Dissertations / Theses on the topic 'Energies 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

La situation de retard au développement menaçant de s'aggraver qui caractérise l'Afrique subsaharienne d'aujourd'hui, incite à rechercher de nouvelles solutions en vue de promouvoir une stratégie de développement plus efficace, originale et adaptée aux conditions particulières de cette région. Parmi ces solutions, une priorité systématique aux énergies nouvelles et renouvelables constitue une démarche novatrice qui, en dynamique de longue période, permet d'espérer une accélération du développement du sous-continent africain. On examine, dans une première partie, les données et perspectives des diverses sources d'energie, "classiques" et nouvelles, dans l'Afrique actuelle et la mesure dans laquelle elles paraissent justifier un recours privilegié aux énergies dans cette géographie. La recherche s'oriente ensuite, dans une deuxième partie, vers l'analyse des effets potentiels et des implications économiques, politiques et institutionnelles de cette stratégie de développement donnant priorité aux énergies dans la dynamique du développement des économies des pays d'Afrique subsaharienne et du sous-continent spécifique qu'ils constituent.

La transition énergétique, entendue comme le passage progressif du modèle énergétique actuel à un modèle énergétique fondé essentiellement sur des énergies décarbonées, a induit une responsabilisation accrue des collectivités territoriales et de leurs groupements dans le sens où ils doivent désormais assumer à travers des leviers juridiques particulièrement effectifs et opérationnels une part importante de la mission consistant à accélérer le développement des énergies renouvelables. Dans ce cadre, on assiste depuis le début des années 2000 à un accroissement des compétences des collectivités territoriales et des groupements de collectivités dans les matières touchant de près ou de loin à la transition énergétique, cela témoigne de la prise de conscience par les pouvoirs publics du rôle incontournable de ces collectivités dans la transition énergétique et de la nécessité de renforcer cette intervention à travers la création de compétences ex nihilo ou en procédant à des transferts de compétences de l'État vers les collectivités territoriales. Ce mouvement a été notamment favorisé par la libéralisation du marché de l'énergie qui a créé un terrain fertile à l'intervention économique des collectivités territoriales dans le secteur énergétique. L'objet de cette thèse est de démontrer que la mise en œuvre de la transition énergétique au niveau local est inextricablement liée à la problématique de la décentralisation territoriale et que donc le renforcement de la place de l'échelon local, exigé par la transition énergétique, se heurte aux limites et contradictions de ladite décentralisation
The energy transition, understood as the gradual transition from the current energy model to an energy model based essentially on carbon-free energies, has led to increased accountability of local authorities and their groupings in the sense that they must now assume, through particularly effective and operational legal tools, an important part of the mission consisting in accelerating the development of renewable energies. In this context, since the beginning of the 2000s, we have witnessed an increase in the powers of local authorities and groupings of authorities in matters directly or indirectly related to the energy transition, which testifies to the awareness by the public authorities of the essential role of these communities in the energy transition and the need to strengthen this intervention through the creation of skills ex nihilo or by transferring skills from the central state to the local authorities. This movement has been encouraged particularly by the liberalization of the energy market, which has created fertile ground for the economic intervention of local authorities in the energy sector. The purpose of this thesis is to demonstrate that the implementation of the energy transition at the local level is inextricably linked to the problem of territorial decentralization and that therefore the strengthening of the place of the local level required by the energy transition comes up against to the limits and contradictions of this decentralization

La bathymétrie est un paramètre clé pour le développement des énergies marines renouvelables. L’acquisition actuelle de ces données est faite par des sondeurs acoustiques embarqués sur navires. Les images satellites des Radar à Synthèse d'ouverture (RSO) peuvent être utilisées pour obtenir des cartes bathymétriques dont la résolution est adaptée aux besoins des acteurs des EMR. L’objectif de la thèse est l’évaluation du potentiel des nouveaux satellites embarquant des imageurs radar pour l’estimation de la bathymétrie. La répétition de la mesure de la mission Sentinel-1 permet d’obtenir des images RSO d’une même zone tous les 6 jours. Cette capacité à imager des conditions de mer très différentes permet d'augmenter la probabilité d'obtenir des conditions favorables à l’estimation de la bathymétrie par des méthodes exploitant l'interaction de la houle avec la bathymétrie. L’approche proposée dans cette thèse est basée sur l’utilisation de la propagation de la houle dans le but d’estimer la profondeur. Dans un premier temps l’utilisation d'un modèle de propagation d'onde à résolution de phase (modèle Boussinesq Ocean & Surf Zone) a permis d'établir, de tester et de mettre au point une méthode d’estimation de la bathymétrie sur plusieurs surfaces libres. Dans des conditions favorables, les images RSO de l’océan peuvent être considérées comme une représentation linéaire de l’état de mer. Dans un second temps, nous avons adapté et appliqué la méthode établie sur le modèle aux images SAR. Des approches simples de fusion de données sont appliquées pour tirer parti de la répétitivité de la mission Sentinel-1. Les résultats obtenus sont en mesure de satisfaire les besoins des acteurs des EMR. Les perspectives de ce travail sont présentées
Bathymetry is a key parameter for marine renewable energies development. The current acquisition these data is made by acoustic sounders on board ships. Synthetic Aperture Radar (SAR) images can be used to acquire bathymetric maps whose resolution could satisfy the actors of the MRE. The objective of the thesis is the evaluation of the potential of new satellites carrying radar imagers for bathymetry estimation and mapping. Repetition of measurements of the Sentinel-1 mission provides Synthetic Aperture Radar (SAR) images of the same area every 6 days. This ability to capture images with sea states very different from one to another allows increasing the probability of capturing favorable conditions to estimate bathymetry with methods exploiting the swell bottom interaction. The approach proposed in this thesis is the use of wave propagation for the purpose of estimating depth. First, the use of a phase-resolved wave propagation model (Boussinesq Ocean & Surf Zone model) allowed establishing, testing and developing a method of bathymetry estimation on several free surfaces of the ocean. With favorable conditions, SAR images of the ocean can be considered as a linear representation of the sea state. Secondly, we adapted and apply the method implemented on the model to SAR images. Simple approaches of data fusion have been applied to exploit of the repetitiveness of the Sentinel-1 mission. Results obtained are able to satisfy the needs of actors in the domain of MRE. The prospects of this work are presented in this document

L’objectif principal de cette thèse est de déterminer les risques et les barrières d’investissement dans le secteur des énergies renouvelables, en Tunisie, et d’en déduire les stratégies et les mécanismes à adopter pour accélérer le processus de transition vers les énergies renouvelables. Bien que les fondements de cette thèse soient basés sur l’analyse économique, elle privilégie, plutôt, une approche interdisciplinaire de management du risque. Nous avons procédé à une étude de cas d’un projet d’énergie solaire thermodynamique à concentration (le projet « TuNur ») qui aura lieu au sud de la Tunisie. Nous avons utilisé la méthode d’Analyse Globale des Risques (AGR) qui permet de déterminer les cartographies des risques (le diagramme de Kiviat et le diagramme de Farmer) ainsi que les moyens pour les réduire. L’application de cette méthode nous a permis de dégager la liste des 8 risques majeurs ainsi que les mécanismes et les stratégies à adopter pour les réduire. A la fin de cette thèse, nous avons présenté les différentes formes de gouvernance énergétique qui permettent de faciliter la diffusion des énergies renouvelables en Tunisie. Nous avons expliqué le fait que la politique énergétique de transition vers les énergies renouvelables doit être faite par les autorités publiques, au début, mais elle doit progresser rapidement vers d’autres formes de gouvernance, en passant par la participation du secteur privé et la gouvernance locale participative jusqu’à arriver à un stade où la gouvernance des risques devient nécessaire
The main objective of this thesis is to identify and analyze the risks and barriers faced by renewable energy investors, in Tunisia, and to deduce strategies and mechanisms that should be adopted to accelerate the process of transition to renewable energies. Although the foundations of this thesis are based on the economic analysis, it favors, rather, an interdisciplinary approach of risk management.We conducted a case study of a project of concentrating solar power (the “TuNur” project) which will be held in southern Tunisia. We used the Global Risk Analysis method (GRA) which permits the determination of cartographies of risks (Kiviat diagram and Farmer diagram) and the ways to reduce them. The application of this method allowed us to generate a list of 8 major risks and the mechanisms and strategies to reduce them. At the end of this thesis, we presented the different forms of energy governance that facilitate the diffusion of renewable energies in Tunisia. We explained that the energy policy of transition to renewable energies must be made by public authorities, at the beginning, but it must quickly move to other forms of governance, through private sector participation and participative local governance until we get to a stage where the risk governance becomes necessary

Comme nombre d'autres Etats aux ressources insuffisantes, le Cameroun, pour satisfaire sa demande croissante en électricité, est à la recherche des solutions novatrices en terme de coûts et de garanties dans l'optique d'assurer le développement durable de son secteur énergétique. Les énergies renouvelables y contribueront certainement étant donné la prise de conscience des impacts négatifs sur l'environnement des systèmes actuels et l'existence d'un potentiel important, équivalent pour les trois filières étudiées (gazéification de la biomasse ligneuse, biométhanisation de la biomasse humide et la microhydroélectricité) au moins à la consommation actuelle prélevée du réseau national. La question de fond est de savoir comment cet accroissement indispensable devrait s'effectuer ?, selon quelles modalités ?, quelles rythmes ?, et suivant quels choix ? La contribution de cette thèse est le développement d'un modèle d'analyse permettant d'intégrer les critères environnementaux et économiques dans le processus de décision lors de la définition des politiques d'électrification. L'application du modèle au secteur électrique camerounais montre en tenant compte de l'évolution de la consommation en électricité (2006-2025) que l'intégration de l'électricité verte améliore le bilan financier du secteur électrique malgré le surcoût d'investissement qu'elle engendre. L'appel de fonds nécessaire à l'investissement peut trouver auprès des organismes financiers une réponse d'autant plus favorable aux énergies renouvelables qu'au delà de l'amélioration du bilan financier, l'effet favorable pour l'environnement peut générer des recettes supplémentaires via les mécanismes de Kyoto et d'autres fonds internationaux en faveur de la protection de l'environnement mondial car ce scénario permet d'éviter environ 6 millions de tonnes de CO2 équivalent sur la période analysée.

