMM-system methodology. Study’s findings confirm that IRE have a positive affect on the Total Factor Productivity growth. Indeed, this positive impact is theoretically explained by the fact that the IRE encourages technology transfer and it generates significant knowledge spillovers. The third chapter of the thesis discusses the role and the impact of the policies that encourage the development of RE on IRE. Specifically, in this chapter we evaluate the effectiveness of these policies to attract renewable energy investments in electricity-generating capacity. The results show that the market instruments increase the IREs, although command or control instruments have no or a negative effect, with the exception of low-income countries. Moreover, a combination of "market-pull" and "market-push" instruments can supports the IREs. We also note that IRE support goes through the instruments that indirectly affect these investments. Indeed, to encourage IREs, it is better to act upstream, by spurring research, development and deployment (RDD) in the RE sector, and downstream, by stimulating the production of renewable electricity, through Guaranteed Purchase Rates or Feed-in-Tariffs (FIT)

Afin de lutter contre le changement climatique et de préserver les ressources naturelles, de nombreux pays ont mis en place des politiques plus ou moins ambitieuses de développement des énergies renouvelables électriques à court et moyen terme, tandis que, en parallèle, des scénarii de prospective à long terme envisagent un approvisionnement électrique majoritairement d'origine renouvelable. Certaines de ces énergies sont intermittentes et non contrôlables et, du fait des faibles économies d'échelle dont elles bénéficient, peuvent être développées de manière décentralisée, intégrées au bâtiment et raccordées au réseau de distribution, à l'opposé des moyens de production actuels. Concomitamment, les pointes de consommation augmentent à un rythme soutenu et obligent les gestionnaires de réseaux et les producteurs/fournisseurs à toujours plus d'investissements dans des moyens de production et de transport qui ne seront utilisés que pendant un faible nombre d'heures par an.Les changements décrits ci-dessus vont avoir un impact sur les trois grands objectifs de la planification et de la gestion du système électrique : minimiser le coût global, assurer la sûreté de l'approvisionnement et garantir la qualité de la fourniture. Si on analyse le fonctionnement actuel du système, les transformations à venir et les possibilités offertes par l'intégration de solutions de contrôle et de gestion (compteurs électriques communicants, transformateurs régleur en charge, onduleurs PV avec gestion de réactif, stockages, etc.) au réseau de distribution, il est possible de mettre en évidence trois grands domaines d'application - et donc de valorisation - pour celles-ci. Il s'agit du déplacement temporel d'énergie, de la fourniture de services auxiliaires (régulation et suivi de charge, réserve ou gestion de tension, par exemple) et de l'optimisation de la planification et de la gestion du réseau (évitement et/ou retardement d'investissement).Cependant, l'ensemble des procédures et méthodes de planification et d'opération actuel est basé sur l'hypothèse d'une production centralisée et d'un réseau de distribution passif. Dans ce contexte, cette thèse contribue au développement d'une méthode de simulation d'un réseau de distribution actif en proposant trois avancées: une méthode de décomposition-coordination permettant la simulation intégrée du système centralisé et du réseau de distribution, un algorithme de résolution du problème des flux optimaux dans le réseau de distribution et un critère de criticité diminuant les besoins en capacité de calcul de la simulation si elle est employé dans un cadre de planification
Many countries have set up mechanism support in favor of renewable energy development at a short or long term, while, in parallel, long-term scenarios of predominantly renewable energy provisioning are studied. Some of these energies are intermittent and non-dispatchable and, due to the low economies of scale they exhibit, can be deployed in a decentralized manner, integrated in buildings and connected to the distribution system.However, the methods and tools currently used to plan and operate the power system rely on hypothesis of centralized generation and passive distribution network. In this context, this thesis contributes to the development of a method aimed at simulated an active distribution network by proposing three novel approaches: a decomposition and coordination method allowing the integrated simulation of the centralized power system and the active distribution network, an algorithm to solve the single-stage optimal power flow in the distribution system as well as two criticality criteria allowing to decrease the computational burden of the simulation when it is used for planning purposes