Les convertisseurs multicellulaires DC-DC sont utilisés dans de nombreuses applications et de nombreux systèmes électriques. Ils présentent un intérêt particulier pour des applications spécifiques liées aux énergies renouvelables et aux Microgrids. Leur principal avantage provient de leur capacité intrinsèque à réduire les ondulations liées au découpage des grandeurs électriques en entrée et en sortie du système de conversion. Cette propriété intéressante au niveau système peut être étendue au fonctionnement interne du convertisseur en adjoignant à ce dernier un élément de filtrage par inductances couplées magnétiquement. Ce composant permet d’étendre les propriétés externes de réduction des ondulations au fonctionnement de chaque cellule du convertisseur. Il permet également d’augmenter la dynamique propre du système de conversion. Ces propriétés permettent de réduire significativement le niveau et le volume de filtrage en entrée et sortie du convertisseur et donc d’augmenter de manière importante sa compacité et son rendement énergétique. Cependant, l’ajout de ce dispositif magnétique induit, de par le couplage des équations du système qu’il provoque, une complexification du contrôle de la structure associée également à la nécessité d’augmenter le nombre de capteurs.Ce travail de thèse a pour objectif d’établir et d’évaluer différents modes de contrôle pour les convertisseurs multicellulaires DC-DC. Le point commun aux méthodes proposées est de permettre la gestion aussi bien des grandeurs externes au convertisseur que des grandeurs internes constituées par les courants de circulation entre cellules connectées en parallèle. Ces composantes de courant sont également nommées « courants différentiels ». Trois types de contrôle sont étudiés : Pour le premier, des correcteurs linéaires classiques sont utilisés conjointement avec des techniques de découplage des équations du système. La robustesse de ces méthodes de contrôle vis-à-vis des incertitudes sur la connaissance des paramètres du système fait l’objet d’un focus particulier dans cette partie du travail. Pour le second, une version modifiée de la technique de commande connue sous le nom Model Predictive Control est proposée. Celle-ci permet d’assurer le contrôle de la fréquence de commutation et l’entrelacement des commandes PWM des cellules. Pour le troisième mode, nous étudions une méthode basée sur le contrôle vectoriel direct des courants différentiels.Une implantation sur un système numérique équipé d’un micro-processeur et d’un FPGA est proposée et permet de valider les résultats de l’étude théorique
The interleaved multicell DC-DC power converters are broadly used in many applications and systems especially in renewable energy systems and microgrids. They reduce the current ripple at the input and output side. Also, an implemented magnetic coupling between cells leads to reduce the current ripple in each of them and to improve the dynamical electrical behavior. These properties involve a reduction on the filtering requirements and so, allow to improve the converter compactness as well as its conversion efficiency. Nevertheless, for such power converters, the control complexity is also increased as well as the number of required sensors.The thesis aims to establish different mode of control of interleaved multicell DC-DC converters. The common point of these methods is to control the external quantities at the output of the converter but also the internal quantities, constituted by the circulating currents between parallel cells or in other words the differential currents. Three main strategies are investigated: the first one uses classical linear controllers with different decoupling technics and focuses on the robustness regarding the system parameters variations. The second one uses a Model Predictive Control technic which is designed to provide a fix switching frequency and interleaving of the cells PWM commands. The last one presents a space vector direct control of the differential currents.In a last part, these control principles are tested on a prototype and implemented on a Microcontroller and FPGA board in order to carry out an experimental verification

La production hydroélectrique française sera exposée à d’importants changements dans les années à venir. D’une part le réchauffement climatique accentue les contrastes saisonniers de précipitations et augmente la demande évaporative, modifiant les débits des rivières et donc la ressource disponible pour les centrales hydroélectriques. D’autre part, l’intégration croissante d’énergies renouvelables variables prévue par les politiques d’atténuation des émissions modifie les besoins de flexibilités du système électrique. Enfin, la gestion des réservoirs hydroélectriques dépend également des autres usages de l’eau et sera donc influencée par leur évolution.Dans cette thèse, nous proposons une approche intégrée de modélisation pour quantifier et analyser ces différents effets et leur interaction. Notre approche repose sur le couplage d’un modèle climatique de surface continentale (LSM) et d’un modèle d’optimisation du système électrique (PSM), qui nous permet de représenter conjointement les contraintes liées au climat et au système électrique.Nous représentons l’opération multi-objectifs des réservoirs hydroélectriques dans le LSM et utilisons la production simulée par le PSM comme cible pour guider l’opération des réservoirs. Inversement, les contraintes de production hydroélectriques du PSM sont définies à partir des simulations du LSM. Nous montrons que cette approche intégrée améliore à la fois la modélisation de l’écoulement des rivières dans le modèle climatique et celle du dispatch de la production dans le modèle électrique. Surtout, cela permet de simuler la réponse de la production hydroélectrique à différents scénarios de changement climatique et de système électrique.Concernant le futur de la production hydroélectrique en France, nous trouvons un effet limité du changement climatique à l'échelle annuelle mais des contrastes saisonniers plus marqués avec une augmentation de la production en hiver et une diminution en été. Par ailleurs, l’intégration d’énergies renouvelables variables modifie le profil de production des centrales réservoirs et augmente la valeur de la flexibilité offerte par les réservoirs hydroélectriques.Toutefois, notre étude met aussi en évidence une importante incertitude sur les niveaux futurs de production hydroélectrique liée aux projections climatiques, et sur les prix de l'électricité liée aux coûts de production des centrales thermiques décarbonées
French hydropower production is expected to undergo major changes in the coming years. On the one hand, global warming intensifies seasonal precipitation contrasts and increases evaporative demand, altering river flows and, consequently, the water resources available for hydropower plants. On the other hand, the growing integration of variable renewable energies, encouraged by CO2 emission mitigation policies, changes the flexibility requirements of the electrical system. Finally, the management of hydropower reservoirs also depends on the evolution of other water uses.In this thesis, we propose an integrated modeling approach to simulate and quantify these different effects and their interaction. Our approach is based on the coupling of a land surface model (LSM) and a power system optimization model (PSM), enabling us to jointly represent the constraints related to climate and the electrical system.We represent the multipurpose operation of hydropower reservoirs in the LSM and use the power generation time series simulated by the PSM as a target to guide reservoir operations. Conversely, the hydropower production constraints used in the PSM are defined based on LSM simulations. We show that this integrated approach enhances both the representation of river flows in the climate model and of production dispatch in the PSM. Most importantly, it allows us to simulate the response of hydropower production to different scenarios of climate change and power system configurations.Regarding the future of hydropower production in France, we find a limited impact of climate change at the annual scale but more pronounced seasonal contrasts, with increased production in winter and decreased production in summer. Besides, the integration of variable energy modifies the production pattern of reservoir power plants and increases the value of the flexibility provided by hydropower reservoirs.However, our study also highlights significant uncertainty in future production levels and electricity prices, linked to uncertainties in climate projections and the future cost of decarbonized thermal power plants

L'augmentation de la contribution des énergies renouvelables (solaire ou éolien) et une évolution majeure du parc électrique français et s'inscrit dans le cadre de la transition énergétique. Il est prévu que la part de ces énergies dans le mix passe de 6% actuellement à 30% d'ici à 2030. Cette augmentation en revanche laisse entrevoir d'importants déséquilibres entre l'offre et la demande, et les autres moyens de production, l'énergie nucléaire en tête, devront donc s'adapter. Ce travail vise à augmenter la disponibilité de suivi de charge des centrales, en améliorant leur pilotage durant tout le cycle d'exploitation. Parmi l'ensemble des réacteurs du parc nucléaire français, les réacteurs à eau pressurisées d'une puissance électrique de $1300$ MW sont choisis en raison de leur capacité de suivi de charge déjà accrue. Dans un premier temps, un modèle multi-physique et de type simulateur de la centrale est développé, permettant de prendre en arguments les paramètres principaux des barres de commande, et permettant de déterminer en quelques dizaines de minutes de calcul, les critères d'intérêt dont le premier est en lien avec le diagramme de pilotage et le second avec le volume d'effluents. Le problème d'optimisation est alors résolu grâce à des algorithmes évolutionnaires parallèles asynchronesde type maître-esclave, et les mode de pilotage obtenus sont commentés
The increase of the renewable energies contribution (as wind farms, solar energy) is a major issue in the actual context of energetic transition. The part of intermittent renewable energies is indeed forecast to be around 30% of the total production in 2030, against 6% today. On the other hand, their intermittent production may lead to an important imbalance between production and consumption. Consequently, the other ways of power production must adapt to those variations, especially nuclear energy which is the most important in France. This work aims at increasing the availability of thepower plants to load-follow, by optimizing their manageability all along their operation cycle. Among the French nuclear fleet, the pressurized water reactors(PWR) producing $1300$ electrical MW and operated in the "G" mode are considered as they show the higher capability to load-follow. In a first step, a multi-physics PWR model is designed taking as inputs the main parameters of the control rods, and computing in few minutes the criteria of interest whichare linked to the control diagram and to the effluents volume. The optimization problem which consists in minimizing those two values of interest is then solved thanks to a parallel asynchronous master-worker evolutionary algorithm. Finally, the efficient operating modes are discussed