Avec l'évolution technologique, le progrès de l'électronique de puissance et surtout l'enjeu économique, l'utilisation des machines asynchrones à cages ou à rotor bobiné occupe de plus en plus de place dans tous les domaines comme les entrainements électriques et la production d'énergie, leur robustesse, leur fiabilité et leur coût moins élevé sont particulièrement appréciés. Ces deux types d'actionneur en fonctionnement générateur sont la base des éoliennes actuelles.Néanmoins, malgré les travaux de recherches effectués ainsi que les améliorations apportées, ces machines demeurent des sièges potentiels de défaillances aussi bien au niveau stator que rotor. Les défauts les plus courants qui peuvent se produire dans la génératrice asynchrone à rotor bobiné du système éolien, au niveau rotor et stator sont : a) le court circuit sur les enroulements rotoriques et statoriques, b) les défaillances de roulements, c) les irrégularités statiques ou dynamiques de l'entrefer, d) les problèmes au niveau des balais et collecteurs. Ces types de défauts doivent êtres détectés, localisés à temps car ils peuvent endommager gravement le système. Durant ces dernières années, le diagnostic des défauts affectant les systèmes éoliens a été largement étudié. Un grand nombre de méthodes est disponible visant à améliorer la conception du système, à augmenter la qualité et la production d'énergie électrique et d'en diminuer les coûts. Malgré les résultats de la recherche, ces systèmes multi-complexes restent encore les sièges de réflexions de plusieurs laboratoires tant qu'industriels qu'académiques.Ce rapport de thèse présente une nouvelle méthodologie de diagnostic de défauts combinant la méthode à base de modèle utilisant les équations mathématiques explicites du processus et la méthode sans modèle. Les machines électriques sont modélisées analytiquement par la méthode des circuits électriques magnétiquement couplés. L'objectif est de générer des données en fonctionnement sain et en fonctionnement défaillant de ses variables d'état. Tandis que la méthode sans modèle utilisée est l'analyse en composantes principales (ACP). Les deux méthodes sont implémentées sous Matlab/ Simulink. Les données de la machine acquises sont traitées et analysées par des méthodes statistiques pour générer des résidus. La détection et la localisation de défauts sur la machine sont obtenues par l'analyse des résidus de ses variables d'état. Les résidus sont des indicateurs de défaillance ou non du système étudié. L'analyse des grandeurs caractéristiques de la machine étudiée dans ce rapport de thèse par le biais de plusieurs résultats de simulation montre l'efficacité de la méthode ACP, aussi bien sur le plan de la détection que de la localisation, par rapport aux autres méthodes de diagnostic des machines électriques.

Dans la plupart des régions isolées, le générateur diesel est la source principale d'énergie électrique. Pour ces régions, le prix d'extension du réseau électrique s'avère prohibitif et le surcoût de l'approvisionnement en combustible augmente radicalement avec l'isolement. Dans ce contexte, l'interconnexion de plusieurs sources d'énergie renouvelable (des éoliennes, des panneaux photovoltaïques, des petites centrales hydroélectriques, etc.) dans un Système d'Energie Hybride (SEH) peut avoir une incidence profitable sur la production d'énergie électrique, en termes de coût et de disponibilité.
Cependant, des améliorations dans la conception et le fonctionnement des SEH sont toujours nécessaires pour rendre cette technologie plus compétitive dans les régions isolées. Ainsi, le travail de recherche présenté dans cette thèse est une contribution à l'analyse du comportement et à la maîtrise des performances d'un SEH constitué par deux sources d'énergie renouvelable, un générateur diesel et des batteries de stockage. Ce type de système est étudié selon trois aspects : dimensionnement, maximisation de l'utilisation des ressources renouvelables et qualité de l'énergie électrique.
Pour maximiser l'utilisation des ressources renouvelables, le dimensionnement et le choix du fonctionnement des composants sont réalisés en tenant compte des ressources énergétiques disponibles, ainsi que des contraintes d'utilisation. Ensuite, les modèles de simulation pour les sources du SEH, les éléments d'interconnexion et le système de stockage sont développés et réunis dans une bibliothèque de modèles paramétriques sous l'environnement MATLAB/Simulink. Les modèles de simulation, suffisamment précis, sont utilisés de manière modulaire pour une plus grande flexibilité dans l'étude du comportement dynamique du SEH et pour tester différentes stratégies de commande. Cette démarche permet ainsi de créer des scénarios de conditions de fonctionnement pour le SEH et de faire varier par la simulation, les sources d'énergie et/ou le niveau et le type de charge. Chaque composant du SEH étudié inclut une stratégie de commande, dans le but soit de satisfaire un critère énergétique, soit de permettre de reproduire un comportement dynamique réaliste.
En vue de pouvoir analyser et améliorer la qualité de la tension, nous avons développé des modèles capables de rendre compte et de traiter les déséquilibres. Un convertisseur bidirectionnel à quatre bras est proposé comme solution pour équilibrer la tension générée en conditions de charge déséquilibrée. Des commandes spéciales associées à cette structure ont été proposées pour améliorer la qualité de la tension aux bornes de la charge.
Les résultats obtenus en simulations montrent qu'avec l'électronique de puissance et des stratégies de commande appropriées, il est possible d'avoir un degré plus élevé d'intégration des sources d'énergie renouvelable et d'améliorer la qualité de l'énergie générée par un SEH.

De nos jours, les processus industriels se doivent d’être efficaces, en particulier au niveau de leur production et/ou consommation énergétique.Ce travail vise à améliorer l’efficacité des processus en analysant l’influence des perturbations sur leur comportement, de la phase de conception à la synthèse des contrôleurs/observateurs, ceci dans une approche intégrée.Le problème du Rejet de Perturbation est introduit ainsi que différents types de contrôles permettant d’atténuer et/ou rejeter ces perturbations. Le système de Barre de Torsion est présenté. Une loi de commande basée sur le concept d’état dérivé est présentée et ensuite validée avec comme application le rejet de perturbation. Il est nécessaire d’estimer les grandeurs physiques utilisées dans les différentes expressions de loi de commande. Un observateur à entrées inconnues basé sur la représentation bond graph est rappelé et ensuite étendu au cas multi-variable. C’est la première contribution théorique de ce travail de recherche.Nous comparons ensuite l’efficacité de différentes techniques de commandes pour le rejet de perturbation par simulation sur le système barre de torsion et analysons ainsi l’efficacité de la technique proposée. Une extension théorique au problème du découplage entrée-sortie nous permet de généraliser le problème du rejet de perturbation dans une même démarche intégrée d’analyse et de synthèse. Enfin, ces techniques sont exploitées et analysées sur le système réel. Nous validons ainsi expérimentalement nos résultats.Un modèle très simplifié de centrale hydroélectrique est développé afin d’appliquer les résultats de nos travaux. Un modèle bond graph simplifié est validé par simulation
Nowadays, industrial processes must be efficient, particularly at the production level and/or energy consumption.This research work aims at improving the process efficiency by analysing the influences of disturbances on their behaviour, from the conception phase to the synthesis of controller/observer, in an integrated approach.The disturbance rejection problem is first introduced as well as different control laws allowing attenuate/reject these disturbances. A control law based on the concept of derivative state variable is presented and validated while applied as disturbance rejection.In order to reject the disturbance, different physical variables must be estimated, such as state variables, derivative state variables as disturbance variables. An unknown input observer based on the bond graph representation is recalled and extended in the multivariable case. It is the first theoretical contribution of this work.We thus compare the efficiency of different so-called «modern control laws» for the disturbance rejection problems by simulation with the Torsion-Bar system example. We analyse the efficiency of our approach. One extension to the Input-Output decoupling problem allows us to extend the disturbance rejection problem to other control law type in an integrated approach. At least, these techniques are applied on the real Torsion-Bar system and compared. We validate our approach.Since this work aims at analysing and developing efficient control laws for industrial processes, a simplified model of a hydroelectric plant is developed, in order to apply our results. A simplified bond graph model is validated with simulations