Les énergies et plus particulièrement les énergies renouvelables sont un des éléments clés du développement soutenable aujourd'hui en plein expansion. Cette problématique est encore plus sensible dans les régions insulaires. Le chapitre 17 de l'Agenda 21 (Conférence de Rio, 1992) stipule que les îles sont des cas particuliers à la fois d'un point de vue environnemental et de leur développement. Elles ont des problèmes spécifiques et sont extrêmement fragiles et vulnérables. Dans le contexte actuel du développement durable, l'énergie est la pierre angulaire de leur stratégie de planification. En milieu insulaire, les contraintes habituelles dans le domaine de l'énergie sont la distance aux réseaux principaux, la petite échelle, les difficultés de distribution et l'absence de grands marchés traditionnels. Ces contraintes sont en général contrebalancées par l'extrême abondance des sources renouvelables d'énergie et l'incroyable adaptabilité et capacité d'intégration des technologies d'énergies renouvelables. Des facteurs qui tranchent avec l'inefficacité et le coût élevé des systèmes à énergie conventionnelle dans ces régions insulaires. En fait, nous pourrions dire que les îles doivent devenir de véritables laboratoires pour l'avenir des énergies " durables " Dans le document final rédigé à la fin de la première conférence sur le développement durable des îles (Minorca, 1997), nous pouvons lire : " les sources d'énergie non-renouvelables doivent être considérées comme des solutions provisoires, non souhaitables comme solution à long terme au problème énergétique des îles. ". C'est dans ce contexte que s'inscrivent les activités de recherches que nous avons réalisées depuis notre recrutement sur un poste de Maitre de Conférences en Septembre 1996, à l'Université de Corse. Elles concernent, en grande partie, l'intégration des sources renouvelables (solaire photovoltaïque et éolien) dans les réseaux électriques insulaires, avec comme champ d'application, la Corse. La démarche développée consiste à étudier le système énergétique globalement : en effet, un système solaire ou éolien n'est pas seulement tributaire de sa fiabilité technique et des performances individuelles de ses composants, il dépend de l'agencement des différents composants, de la stratégie de fonctionnement des divers sous-systèmes et de son dimensionnement. De plus, il est dépendant, par nature, des rythmes et aléas de son approvisionnement en énergie. Nous avons donc mis en œuvre une méthodologie globale du système prenant en compte tous les particularismes liés à l'utilisation des sources renouvelables d'énergie. La problématique générale posée par les systèmes utilisant une source renouvelable d'énergie d'origine phénomène (vent, soleil) est la suivante : comment utiliser au mieux un flux énergétique (éclairement solaire, vitesse de vent) fortement dépendant du temps et de l'espace pour répondre à une demande énergétique présente généralement sous une autre forme, elle aussi aléatoire dans le temps ? La particularité des chaînes de conversion solaire ou éolienne, comme celle de tout système à intrant énergétique d'origine phénomène provient du caractère aléatoire de la source du fait des variations météorologiques non prévisibles. Ainsi, même pour un système parfaitement connu d'un point de vue mathématique et technique, certaines grandeurs telles que rendement, efficacité ou productivité restent liées aux fluctuations spatio-temporelles de la source mais également de la charge. C'est donc pour cette raison que la connaissance et la caractérisation de la source énergétique doivent être étudiées de manière très précise. L'extrant énergétique (la consommation) est lié quant à lui aux besoins de l'utilisateur et/ou aux caractéristiques du réseau de distribution d'énergie. C'est pour cette raison, que la première partie de mes travaux se concentre sur la connaissance et la caractérisation de la source énergétique qu'elle soit solaire ou éolienne. Ainsi, nos principales activités de recherches portent sur : - l'étude des ressources énergétiques : absolument nécessaire pour les raisons exposées précédemment : étude statistique, développement de corrélation et de modèle, interprétation physique des phénomènes. - la production d'énergie à grande échelle à partir de sources renouvelables : très souvent, il s'agit de systèmes directement connectés au réseau de distribution. Cette production pose des problèmes du fait de sa forte variabilité qui perturbe le fonctionnement du réseau de distribution. Il faut donc étudier les interactions dynamiques inévitables entre l'offre et la demande, et analyser l'intervention de plusieurs facteurs tels que : centralisation ou distribution des systèmes de production, stockage d'énergie, taille du réseau, .... pour préserver la stabilité du réseau au fur et à mesure de l'augmentation de la capacité installée. - les systèmes de production multisources (appelés hybrides) : il s'agit de systèmes d'approvisionnement en électricité, la plupart du temps pour l'alimentation des sites isolés (mais dont l'application en mode connexion réseau électrique est également envisagée) couplant divers types de productions telles que éolienne, photovoltaïque et autres. Ils permettent une fourniture d'électricité plus fiable et moins coûteuse. Devant la complexité de ces systèmes, il convient de développer des méthodes de dimensionnement intégrant une optimisation de la gestion de l'énergie et une étude de coût optimal de production. Nous contribuons également aux activités de recherches portés par les membres de l'équipe. Elles concernent plusieurs domaine comme : - le diagnostic des systèmes de production [6.7.2.5 ; 6.7.2.10] : étant donnés la complexité des systèmes et le nombre important des paramètres qui entrent dans leur fonctionnement, un automaticien a rejoint notre équipe et développe des méthodologies de diagnostic des systèmes complexes qu'il applique à nos systèmes. - le développement de capteurs solaires innovants [6.7.1.3 ; 6.7.1.17 ; 6.7.1.19 ; 6.7.12.. 6.7.2.1. ; 6.7.2.2 ; 6.7.2.3. ; 6.7.2.8. ; 6.7.2.11. ; 6.7.2.17 ; 6.7.2.35 ; 6.7.2.36] (thermique et/ou photovoltaïque) : dans ce domaine, l'équipe a développé un capteur à air autonome, un capteur solaire en matériau composite et travaille actuellement sur un volet solaire à haute intégration dans l'habitat et sur un capteur hybride de production simultanée de chaleur et d'électricité. Dans un premier temps, nous présenterons donc les travaux relatifs à l'estimation et à l'analyse de la ressource énergétique que sont le rayonnement solaire et les vitesses de vent. Cette partie est un élément clé de l'analyse du comportement, de l'optimisation des systèmes de production d'énergie à sources renouvelables d'énergie. Il est en effet indispensable de mettre en place des caractérisations stochastiques du fait même de l'aspect aléatoire et non déterministe de cette ressource. La deuxième partie traite de la problématique de la connexion de systèmes énergétiques sur le réseau électrique insulaire, et les outils que nous avons mis en place afin d'analyser l'opportunité de l'intégration de fermes éoliennes ou de systèmes photovoltaïques sur les réseaux électriques, et plus particulièrement ceux non-interconnectés comme les réseaux insulaires. Cette thématique, nous a naturellement amené à étudier le couplage à d'autres sources d'énergie (et/ou de stockage) afin de réduire l'influence de l'aspect intermittent et non contrôlable de ces sources d'énergie. Le but des travaux entrepris sur ces systèmes n'est pas de rendre compte de l'évolution précise des paramètres entrant dans son fonctionnement tels que la tension, l'intensité, mais à partir de variables purement énergétiques (et non électriques) de dimensionner les différents sous-systèmes et de choisir la meilleure stratégie de fonctionnement pour chaque sous-système. Dans ce cadre, la modélisation physique globale utilisée permet de décrire le comportement de chaque sous système, puis on adjoint une étude de coût de production pour finaliser l'optimisation

Dans le cadre des actions d’atténuation pour réduire les émissions de gaz à effet de serre en lien avec la consommation d’énergie, les sources d’énergies renouvelables(EnR) apparaissent comme une solution pertinente. Elles peuvent être utilisées pour la production d’électricité, de chaleur et de froid et dans le secteur des transports. Pourtant, ces sources d’énergie ont connu un développement lent et des différences importantes existent entre les pays. Dans cette thèse, j’étudie en premier lieu les déterminants empiriques du déploiement des EnR. Pour ce faire, je réalise une revue systématique de la littérature quantitative existante qui s’intéresse à ce sujet au niveau des pays. Je constate que cette littérature est assez fragmentée et analyse les résultats des auteurs en me basant sur les spécifications considérées pour étudier l’existence d’un consensus sur les déterminants possibles du développement des EnR au niveau national. Pour compléter cette analyse multi-pays, je m’intéresse à deux barrières qui sont considérées comme des freins importants à une généralisation de l’utilisation des EnR : le financement et l’acceptabilité. Plus particulièrement, je me concentre sur le secteur du financement participatif d’EnR. En effet, le financement participatif, ou crowdfunding en anglais, est une moyen de financement innovant qui permet notamment une participation des citoyens au financement de projets d’EnR et donc les implique dans le processus de transition énergétique vers des sources bas-carbone. Plus spécifiquement, j’ai choisi d’étudier le financement participatif d’EnR dans le cas de la France car le secteur a connu une forte croissance dans un contexte réglementaire favorable. Je réalise une étude de cas d’une plateforme de financement participatif spécialisée dans les projets d’EnR afin de présenter son modèle économique et les risques qui y sont associés. Ensuite, afin de mieux cerner les caractéristiques de ce secteur, je donne un panorama des différents acteurs impliqués dans le secteur du financement participatif d’EnR en France : les plateformes, les porteurs de projet et les contributeurs. Finalement, je mène une analyse empirique de données de sondage concernant le processus de décision des citoyens qui ont investi en France dans des projets de financementparticipatif d’EnR
In the context of mitigation actions in the energy sector to reduce greenhouse gasemissions, renewable energy (RE) sources appear as relevant solutions. They canbe used for electricity production, in the heating and cooling, and the transportsectors. However, these low-carbon sources have only developed slowly andsignificant differences exist between countries.In this thesis, I first explore the empirical determinants of RE sources deploymentby systematically reviewing the existing quantitative country-level literatureon this topic. I find that this strand of literature is quite fragmented andanalyze the authors’ results based on the framework considered to investigatethe existence of a consensus on possible determinants of RE development at acountry level.To complement this multi-country approach, I focus on two significant barriersthat have been found to hinder a wide spread use of RE sources: financingand acceptance. More specifically, I look at the RE crowdfunding sector. Indeed,crowdfunding is an innovative financing tool that enables the participation ofcitizens in the funding of RE projects, thus involving them in the energy transitionprocess towards low-carbon sources. In particular, I focus on the FrenchRE crowdfunding sector because it has experienced a strong growth in the contextof a favorable regulatory environment. I conduct a case study of a Frenchcrowdfunding platform specialized in RE projects to better understand its businessmodel and the risks associated with it. Then, to shed some light on thecharacteristics of the sector, I give an overview of the different actors that are involvedin the French RE crowdfunding sector: platforms, project promoters, andcontributors. Finally, I carry out an empirical analysis of survey data regardingthe decision-making process of French citizens that have invested in RE crowdfundingprojects

Ce travail de recherche interroge la notion du développement durable, et la façon dont ce concept se traduit dans le domaine des énergies renouvelables et du « tourisme durable » du niveau international au niveau local. A partir de cette question de départ, nous avons souhaité analyser les enjeux de la « durabilité » des énergies renouvelables par rapport à l’activité touristique et comprendre les leviers et les mécanismes qui participent à l’instauration d’un nouveau statut énergétique compatible avec le « développement durable ». Le développement durable n’étant pas un concept accepté de manière uniforme par tous les chercheurs, notre étude met en évidence la diversité des enjeux selon les échelles géographiques et repose sur des sources d’information variées, en essayant de distinguer les analyses théoriques et empiriques, et d’approcher la réalité de l’Europe par les réalités nationales et locales. Comme champ d’application de notre recherche nous avons choisi les îles de la Grèce, et nous avons cherché à voir comment les décideurs politiques de ce pays ont essayé de développer les énergies renouvelables en leur attribuant le statut de «formes énergétiques fondamentales » selon les lignes européennes. Nous avons cherché à élargir et valider nos conclusions par l’évaluation des « meilleures et des plus mauvaises pratiques » parmi diverses îles du monde. Nous avons revelé qu’il existe plusieurs dimensions du problème : - le jeu entre acteurs d'échelles différentes, aux enjeux souvent différents - le jeu et les interactions entre logiques sectorielles - le jeu des logiques spécifiques à certains milieux géographiques. Après des recommandations qui insistent sur l’importance de facteurs institutionnels et organisationnels dans le processus d’un développement durable, on parvient à conlure que, même si la multiplicité des échelles implique une grande complexité du développement durable, il y a toujours un espoir pour faire passer le message de Bruxelles à l’échelon local, sous la condition que certains paramètres soient pris en considération
This research discusses the notion of sustainable development, and the way in which this concept is translated in the fields of renewable energies and “sustainable tourism” from the international to the local level. From this starting question, we wished to analyze the challenges of renewable energies regarding sustainability within tourist activity and understand the mechanisms which participate in the introduction of a new energy status compatible with “sustainable development”. The sustainable development not being an accepted concept in a uniform way by all the researchers, our study highlights the diversity of challenges met to various geographical scales. Our work is based on multiple information sources, while trying to distinguish theoretical and empirical analyses and to approach European reality through national and local realities. As field of application in our research, we have chosen the islands of Greece and we sought to see how political decision makers of this country have tried to develop renewable energies allocating them the status of “fundamental energy forms” in compliance with European guidelines. We sought to widen and validate our conclusions through the evaluation of “better and worst practices” among various islands of the world. We revealed that there are several dimensions of the problem: - interactions between actors of different scales, with often different challenges to meet - interactions between sectorial logics - interactions between specific logics applied to certain geographical environments. After our recommendations which insist on the importance of institutional and organisational factors in the process of sustainable development, we conclude that, even if the multiplicity of the scales implies a great complexity in the implementation of sustainable development practices, there is always a hope to transmit the message from Brussels to the local level, under the condition that certain parameters are taken into account

Décarboniser le système énergétique en augmentant l'utilisation des sources d'énergies renouvelables variables (ERV) est essentiel pour réduire les impacts du changement climatique et maintenir le réchauffement climatique en dessous de 2 °C. Les modèles de systèmes énergétiques sont utilisés pour planifier les futurs mélanges énergétiques et évaluer différentes options. À mesure que les sources d'ERV deviennent plus dominantes, ces modèles deviennent plus sensibles aux conditions météorologiques. Cela signifie qu'il est crucial de gérer les incertitudes liées à des facteurs tels que la modélisation des facteurs de capacité (FC) et les effets du changement climatique.Pour mieux comprendre les effets de l'incertitude dans la modélisation des FC, cette thèse examine la sensibilité des coûts totaux du système et de la capacité installée optimale du modèle de système énergétique EOLES aux perturbations uniformes et par quantiles des FC photovoltaïques (PV) et éoliens. Elle compare également la sensibilité lors de l'optimisation à la fois des investissements en capacité et de la gestion des flux, ainsi que lors de l'optimisation uniquement de la gestion des flux. De plus, nous comparons la sensibilité aux perturbations des FC avec celle des dépenses en capital (CAPEX). Les résultats indiquent que les sorties du système sont plus sensibles aux perturbations des FC éoliens qu'aux perturbations des FC PV. Pour les deux sources d'énergie, des impacts plus significatifs sont observés à des plages de quantiles plus basses, représentant des événements de faible production. Dans les systèmes avec une capacité installée fixe, les perturbations négatives entraînent des sensibilités nettement plus élevées que les perturbations positives. De plus, nous constatons que la sensibilité aux FC est comparable à celle des CAPEX. Notre étude suggère qu'une plus grande attention devrait être portée à la précision de la modélisation des FC des ERV, en particulier pour les événements de faible production, et que la planification de la capacité devrait tenir compte des chocs négatifs potentiels dans les FC des ERV.Nous analysons également l'effet du changement climatique sur le système énergétique en France. À cette fin, l'effet du changement climatique sur la demande énergétique ainsi que sur le FC des ERV (PV et éolien) est considéré, en utilisant une approche multi-modèles incorporant cinq modèles climatiques différents sous le scénario RCP8.5. L'analyse utilise le modèle de système énergétique EOLES pour simuler une représentation détaillée du mix énergétique de la France sans carbone. Nos résultats indiquent qu'avec le changement climatique, le coût total du système énergétique diminue principalement en raison des changements dans la gestion des flux et non de l'adaptation des capacités installées. La capacité installée optimale pour l'éolien et le PV diminue également. Notamment, l'étude montre que le changement climatique ne menace pas la sécurité de l'approvisionnement énergétique, même sans adaptation des capacités installées. De plus, l'analyse souligne que pour évaluer avec précision l'impact du changement climatique sur le système énergétique et planifier les capacités installées, il est crucial de considérer simultanément ses effets sur la demande énergétique et sur le FC des ERV
Decarbonizing the energy system by increasing the use of variable renewable energy (VRE) sources is essential to reducing the impacts of climate change and keeping global warming below 2°C. Energy system models are used to plan future energy mixes and assess different options. As VRE sources become more dominant, these models become more sensitive to weather conditions. This means it is important to manage uncertainties related to factors like capacity factor (CF) modeling and the effects of climate change.To better understand the effects of uncertainty in CF modeling, this thesis investigates the sensitivity of total system costs and optimal installed capacity of the EOLES energy system model to both uniform and quantile range perturbations of PV and wind CFs. It also compares the sensitivity when optimizing both capacity investments and dispatch, as well as when optimizing only dispatch. Additionally, we compare the sensitivity to CF perturbations with that to capital expenditures (CAPEX). Results indicate that system outputs are more sensitive to wind CF perturbations than to PV. For both PV and wind, more substantial impacts are observed at lower quantile ranges, representing low-generation events. In systems with fixed installed capacity, negative perturbations lead to significantly higher sensitivities than positive ones. Moreover, we find that sensitivity to CFs is comparable to the sensitivity to CAPEX. Our study suggests that greater attention should be given to the accuracy of VRE CF modeling, particularly for low-generation events, and that capacity planning should account for potential negative shocks in VRE CF. We also analyze the effect of climate change on the energy system in France. To this end, the effect of climate change on both energy demand and the CF of VRE (PV and wind) is considered, using a multi-model approach incorporating five different climate models under the RCP8.5 scenario. The analysis uses the EOLES energy system model to simulate a detailed representation of carbon-free France's energy mix. Our findings indicate that with climate change, the total cost of the energy system decreases mainly because of changes in dispatch and not adapting the installed capacities. The optimal installed capacity of the wind and PV also decreases. Notably, the study shows that climate change does not threaten energy supply security, even without adaptation of installed capacities. Additionally, the analysis highlights that to accurately assess the impact of climate change on the energy system and plan for installed capacities, it is crucial to consider its effects on both energy demand and CF of VRE simultaneously