La remise en question du mode de développement des sociétés humaines a, sur ces 40 dernières années, profondément transformé le contexte énergétique mondial, instaurant alors un nouveau cadre politique permettant l’essor spectaculaire des énergies renouvelables. Par ailleurs, si l’électricité apparaît comme un vecteur fondamental du développement humain, le contexte des populations majoritairement rurales d’Afrique subsaharienne incite à la recherche d’alternatives énergétiques adaptées. En substance, si les ressources renouvelables peuvent répondre de manière pertinente au défi de l’électrification décentralisée des zones rurales de la région, elles doivent également représenter une solution technique et économique crédible, avant d’être politique.La République de Djibouti, petit pays situé dans la corne de l’Afrique, symbolise parfaitement le défi socio-énergétique de l’ensemble de la région, et des populations rurales en particulier. Avec un pays pauvre en ressources traditionnelles mais présentant a priori un gisement solaire intéressant, nous avons alors privilégié l’étude des systèmes photovoltaïques (PV) dans le cadre de l’électrification décentralisée des populations rurales du pays. Comme d’autres ressources, ces systèmes, bien que reposant sur une technologie relativement ancienne, ont réellement pris leur essor au début des années 2000 avec les mesures incitatives du Protocole de Kyoto.Évaluer la pertinence de la technologie photovoltaïque nécessitait, dans un premier temps, d’estimer le niveau et la répartition de la ressource solaire au sein du pays. Pour cela, nous avons construit un atlas de l’irradiation solaire horaire incidente sur le territoire, pour la période 2008-2011, à partir d’un modèle satellitaire de rayonnement. Afin de valider les estimations issues de cet atlas, nous les avons comparées aux mesures in situ relevées par deux stations météorologiques temporaires déployées, entre 2010 et 2013, sur quatre sites présentant des caractéristiques distinctes. Finalement, la carte annuelle extraite de l’atlas a confirmé que le gisement solaire du pays, avec une irradiation moyenne de 5,87kWh/m² par jour, constituait l’un des plus importants au monde.Si les modèles utilisant des données satellitaires permettent de retrouver le flux solaire incident au sol, ils ne tiennent en revanche pas compte des effets du relief local sur ce dernier. Ainsi, afin de tenir compte des effets d’ombrage engendré par le terrain, nous avons développé une procédure dite de désagrégation, couplant l’utilisation d’un maillage numérique d’altitude aux cartes de rayonnement issues du modèle satellite. Pour ce faire, nous avons élaboré un modèle théorique pour retrouver l’horizon autour d’un point donné, et validé celui-ci à l’aide d’une campagne de mesures topographiques en Corse. En corrigeant ensuite le rayonnement à l’aide de cet horizon pour chaque pixel du maillage d’altitude, nous avons pu enrichir le niveau de l’information fournie par la cartographie de l’irradiation globale.Bien que le gisement solaire soit l’indicateur principal du potentiel photovoltaïque, il est également nécessaire de considérer des paramètres secondaires, éléments de technologie et caractéristiques environnementales, qui permettent d’évaluer avec précision l’énergie électrique produite par un système PV quelconque. En combinant l’utilisation de différents modèles, nous avons ainsi pu intégrer à l’estimation finale du productible l’influence du rayonnement et de la température sur le rendement de conversion d’un module photovoltaïque. Nous avons ainsi construit une cartographie du productible PV qui, couplée à une évaluation multicritère de la pertinence de la technologie PV vis-à-vis des alternatives énergétiques classiques en matière d’électrification rurale, est destinée à faciliter la prise de décision pour les différents acteurs, publics ou privés, du domaine de l’énergie
Over the 40 past years, growth of renewable energies benefited of the new world energy frame, which resulted of the questioning about what development of human societies had to be. Furthermore, although human development comes with electricity, the rural condition of many populations of sub-Saharan Africa incites us to look for suitable power supply alternatives. Eventually, in this specific context, renewable energies can represent a reliable solution to the off-grid electrification of rural peoples. However, this solution has to be economical and technical, and not only political.The Republic of Djibouti is a little developing country located in the Horn of Africa which perfectly symbolizes the social and energy challenges of rural populations in Sub-Saharan Africa. Instability and limitation of the existing electrical grid, fuel cost and lack of fossil resources point to the geographically diffused solar resource as probably the best way to improve human development and reduce poverty of Djiboutian rural peoples. Therefore, we have considered the study of photovoltaic (PV) systems within the rural off-grid electrification frame.Firstly, in order to evaluate relevance of these systems, it was necessary to estimate level and repartition of the solar resource across the country. So we developed a solar atlas, i.e. cartography of the hourly solar irradiation reaching the ground, based on satellite-derived irradiance estimates retrieved between 2008 and 2011. For assessing the atlas quality, we compared irradiation estimates with ground measures retrieved on 4 different sites by 2 temporary weather stations deployed between 2010 and 2013. Finally, yearly map extracted from the atlas showed that, with a daily mean irradiation of 5,87kWh/m².day, the solar potential of Djibouti is one of the most significant in the world.Satellite models are useful for determining solar irradiance at ground level but they don’t take into account local topography effects. In order to incorporate these shading effects to the satellite-derived irradiance maps, and so improve irradiance accuracy and spatial resolution, we used a Digital Elevation Model (DEM). Firstly, this disaggregation process was based on the development of a new fast horizon algorithm which was assessed by means of topographic measures in Corsica Island. Then, by correcting irradiance with this horizon for each pixel of the DEM, we improved geographic information of the solar irradiation atlas.Although solar resource is the first indicator of the photovoltaic potential, other elements, as environmental parameters or endogenous characteristics of photovoltaic modules, also have to be taken into consideration for precisely estimating energy produced by a PV system. Hence, by means of different models, we evaluated influence of irradiance and temperature onto the conversion efficiency of a PV generator to finally retrieve the atlas of the PV potential across the country. In conclusion, by combining this cartography to a multi-criteria approach comparing relevance between PV systems and classical power supply systems within the rural electrification scheme, we developed the first photovoltaic decision making tool of the country intended for all officials who are acting in the energy field

Un système électrique isolé du réseau, uniquement alimenté par un générateur photovoltaïque nécessite un stockage d’énergie pour être autonome. La batterie au plomb est couramment utilisée à cet effet, en raison de son faible coût, malgré certaines contraintes de fonctionnement. On peut la remplacer par une unité de stockage (USEH) incluant un électrolyseur, une pile à combustible et un réservoir d’hydrogène. Mais il reste d’importants efforts à fournir avant de voir l’essor industriel de cette technologie dont les débouchés doivent être identifiés. Les applications stationnaires de quelques kW sont évaluées par simulation numérique. Un simulateur est développé dans l’environnement Matlab/Simulink, comprenant principalement : le champ photovoltaïque et le système de stockage (batteries au plomb, USEH, ou stockage hybride USEH/batteries). La taille des composants est calculée pour satisfaire l’autonomie du système sur une année de fonctionnement. Il est testé pour 160 profils de charge (1kW en moyenne annuelle) et trois situations géographiques (Algérie, France et Norvège). Deux coefficients sont mis en place pour traduire la corrélation entre la consommation de l’usager et la disponibilité de la ressource renouvelable, à l’échelle journalière et saisonnière. Parmi les cas testés, le coefficient de corrélation saisonnier montre une valeur limite permettant de préconiser le stockage le plus adapté au cas étudié. L’emploi de l’USEH au lieu de batteries au plomb peut conduire à accroître le rendement du système, à réduire la taille du champ photovoltaïque et à optimiser l’exploitation de la ressource renouvelable. Dans tous les cas testés, l’hybridation de l’USEH avec des batteries permet d’améliorer le dimensionnement et les performances du système, avec un gain sur le rendement de 10 à 40 % selon le lieu testé. La confrontation des résultats de simulation à des données de systèmes réels a permis de valider les modèles utilisés