Si lors de l'introduction des éoliennes dans le paysage de Midi Pyrénées, les acteurs des politiques destinées à développer les énergies renouvelables étaient plutôt novices quant à leur mise en oeuvre, cela a bien changé à l'heure du photovoltaïque. Les conflits et difficultés qu'ils ont expérimentés dans la réalisation de projets d'éoliennes (contestation), de bois énergie (prégnance des industriels du bois), ou de photovoltaïque (préservation des terres agricoles), leur ont permit de se forger une expérience qui les a peu a peu mené à une autre perception des enjeux inhérents. Les coalitions menées au départ de ces politiques entre les experts techniques et les acteurs publics se délient peu à peu et de fait traduisent l'inscription de ces derniers sur le chemin de l'autonomie. Divisée entre différents type de savoirs, les ressources qui permettent cette progressive indépendance des acteurs publics face à ceux émanant des sphères scientifiques et techniques, ne sont pour autant pas réductibles à cette même dimension technique. En effet, la connaissance des référentiels locaux mais aussi celle relative à l'ingénierie des projets font peu à peu concurrence aux savoirs techniques. Une évolution qui modifie finalement le système institutionnel dans lequel émerge les énergies renouvelables. La dynamique, mais aussi les éléments qui composent ce dernier, changent au fil de l'expérimentation des acteurs, ce qui se traduit finalement par l'émergence d'une nouvelle réalité. C'est la mise en perspective de ce processus sur l'ensemble des départements de Midi Pyrénées et concernant les trois types d'énergies renouvelables qui feront l'objet de notre attention dans cette thèse. Nous constaterons via les différences existantes entre les territoires considérés et les similarités prenant forme parmi les trois secteurs étudiés, que les politiques publiques, si elles sont le résultat d'interactions entre des acteurs, des ressources, des règles et des discours, résultent également des caractéristiques du territoire dans lesquels elles s'inscrivent ainsi que de l'action d'acteurs intermédiaires
Even though energy policymakers were novices when wind power was introduced in the Midi Pyrenees region, the situation had changed when the photovoltaic was implemented. The new challenges policymakers experimented about the wind power and their opponents, the wood energy and the primacy of the wood's industrials, the photovoltaic and the preservation of the agricultural lands, fostered their learning and gradually lead them to change their perception of inherent issues. The coalitions forged between technical experts and policymakers unbind along the progressive empowerment of the formers. Shared between different forms of knowledge, however, the resources needed to implement renewable energies projects cannot be reduced to the technical dimension. Local knowledge and engineering knowledge increasingly compete with expert knowledge. This evolution corresponds to a policy arrangement change. Since the dynamic but also the elements that compose this political system change, a new reality gradually emerges. This whole process will be the main concern of this thesis. We will finally notice that there are some differences between the implementation of these renewable energies among the territories but also among the three forms of renewable energies we analyze. This means that although renewable energy policy are based on interactions between actors' resources, discourse and rules, they also emerge from the action of intermediates actors, and from the characteristic of each territories in which they are implemented

La transition énergétique suppose de modifier notre mix énergétique en y intégrant des énergiesde sources renouvelables. Leur émergence implique une transition juridique de manière à adapter le droità l’urgence de les voir se développer. Le régime juridique des énergies vertes n’apparaît en effet pasefficient pour favoriser leur développement. Une réadaptation de leur cadre juridique se révèle en ce sensnécessaire, notamment du point de vue de leur gouvernance, de leur planification, de leurs mesures desoutien et des procédures administratives encadrant l’implantation des ouvrages les produisant. Cettetransition juridique devra par ailleurs concilier les impératifs de développement des énergies de sourcesrenouvelables avec ceux de protection du milieu environnant, dans le souci d’un développement raisonné
The way to an energy transition will be reached with an integration of renewable energies inour energy mix. This development includes a legal transition because the current legal context that appliesto green energies is not efficient and does not contribute to this emergency. Changing the legal framebecomes a necessity and particularly the way these energies are governed, planned and supported. It’salso important that administrative procedures that regulate the implantation of energies productionsystem are set. At last, this legal transition will have to conciliate imperatives linked to the development ofrenewable energies with those governing the protection of surroundings, all aiming to a sustainabledevelopment

L’objectif de cette thèse est d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transitionénergétique dans les pays en développement (PED). L’apport des énergies renouvelables à latransition énergétique dans les pays en développement se justifie à deux niveaux. Dans unpremier temps il vise à étudier les conditions, moyens et conséquences de la modification desstructures de production énergétique existantes basées sur les technologies fossiles vers cellesintégrant les technologies propres qui sont plus respectueuses de la qualité de l’environnement.Dans un second temps, l’analyse de la transition énergétique propose une architectureinstitutionnelle, technologique, sociologique, réglementaire et managériale favorisant laconvergence vers un système socio-technique soutenable à travers la diffusion et l’adoption destechnologies renouvelables. Partant des approches existantes, l’idée fondatrice de cette thèse estd’insister sur la nécessité d’une mise en place d’une approche mixte de transition énergétiquedans les pays en développement en combinant une approche décentralisée (permettant de prendreen compte les caractéristiques spatiales des zones rurales enclavées) et centralisées (permettantd’insérer les PED dans un paradigme énergétique soutenable). A partir de cette orientation, nous!6proposons une approche interdisciplinaire empiriquement basée sur l’Afrique du Sud et leSénégal afin d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transition énergétique. Les outilsméthodologiques ont combiné la modélisation du type bottom-up et les techniques d’optimisationà travers les algorithmes de programmation linéaire
The objective of this doctorate thesis is to investigate the contribution of renewable technologiesto energy transition in developing nations. In the theoretical framework such a contribution couldbe justified in two points. First, it analyses conditions, means and consequences of a modificationof a fuel-based energy production scheme to a new structure based on a more sustainableorientedpathway. Second, the analysis of energy transition provides institutional, technological,sociological and managerial frameworks strengthening the convergence toward a sustainableoriented energy paradigm through a diffusion and adoption of renewable technologies. From theexisting approaches, the core of this thesis is to assume a requirement to consider a mixedapproach of energy transition in developing nations through a combination of both decentralizedand centralized options. The decentralized energy transition approach allows an insertion ofspatial and geographical characteristics of remote locations in developing nations while thecentralized approach strengthens an inclusion of developing nations in a sustainable energyparadigm. From this orientation, we propose an interdisciplinary methodology, empirically basedon South Africa and Senegal in order to investigate the possible contribution of renewabletechnologies to energy transition. To investigate these questions, we combine a bottom-up energymodeling approach with optimization techniques through a linear programming algorithm