Stand alone systems supplied only by a photovoltaic generator need an energy storage unit to be fully self-sufficient. Lead acid batteries are commonly used to store energy because of their low cost, despite several operational constraints. A hydrogen-based energy storage unit (HESU) could be another candidate, including an electrolyser, a fuel cell and a hydrogen tank. However many efforts still need to be carried out for this technology to reach an industrial stage. In particular, market outlets must be clearly identified. The study of small stationary applications (few kW) is performed by numerical simulations. A simulator is developed in the Matlab/Simulink environment. It is mainly composed of a photovoltaic field and a storage unit (lead acid batteries, HESU, or hybrid storage HESU/batteries). The system component sizing is achieved in order to ensure the complete system autonomy over a whole year of operation. The simulator is tested with 160 load profiles (1 kW as a yearly mean value) and three locations (Algeria, France and Norway). Two coefficients are set in order to quantify the correlation between the power consumption of the end user and the renewable resource availability at both daily and yearly scales. Among the tested cases, a limit value of the yearly correlation coefficient came out, enabling to recommend the use of the most adapted storage to a considered case. There are cases for which using HESU instead of lead acid batteries can increase the system efficiency, decrease the size of the photovoltaic field and improve the exploitation of the renewable resource. In addition, hybridization of HESU with batteries always leads to system enhancements regarding its sizing and performance, with an efficiency increase by 10 to 40 % depending on the considered location. The good agreement between the simulation data and field data gathered on real systems enabled the validation of the models used in this study

D'un point de vu général, l'épuisement prévisible des énergies fossiles, la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique, la prise de conscience pour la sauvegarde de l'environnement et enfin la prise en compte du développement durable dans les politiques énergétiques ont mis les énergies renouvelables au cœur d'un enjeu stratégique pour l'avenir de notre planète. Mais pour la République de Djibouti qui connaît actuellement une croissance économique annuelle de 3,5%, il est presque vital d'exploiter son potentiel en matière d'énergies renouvelables pour assurer sa croissance économique, réaliser des économies de devises et atteindre dans un premier temps les objectifs de développement humain du Millénaire dont le calendrier est fixé à 2015. Malheureusement, le pays connaît la même situation énergétique des pays d'Afrique subsaharienne où l'énergie est abondante mais l'électricité est rare ! En effet, la balance énergétique actuelle du pays est fortement déficitaire. Les 97% des besoins énergétiques de la population (majoritairement urbaine à plus de 85%) sont satisfaits par les importations des produits pétroliers et 90% des ménages Djiboutiens utilisent le kérosène comme combustible domestique. Le taux de couverture du réseau électrique est très bas, de l'ordre de 30%. Seulement 0,2 % de la production électrique (avec une capacité totale installée de 130 MW) est faite à partir d'une unique source d'énergie renouvelable (l'énergie solaire photovoltaïque). Et pourtant, le pays dispose d'un important potentiel en énergies renouvelables. Au niveau de l'énergie solaire photovoltaïque (PV), le potentiel solaire techniquement exploitable est évalué à 1535 GWh/jour. Au niveau de l'énergie éolienne, l'estimation du potentiel actuellement exploitable est de 8 MW et pourtant aucune forme d'énergie éolienne (que ce soit le grand ou le petit éolien) n'est exploitée dans le pays. Au niveau de l'énergie géothermique, le potentiel techniquement exploitable est actuellement estimé entre 350 et 650 MWe. Le potentiel économiquement exploitable pour la seule région d'Assal-Ghoubbet est supérieur à 150 MWe, très largement supérieur aux besoins actuels du pays. Au niveau de l'énergie marémotrice, un potentiel non encore évalué existe et