Le monde, et en particulier l'Europe, fait face aux effets du changement climatique dus à sa longue dépendance aux combustibles fossiles en reconnaissant la nécessité vitale de s'orienter vers des ressources énergétiques renouvelables. Parmi les énergies renouvelables, la biomasse alimente non seulement la production de bioénergie, mais constitue également une source vitale de biocarbone, utilisé pour créer des molécules à haute valeur ajoutée, en remplacement des produits d'origine fossile. Les lévulinates d'alkyle, dérivés de la biomasse, se distinguent particulièrement par leur potentiel en tant que bio-additifs et biocarburants. La solvolyse acide des sucres hexagonaux de la biomasse semble être une voie de production prometteuse et rentable. Le potentiel du lévulinate d'alkyle s'étend à sa conversion en γ-valérolactone (GVL), un biosolvant prometteur, généralement obtenu par hydrogénation avec hydrogène moléculaire. En plus d'être un réactif clé, l'hydrogène est également un vecteur énergétique prometteur, facilitant l'intégration des sources d'énergie renouvelables sur le marché. Les systèmes de stockage d'énergie à base d'hydrogène soutiennent cette intégration et favorisent la transformation industrielle "verte". Cette thèse porte sur l'étude technologique et l'évaluation de la durabilité d'un système de biotransformation, intégrant la valorisation de la biomasse lignocellulosique, la production d'énergie et la génération d'hydrogène. L'étude comprend des investigations expérimentales, optimisant les technologies pour la production de lévulinate de butyle et son hydrogénation en GVL, ainsi que la simulation et l'évaluation de la durabilité de l'ensemble du procédé. Afin de répondre à la question de la durabilité, la recherche présente une première section axée sur l'étude expérimentale de la technologie optimale pour la production de lévulinate de butyle. La solvolyse de l'hexose Fructose en lévulinate de butyle a été étudiée en termes de conditions optimales de procédé et de modélisation cinétique. Sélectionné le catalyseur hétérogène, l'effet du solvant a été étudié, montrant les avantages de l'utilisation du GVL comme co-solvant, avec le butanol, sur la cinétique de conversion et de dissolution du fructose. Dans ces conditions, la solvolyse en lévulinate de butyle a été étudiée d'un point de vue cinétique, d'abord en proposant un modèle pour la solvolyse du 5-HMF, un intermédiaire dans la voie du fructose, puis en étendant la modélisation à partir du fructose lui-même. Un modèle cinétique robuste, décrivant le mécanisme réactionnel de la solvolyse, a été défini et validé, en particulier dans des conditions de concentration élevée en fructose, et en incluant dans la modélisation la cinétique de dissolution et de dégradation du fructose. Dans la deuxième partie de la recherche, la perspective technologique a été étendue à l'hydrogénation du lévulinate de butyle en GVL. À partir d'une phase de conception, le schéma global du procédé de transformation du fructose en GVL a été défini, simulé et optimisé sur la base du concept d'intensification du procédé. Le procédé a ensuite été intégré dans une étude de cas réelle en Normandie, France, en adaptant l'analyse à la disponibilité locale de la biomasse lignocellulosique et de l'énergie éolienne. L'étude définit une méthodologie pour la conception et l'intégration du système d'approvisionnement en énergie, en évaluant différents scénarios. L'évaluation de la durabilité, basée sur des indicateurs de performance couvrant les dimensions économiques, environnementales et sociales, aboutit à un indice global de durabilité. Les résultats montrent que les scénarios intégrant le système de GVL, l'énergie éolienne et le stockage de l'énergie sous forme d'hydrogène sont prometteurs, car ils démontrent une rentabilité économique élevée et un impact environnemental réduit. Enfin, des analyses de sensibilité valident la robustesse et la fiabilité de la méthodologie
The world is facing the impacts of climate change due to its long dependence on fossil fuels, and specifically Europe, which is facing an energy crisis, has recognized the fragility of its fossil fuel-dependent energy system and has moved strongly towards renewable energy resources. Among renewables, biomass not only powers bio-energy production but also serves as a vital source of bio-carbon, used to create high-value molecules, replacing fossil-based products. Alkyl levulinates, derived from biomass, particularly stand out for their potential as bio-additives and bio-fuels. Acid solvolysis of hexose sugars from biomass appears to be a promising and cost-effective production route, which requires further investigation not yet found in the literature. The potential of alkyl levulinate extends to its conversion into γ-valerolactone (GVL), a promising bio-solvent, commonly obtained by hydrogenation through molecular-hydrogen. Besides being a key reagent, hydrogen is also a promising energy carrier, facilitating the integration of renewable energy sources into the market. Hydrogen energy storage systems support this integration, promoting 'green' industrial transformation. This thesis focuses on technological investigation and sustainability assessment of a potential biorefinery system, integrating lignocellulosic biomass valorization, energy production, and hydrogen generation. The study encompasses experimental investigations, optimizing technologies for the production of butyl levulinate and its subsequent hydrogenation to GVL. Sustainability considerations are fundamental to the process configuration, aligning with the global shift towards renewable and carbon bio-resources. In order to answer the question of sustainability, the research presents a first section focused on the experimental investigation of the optimal technology for the production of butyl levulinate. The solvolysis of the biomass-derived hexose Fructose to butyl levulinate was investigated, in terms of optimal process conditions and kinetic modelling. Selected an effective heterogeneous catalyst, the effect of the solvent was investigated, showing the benefits of using GVL as co-solvent, together with butanol, on the conversion and dissolution kinetics of fructose. In these conditions, the solvolysis to butyl levulinate was studied in depth from a kinetic point of view, first by proposing a model for the solvolysis of 5-HMF, an intermediate in the fructose pathway, and then extending the modelling from fructose itself. A robust kinetic model, describing the reaction mechanism of solvolysis, was defined and validated, particularly under conditions of high initial fructose concentration (applying the concept of High-gravity), and including in the modelling the kinetics of dissolution, and degradation of fructose, under acidic conditions.In the second part of the research, the technological perspective was extended to the hydrogenation of butyl levulinate to GVL. Starting from a conceptual design phase, the overall fructose-to-GVL process scheme was defined, simulated, and optimized on the basis of the process intensification concept. In the third part, the process was then dropped into a real case study in Normandy, France, adapting the analysis to the local availability of lignocellulosic biomass and wind energy. The study defines a methodology for designing and integrating the energy-supply system, evaluating different scenarios. The sustainability assessment, based on key performance indicators spanning economic, environmental, and social dimensions, culminates in an aggregated overall sustainability index. The results highlight scenarios integrating the GVL biorefinery system with wind power and hydrogen energy storage as promising, demonstrating high economic profitability and reduced environmental impact. Finally, sensitivity analyses validate the robustness and reliability of the methodology, generally extendable also to other technological systems
Come previsto, il mondo sta affrontando gli effetti tangibili del cambiamento climatico come conseguenza di un'economia basata sui combustibili fossili per centinaia di anni. Oltre a dover affrontare e adottare misure correttive per limitare gli effetti del riscaldamento globale, l'Europa sta affrontando una grave crisi energetica, che rivela la fragilità del sistema energetico europeo, prevalentemente dipendente dalle importazioni di combustibili fossili. La geopolitica delle risorse fossili ha innescato la necessaria rimodulazione dell'economia energetica europea, che si sta spostando "forzatamente" verso le risorse energetiche rinnovabili per diventare un'economia fossile e a zero emissioni di carbonio. Nel panorama delle rinnovabili, le risorse più sfruttate sono l'energia solare, eolica e da biomassa. Oltre alla produzione di bioenergia, la biomassa è una fonte inestimabile di biocarbonio, che può essere sfruttata e valorizzata per la produzione di molecole ad alto valore aggiunto che possono essere utilizzate in vari settori industriali, per la produzione di carburanti, prodotti chimici, materiali e sostituendo i corrispondenti prodotti di origine fossile. In questo contesto, sono stati sviluppati sistemi innovativi di bioraffinazione della biomassa di seconda generazione per trasformare e decostruire la complessa struttura della biomassa in molecole piattaforma più semplici, che possono poi essere trasformate in molecole ad alto potenziale. Tra queste, gli alchil levulinati sono stati identificati per il loro notevole potenziale come bioadditivi e biocarburanti. Esteri dell'acido levulinico, questi composti possono essere ottenuti da derivati della biomassa, come i monosaccaridi dello zucchero, secondo diverse vie di reazione; tra queste, la solvolisi acida degli zuccheri esosi può essere una via di produzione promettente ed economicamente vantaggiosa, che richiede ulteriori indagini non ancora presenti in letteratura. Il potenziale degli alchil levulinati risiede anche nella possibilità di un ulteriore trasformazione mediante idrogenazione per produrre γ-valerolattone (GVL), una molecola con un mercato promettente come bio-solvente, grazie alle sue proprietà di stabilità, ecotossicità e biodegradabilità. L'uso dell'idrogeno gassoso è la via più comune per l'idrogenazione del GVL, ma, oltre a essere un reagente chimico fondamentale, l'idrogeno è anche uno dei principali protagonisti della transizione energetica. Infatti, come vettore energetico, l'idrogeno può portare alla piena penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili nel mercato dell'energia, costituendo un complemento-tampone per lo stoccaggio delle energie rinnovabili intermittenti, attraverso la progettazione di sistemi di stoccaggio dell'energia dell'idrogeno (HydESS). L'accumulo di energia a idrogeno a lungo termine può consentire l'autosufficienza dei sistemi di energia rinnovabile, in quanto agisce da ponte tra le funzionalità dei sistemi Power-to-Hydrogen, in grado di assorbire i surplus energetici delle energie rinnovabili e di immagazzinarli, e quelle dei sistemi Hydrogen-to-Power, che restituiscono energia rinnovabile quando le fonti di energia primaria non sono disponibili. In quest'ottica, lo sviluppo di tali sistemi può portare all'integrazione completa e stabile delle fonti di energia rinnovabile in asset industriali già esistenti, così come in nuovi mercati industriali, come le bioraffinerie di biomassa lignocellulosica, promuovendo lo sviluppo di realtà industriali "verdi" in termini di trasformazione di materiali ed energia. Il mercato industriale globale si sta evolvendo verso la decarbonizzazione e la riqualificazione di diversi asset, attraverso investimenti in efficienza energetica e l'introduzione di processi green per la valorizzazione delle fonti rinnovabili, ma l'implementazione su larga scala di queste iniziative richiede un'analisi completa e approfondita della loro sostenibilità

Afin de limiter le changement climatique lié à l’utilisation d’énergies fossiles, certaines nations se tournent vers l’utilisation de sources d’énergies renouvelables notamment d'origine éolienne. Bénéficiant des acquis et technologies de l’industrie pétrolière offshore, l’industrie éolienne a pu s’étendre vers la haute mer. Toutefois, avec des enjeux environnementaux et sociétaux, ce déplacement vers le large n’est pas sans impacts. En effet, les éoliennes en mer peuvent engendrer des effets indésirables sur la vie marine. La littérature montre également une colonisation rapide des structures immergées par des communautés benthiques sessiles. Cette biocolonisation peut impacter ce secteur en plein essor en modifiant les paramètres des composants immergés de façon significative. Dans ce manuscrit ce point a été étudié via l’analyse de médias sous-marins de lignes d'ancrages d’une éolienne flottante française. En parallèle, les perceptions et inquiétudes de communautés côtières du Nord-Est des États- Unis et de I ‘Ouest de la France ont été recueillies. Ceci a permis de mettre en évidence les préoccupations récurrentes sur les impacts sur la biodiversité marine ou la pêche locale. Ces résultats ont par la suite permis de développer un concept de — structure d'atténuation des effets environnementaux pour éolienne flottante. Le concept, exposé auprès de communautés littorales américaines et françaises, a permis de quantifier la volonté de payer pour son application dans les futurs parcs éoliens flottants. Enfin, ce concept de structure a été le sujet de tests à échelle réduite au large des Sables d’ Olonne
In order to limit climate change linked to the use of fossil fuels, some nations are turning to the use of renewable energy sources, particularly wind power. Benefiting from the experience and technologies of the offshore oil industry, the wind energy industry has been able to expand into the open sea. However, with environmental and societal issues at stake, this move offshore is not without its impacts. Offshore wind turbines can have undesirable effects on marine life. The literature also shows the rapid colonization of submerged structures by sessile benthic communities. This biocolonization can impact this booming sector by significantly altering the parameters of submerged components. In this manuscript, this point was investigated via underwater media analysis of French floating wind turbine anchor lines. In parallel, the perceptions and concerns of coastal communities in the Northeastern USA and Westem France were collected. This highlighted recurring concerns about impacts on marine biodiversity or local fisheries. These results were subsequently used to develop a concept for an environmental mitigation structure for floating wind turbines. The concept, presented to coastal communities in the USA and France, quantified the willingness to pay for its application in future floating wind farms. Finally, the concept was tested on a reduced scale off the coast of Les Sables d’Olonne

L’Europe et, en particulier, la France ont engagé une politique de transition énergétique, consistant à diminuer de 20 % les émissions de gaz à effet de serre, réduire de 20 % la consommation d'énergie et à atteindre 20 % d'énergies renouvelables dans le bouquet énergétique d'ici à 2020. Afin d’atteindre ces objectifs, plusieurs pistes doivent être déployées afin de promouvoir les énergies renouvelables qui sont de nature intermittente. Dans le cadre de ce projet de thèse on propose trois pistes pour contribuer au développement de ces énergies : la première consiste à déterminer la combinaison efficace des sources intermittentes et de sources fiables telle que les combustibles, ainsi que le montant optimal à investir dans les technologies renouvelables intermittentes sachant leur productivité imprévisible et variable. La deuxième piste de recherche consiste à déterminer, à l’aide d’un modèle dynamique, dans quelles circonstances on stocke de l’électricité et dans quelles circonstances on la délivre. Dans ce cadre, on essayera de déterminer un seuil optimal de stockage. La troisième piste consiste à déterminer comment on organise le secteur de l’effacement électrique. on appliquera le même principe que pour les parties précédentes : on a le modèle de base qui est l’intermittence modélisée par la variable aléatoire à laquelle on rajoutera l’effacement électrique. Dans le cadre de la thèse on espère publier trois articles complémentaires, un article sur chaque piste. Le lien entre ces trois pistes sera l’analyse et à la modélisation des différents instruments politiques, qui sont en ce moment en discussion au niveau français. L’objectif de cette analyse sera de faire un classement en fonction de leur capacité à atteindre un état optimal (ou à s’en approcher) sur chaque piste
L’Europe et, en particulier, la France ont engagé une politique de transition énergétique, consistant à diminuer de 20 % les émissions de gaz à effet de serre, réduire de 20 % la consommation d'énergie et à atteindre 20 % d'énergies renouvelables dans le bouquet énergétique d'ici à 2020. Afin d’atteindre ces objectifs, plusieurs pistes doivent être déployées afin de promouvoir les énergies renouvelables qui sont de nature intermittente. Dans le cadre de ce projet de thèse on propose trois pistes pour contribuer au développement de ces énergies : la première consiste à déterminer la combinaison efficace des sources intermittentes et de sources fiables telle que les combustibles, ainsi que le montant optimal à investir dans les technologies renouvelables intermittentes sachant leur productivité imprévisible et variable. La deuxième piste de recherche consiste à déterminer, à l’aide d’un modèle dynamique, dans quelles circonstances on stocke de l’électricité et dans quelles circonstances on la délivre. Dans ce cadre, on essayera de déterminer un seuil optimal de stockage. La troisième piste consiste à déterminer comment on organise le secteur de l’effacement électrique. on appliquera le même principe que pour les parties précédentes : on a le modèle de base qui est l’intermittence modélisée par la variable aléatoire à laquelle on rajoutera l’effacement électrique. Dans le cadre de la thèse on espère publier trois articles complémentaires, un article sur chaque piste. Le lien entre ces trois pistes sera l’analyse et à la modélisation des différents instruments politiques, qui sont en ce moment en discussion au niveau français. L’objectif de cette analyse sera de faire un classement en fonction de leur capacité à atteindre un état optimal (ou à s’en approcher) sur chaque piste

Le Cambodge est un pays situé en Asie du Sud-Est, avec grand potentiel de ressources en énergies renouvelables. Même fort de ce potentiel, la puissance électrique actuellement installée n'est pas suffisante pour tout le pays. Environ 80% de la population vit dans les zones rurales et 75% des ménages sont sans réseau électrique. Ils utilisent une batterie, le moteur diesel, des bougies ou du kérosène pour l'éclairage, la télévision, les multimédia et autres appareils ménagers. Une minorité des citoyens, dans la partie nord utilise des modules pico hydro électriques acheté dans les pays voisins pour éclairage. Mais la tension de sortie et la fréquence ne sont pas vraiment stables en cas de modification de la charge ou de la vitesse de rotation de la turbine. La durée de vie des appareils électroménagers peut ainsi être réduite et des réparations locales sont nécessaires. Des millions de Cambodgiens ne peuvent pas accéder à l'énergie électrique en raison de deux facteurs principaux : les barrières technologiques et les coûts d'investissement élevés. Nos activités de recherche visent à éliminer ces barrières technologiques en concevant des systèmes de production d'énergie pico-hydroélectrique avec une installation rapide et peu coûteuse, simple et adaptée à une application locale tout en gardant une qualité de l'alimentation électrique satisfaisante. La première partie de cet ouvrage décrit la situation de l'énergie dans les zones rurales du Cambodge où les gens sont confrontés à un manque d'alimentation électrique. En conséquence, ils ne peuvent ni améliorer leur niveau de vie, ni développer leur communauté. Les villageois riches utilisent une batterie de voiture, des systèmes photovoltaïques ou pico-hydroélectriques alors que les villageois pauvres utilisent des bougies ou du kérosène pour l'éclairage. Des entreprises locales fournissent des solutions électriques basées sur des énergies renouvelables, mais les prix sont inabordables et loin de leurs attentes. Par conséquent, une solution originale est proposée dans cette thèse avec la récupération de composants électriques d'occasion en vue de la mise en œuvre d'un nouveau système de génération d'électricité pour les zones rurales isolées. Il s'agit ici d'innovation frugale pour le bas de la pyramide sociale. Les composants utilisés sont : machine asynchrone, alimentation sans interruption (UPS), alimentation de PC et d'autres équipements électroniques, etc. Ces composants recyclés peuvent être rassemblés pour former ainsi une solution technologique intéressante permettant de délivrer la puissance de sortie nécessaire. La deuxième partie de ce mémoire présente la modélisation de l'étage de puissance de la machine asynchrone triphasée utilisée comme un générateur asynchrone monophasé avec une phase d'excitation et les deux autres phases connectées en série pour alimenter la charge. Cette configuration est nommée 'Excited Induction Generator (EIG)'
Cambodia is a country located in Southeast Asia, with its high potential of renewable energy resource. Even if this country has a high potential for renewable, the installed power is still not high enough to cover the whole country. About 80% of population living in rural areas and 75% of the households live without electricity. They survive by using battery, diesel engine, candle, kerosene for lighting, TV, multimedia and some other household appliances. A few of residents in northern part of the country use pico-hydro power units bought from neighbor countries in order to electrify their houses. In these systems, the output voltage and frequency are not really stable while the load under load or speed variations. Consequently, the lifetime of household appliances could be reduced or the items damaged and local repairs are needed. Moreover, millions of Cambodian people cannot access neither take an advantage from the available energy resources due to two main factors: technology barriers and high investment cost. This research aims to remove technology barriers by designing simple systems for pico-hydro power generation with fast and simple installation, suitable for local applications with high quality of electrical supply. The first part of this work briefly describes the energy situation in rural areas of Cambodia where people are facing the lack of electrical supply which. They cannot neither improve their living standard nor develop their community. Rich villagers use car battery, solar PV applications, pico-hydro power while poor villagers use candle/kerosene for lighting. Local enterprises can provide renewable energy solutions but the prices are unaffordable and far from their expectations. Therefore, an original solution is proposed in this thesis by using wasted electric and electronic equipment (second-life components) to form the new power generation systems for remote rural areas. This is frugal innovation to serve the bottom of the social pyramid. The used components are: induction machine, Uninterrupted Power Supply (UPS), power supply of a computer and other electronic equipment, etc. These wasted components can be arranged together to form a good solution with an interesting output power. The second part of this thesis presents the modelling of the power stage of three-phase induction machine as a single-phase induction generator by using one phase for excitation while the other two phases are connected in series to supply load, named "Excited Induction Generator (EIG)". Capacitor banks are added to EIG for compensating the reactive power. Capacitor values influence poles and zeros locations which are described and analyzed in the root locus according to the parameter variations. The third part of this thesis is devoted to onsite modelling of losses in induction machine. The method should achieve results simply, rapidly, without any prior information on the machine, in order to further integrate this model into energy optimization algorithms. Design of experiments is a good candidate. Experimental models of the total loss (iron loss and rotor copper losses) are proposed for motor operation and generator mode for different machines of different powers. The last part of this thesis describes output voltage/current response for both simulation results and experimental results of the induction generators. Proportional-integral and proportional-resonant controllers are tested. The implementation of closed loop controller is first achieved in an analog circuit and then, with dSPACE/MATLAB Simulink environment

Nous vivons une révolution numérique où l’Internet est devenu un élément essentiel de notre vie quotidienne. Avec plus de 750 millions de foyers connectés et plus de 6,8 milliards d'abonnés à la téléphonie mobile, les réseaux cellulaires dominent le secteur des Technologies de l'Information et de la Communication (TIC) avec plus de 75%. La tendance est à la hausse et ne semble pas avoir de signe de ralentissement dans un avenir proche en raison des nouveaux services et applications en cours. Cependant, cette augmentation radicale des appareils et services TIC a poussé la consommation d'énergie correspondante et son impact sur l'environnement à croître à un rythme effarant, consommant plus de 5% de l'énergie électrique mondiale et libérant dans l'atmosphère environ 2% des émissions de CO2. Étant donné que les stations de base, éléments essentiels de la fourniture d’accès à l’Internet, consomment la plus grande partie de l’énergie des réseaux cellulaires, il est essentiel d’étudier de nouvelles stratégies et architectures afin de prévenir cette pénurie d’énergie. Cette thèse porte sur le rôle essentiel de l'énergie dans la conception et l'exploitation de futurs réseaux cellulaires. Nous considérons des approches différentes et complémentaires, y compris des techniques d'efficacité énergétique (gestion des ressources radio et systèmes de sommeil), des sources d'énergie renouvelables, le Smart Grid et des outils d'apprentissage basés sur l’intelligence artificiel pour réduire la consommation d'énergie de ces réseaux complexes tout en garantissant une certaine qualité de service adapté aux cas d'utilisation 5G
We live in the digital era where the Internet has become an essential part of our daily lives. With more than 750 million connected households and over 6.8 billion mobile subscribers, mobile networks are dominating the Information and Communication Technology (ICT) sector with more than 75%. The trend is of further increase and appears to have no signs of slowing down in the near future due to the ongoing new services and applications. However, this radical surge of ICT devices and services has pushed corresponding energy consumption and its footprint on the environment to grow at a staggering rate consuming more than 5% of the world’s electrical energy and releasing into the atmosphere about 2% of the global CO2 emissions. Since base stations, the core elements to provide internet access, consume most of the energy in cellular networks, it is essential to study new strategies and architectures in order to deter this energy crunch. This thesis focuses on the crucial role of energy in the design and operation of future cellular networks. We consider different and complementary approaches and parameters, including energy efficiency techniques (i.e., radio resource management and sleep schemes), renewable energy sources, Smart Grid and tools from machine learning to bring down the energy consumption of these complex networks while guaranteeing a certain quality of service adapted to 5G use cases