pourrait être exploité au niveau de la passe du Goubbet. La planification énergétique que nous proposons pour le moyen long-terme se base sur l'intégration de l'une des énergies renouvelables potentielles et plus particulièrement la plus noble d'entre-elles : la géothermie. En effet, la géothermie possède des atouts que les autres formes d'énergies renouvelables n'ont pas : elle est une énergie de base, indépendante du climat, susceptible d'être exploitée à la fois pour la production de la chaleur et la production électrique. Le schéma électrique que nous proposons est le suivant : A l'horizon 2015, nous estimons que la demande électrique se situera aux alentours de 165 MW. De ce fait, nous préconisons 74,5% d'énergies fossiles (avec une option substituable en période chaude par l'électricité importée depuis l'Ethiopie à hauteur de 30,3%) et 25,5% d'énergies renouvelables (dont 18,2% de géothermie, 6,8% d'éolien et 0,5% de solaire)

Le parc électrique français, caractérisé par une part élevée d’électricité nucléaire, est à l’aube d’une période de transition qui s’étendra au-delà de 2050. Cette transition est caractérisée par une augmentation de la part de l’éolien et du solaire et, en parallèle, une réduction de la part du nucléaire dans le mix électrique, laquelle devrait rester toutefois significative. L’intégration de l’éolien et du solaire dans un mix nécessite de mobiliser des moyens de flexibilité supplémentaires pour maintenir le niveau de fiabilité objectif du système, tant dans le court terme que dans le long terme. L’ensemble des leviers du côté de l’offre et de la demande électrique devra être mis en oeuvre pour répondre à ces nouveaux besoins de flexibilité. Le parc nucléaire aura son rôle à jouer.Dans ce contexte, comment la France peut-elle adapter son parc électrique vers plus de flexibilité, tout en conservant un mix bas carbone et en maîtrisant les coûts associés ? L’objectif de la thèse est d’apporter des éclairages à cette question, par l’intermédiaire d’analyses technico-économiques.Les interactions entre énergie nucléaire et énergies renouvelables variables sont analysées grâce à deux approches complémentaires : l’une, essentiellement technique, confronte les sollicitations futures du parc nucléaire à ses possibilités théoriques ; l’autre, technico-économique, évalue le coût pour le système électrique de voir assurée une partie de la flexibilité par le nucléaire et examine des leviers pour réduire ce coût et rendre compétitif un parc nucléaire fonctionnant en mode flexible. Ces deux approches sont basées sur la construction de scénarios aux horizons 2030 et 2050.Nous montrons que les sollicitations en suivi de charge du parc nucléaire croîtront fortement avec l’augmentation de l’éolien et du solaire. Même si le parc possède des marges de manoeuvre pour réaliser plus d’opérations de suivi de charge, celles demandées au parc nucléaire en présence de solaire et d’éolien à des taux supérieurs à 30% de la demande électrique paraissent difficilement soutenables techniquement par lui seul. Du point de vue de la gestion opérationnelle du parc nucléaire, nous remarquons qu’il est souhaitable de favoriser le développement de l’éolien par rapport à celui du solaire, puisque c’est ce dernier qui induit les sollicitations extrêmes en puissance.Le coût de production du nucléaire pourrait augmenter significativement avec la réduction de l’utilisation du parc. Il apparaît alors essentiel de promouvoir un remplacement progressif du parc pour réduire l’impact économique d’une participation à la flexibilité dans la période de transition. Dans le cas de nouveaux investissements nucléaires, une augmentation du prix de la tonne de CO2 pourrait rendre le back-up nucléaire compétitif face aux centrales à gaz à cycle combiné. Par ailleurs, anticiper le développement de nouveaux débouchés devient crucial pour éclairer les choix d’investissements électriques bas-carbone.Pour contourner la difficulté posée par la réduction du taux d’utilisation du nucléaire, nous examinons la flexibilité du nucléaire comme un levier d’offre de service énergétique plus vaste, tout en contribuant à la fiabilité du système électrique. La production d’hydrogène permet des synergies entre renouvelables et nucléaire pour valoriser ses surplus de production. Cette solution paraît intéressante dès 2030 si les capacités du parc nucléaire sont conservées et que l’opérateur choisit une stratégie économique adaptée pour s’ouvrir à de nouveaux débouchés. Le développement des exportations ou des usages de la chaleur sont aussi des options envisageables pour l’utilisation des surplus.Au global, nous recommandons, afin d’encourager les synergies possibles entre énergies bas-carbone, d’appréhender la part du nucléaire en France dans une dynamique adaptée à la pénétration des renouvelables, et au déploiement des marchés des coproduits nucléaires, dont l’hydrogène
The French power system is transitioning towards a more diversified low carbon mix. The power mix is characterised by a high nuclear share which is to remain significant and the target to increase variable renewables (wind and solar) by 2050. When introduced massively, wind and solar trigger new needs for back-up power, both in the short and long term, to answer the flexibility required in order to maintain the reliability target level of the power system. All flexibility options should be complementarily developed, given their characteristics, and nuclear will have a role to play in this context.How could the French power mix be adapted towards more flexibility while maintaining a low-carbon level and mastering associated costs? The purpose of this PhD thesis is to shed light on this issue thanks to a techno-economic analysisAt first, interactions between nuclear and variable renewables are analysed thanks to two complementary approaches. On the one hand, a technical perspective is adopted by confronting prospective nuclear load-following requirements to the fleet theoretical capabilities. On the other hand, thanks to a techno-economic approach, we evaluate the additional cost of ensuring part of the flexibility requirements with the nuclear fleet and examine options to reduce this cost to make nuclear back-up competitive. These two approaches are based on the construction of realistic scenarios by 2030 and 2050.The French nuclear fleet will be asked for a strong increase of the load following operations with growing wind and solar shares. Even if the nuclear fleet can enable higher power ramps and amplitude variations, when wind and solar account for more than 30% in the total demand, compensating for the power variations induced would require complementary means. From a fleet management perspective, it would be beneficial to favour wind compared to solar in the power mix. The latter induces extreme power ramps and amplitudes for the nuclear fleet.The nuclear production cost could be significantly increased with the decrease of the nuclear utilisation rate. In the transition phase, it would be of great importance to promote a progressive replacement of the nuclear fleet to compensate for the production cost increase. In the case of new nuclear investments, a carbon price increase could make nuclear back-up able to compete with combined-cycle gas turbine plants as the alternative back-up option. Anticipating the development of new outlets becomes crucial to guide future investments in low-carbon power plants.To bypass the issue of the nuclear utilisation rate reduction, it would be worth considering taking advantage of the available excess energy to produce valuable products while providing flexibility services to the grid. Hydrogen production, as a flexible power demand, could enhance synergies between nuclear and variable renewables through new markets to valorise the excess nuclear energy. When wind and solar shares increase, along with the hydrogen market expected growth driven by mobility uses, opportunities are created for the nuclear operator. If the French nuclear capacities are maintained and if an adapted business model is developed, nuclear-hydrogen coproduction could answer the hydrogen demand by 2030. Other options could be considered to find outlets to the excess power such as the development of power exportations or the coproduction of heat and electricity.Overall, in order to foster synergies between low-carbon power plants, the change of the nuclear share in the French power mix should be apprehended through dynamics adapted to the penetration of renewables as well as to the deployment of hydrogen markets, and new markets in general

Les réseaux énergétiques de la Suisse sont fiables et stables, mais ils sont aussi confrontés à des défis inédits. L’un d’entre eux tient au fait que les nouvelles sources d’énergie renouvelables – installations photovoltaïques et éoliennes – produisent de l’électricité de manière irrégulière. Le réseau énergétique doit par conséquent faire preuve de plus de flexibilité : du côté de l’offre avec des solutions de stockage de l’électricité et de la chaleur et du côté de la demande avec une gestion automatisée de la charge. Par ailleurs, le potentiel de synergie entre les différentes sources d’énergie doit être mis à profit.