Le raccordement des énergies renouvelables (ENR) aux réseaux de distribution peuvent nécessiter des travaux de renforcement coûteux et long à mettre en œuvre. Différentes solutions alternatives peuvent dans certains cas limiter l'ampleur des travaux à réaliser et donc leur montant et/ou leur durée. L’utilisation de telles solutions nécessite au préalable de réviser les méthodes de planification du réseau pour qu’elles puissent analyser leurs impacts technico-économiques. Cette thèse a pour objet d’apporter un cadre adapté à l’étude des leviers d’intégration des ENR à l’aide de nouvelles méthodes pour la planification pluriannuelle des réseaux de distribution. Comparée à l’état de l’art, l’approche adoptée présente l’avantage d’estimer les performances de ces leviers à moyen/long terme en considérant : 1) le comportement du gestionnaire de réseau de distribution, modélisé sous la forme d’une stratégie de planification multi-variables, 2) les interactions entre les réseaux de moyenne et basse tension, et 3) les incertitudes sur l’arrivée des ENR. Ces trois axes d’amélioration ont pu être abordés grâce à des méthodes de maîtrise du temps de calcul appliquées à l’estimation pluriannuelle de l’état électrique du réseau. Le potentiel de l’approche proposée est illustré via l’analyse technico-économique de plusieurs stratégies de planification incluant des leviers traditionnels et/ou des leviers d’effacement de production. Les travaux se concluent sur une première contribution sur l’optimisation des stratégies de planification compte tenu des incertitudes sur l’arrivée des ENR
The integration of Renewable Energy Sources (RES) into the distribution networks may require network reinforcements that can be expensive and take time. Different alternative solutions can limit the amount of work to be carried out and thus reduce their cost and/or duration. The use of such solutions requires modifying the network planning methods so as to analyze their techno-economic impacts. This research aims to provide a suitable framework for the study of RES-integration solutions using novel methods for the multi-year planning of distribution networks. Compared to the state of the art, the proposed approach provides the advantage of assessing the performance of these solutions in the medium/long run by considering: 1) the behavior of the distribution system operator, which is modeled as a multi-variable planning strategy, 2) the interactions between medium- and low-voltage networks, and 3) the uncertainties on the arrival of new RES. These three points could have been addressed by applying methods of reducing computation time to the multi-year estimation of the electrical network state. The potential of the proposed approach is illustrated through the techno-economic analysis of several planning strategies including traditional solutions and/or generation curtailment. The research concludes with a first contribution to the planning strategy optimization by taking into account the uncertainties on the arrival of new RES

Les centres de données sont reconnus pour être l'un des principaux acteurs en matière de consommation d'énergie du fait de l'augmentation de l'utilisation du cloud, des services web et des applications de calcul haute performance dans le monde entier. En 2006, les centres de données ont consommé 61,4 milliards de kWh aux états-Unis. Au niveau mondial, les centres de données consomment actuellement plus d'énergie que l'ensemble du Royaume-Uni, c'est-à-dire environ 1,3% de la consommation électrique mondiale, et ils sont de fait appelés les usines de l'ère numérique. Un des moyens d'atténuer le changement climatique est d'alimenter les centres de données en énergie renouvelable (énergie propre). La grande majorité des fournisseurs de cloud computing qui prétendent alimenter leurs centres de données en énergie verte sont en fait connectés au réseau classique et déploient des panneaux solaires et des éoliennes ailleurs puis vendent l'électricité produite aux compagnies d'électricité. Cette approche entraîne des pertes d'énergie lorsque l'électricité traverse le réseau. Même si différents efforts ont été réalisés au niveau informatique dans les centres de données partiellement alimentés par des énergies renouvelables, des améliorations sont encore possibles notamment concernant l'ordonnancement prenant en compte les sources d'énergie renouvelables sur site sans connexion au réseau et leur intermittence. C'est le but du projet ANR DataZERO, dans le cadre duquel cette thèse a été réalisée. L'efficacité énergétique dans les centres de données étant directement liée à la consommation de ressources d'un nœud de calcul, l'optimisation des performances et un ordonnancement efficace des calculs sont essentiels pour économiser l'énergie. La spécificité principale de notre approche est de placer le centre de données sous une contrainte de puissance, provenant entièrement d'énergies renouvelables : la puissance disponible peut ainsi varier au cours du temps. L'ordonnancement de tâches sous ce genre de contrainte rend le problème plus difficile, puisqu'on doit notamment s'assurer qu'une tâche qui commence aura assez d'énergie pour aller jusqu'à son terme. Dans cette thèse, nous commençons par proposer une planification de tâches de type "batch" qui se caractérisent par leur instant d'arrivée, leur date d'échéance et leurs demandes de ressources tout en respectant une contrainte de puissance. Les données utilisées pour les tâches de type batch viennent de traces de centres de données et contiennent des mesures de consommation CPU, mémoire et réseau. Quant aux enveloppes de puissance considérées, elles représentent ce que pourrait fournir un module de décision électrique, c'est-à-dire la production d'énergie prévue (énergie renouvelable seulement) basée sur les prévisions météorologiques. L'objectif est de maximiser la Qualité de Service avec une contrainte sur la puissance électrique. Par la suite, nous examinons une charge de travail composée de tâches de type "batch" et de services, où la consommation des ressources varie au cours du temps. Les tracecs utilisées pour les services proviennent d'une centre de données à "business critique". Dans ce cadre, nous envisageons le concpet de phases, dans lequel les changements significatifs de consommation de resources à l'intérieur d'une même tâche marquent le début d'une nouvelle phase. Nous considérons également un modèle de tâches pouvant recevoir moins de ressources que demandées. Nous étudions l'impact de ce modèle sur le profit du centre de données pour chaque type de tâche. Nous intégrons aussi le concept de "corrélation croisée" pour évaluer où placer une tâche selon une courbe de puissance afin de trouver le meilleur nœud pour placer plusieurs tâches (c.-à-d. Partager les ressources)
Due to the increase of cloud, web-services and high performance computing demands all over the world, datacenters are now known to be one of the biggest actors when talking about energy consumption. In 2006 alone, datacenters were responsible for consuming 61.4 billion kWh in the United States. When looking at the global scenario, datacenters are currently consuming more energy than the entire United Kingdom, representing about 1.3\% of world's electricity consumption, and being even called the factories of the digital age. Supplying datacenters with clean-to-use renewable energy is therefore essential to help mitigate climate change. The vast majority of cloud provider companies that claim to use green energy supply on their datacenters consider the classical grid, and deploy the solar panels/wind turbines somewhere else and sell the energy to electricity companies, which incurs in energy losses when the electricity travels throughout the grid. Even though several efforts have been conducted at the computing level in datacenters partially powered by renewable energy sources, the scheduling considering on site renewable energy sources and its variations, without connection to the grid can still be widely explored. Since energy efficiency in datacenters is directly related to the resource consumption of the computing nodes, performance optimization and an efficient load scheduling are essential for energy saving. Today, we observe the use of cloud computing as the basis of datacenters, either in a public or private fashion. The main particularity of our approach is that we consider a power envelope composed only by renewable energy as a constraint, hence with a variable amount of power available at each moment. The scheduling under this kind of constraint becomes more complex: without further checks, we are not ensured that a running task will run until completion. We start by addressing the IT load scheduling of batch tasks, which are characterized by their release time, due date and resource demand, in a cloud datacenter while respecting the aforementioned power envelope. The data utilized for the batch tasks comes from datacenter traces, containing CPU, memory and network values. The power envelopes considered, represent an estimation which would be provided by a power decision module and is the expected power production based on weather forecasts. The aim is to maximize the Quality of Service with a variable constraint on electrical power. Furthermore, we explore a workload composed by batch and services, where the resources consumption varies over time. The traces utilized for the service tasks originate from business critical datacenter. In this case we rely on the concept of phases, where each significant resource change in the resources consumption constitutes a new phase of the given task. In this task model phases could also receive less resources than requested. The reduction of resources can impact the QoS and consequently the datacenter profit. In this approach we also include the concept of cross-correlation to evaluate where to place a task under a power curve, and what is the best node to place tasks together (i.e. sharing resources). Finally, considering the previous workload of batch tasks and services, we present an approach towards handling unexpected events in the datacenter. More specifically we focus on IT related events such as tasks arriving at any given time, demanding more or less resources than expected, or having a different finish time than what was initially expected. We adapt the proposed algorithms to take actions depending on which event occurs, e.g. task degradation to reduce the impact on the datacenter profit

La France affiche une volonté de développer massivement les énergies renouvelables intermittentes – éolien et photovoltaïque - tout en diminuant la part des sources pilotables, ici le nucléaire. Ce changement de paradigme implique de repenser la gestion des systèmes énergétiques. En effet, l’intermittence des renouvelables génère un besoin de flexibilité à différentes échelles de temps, de la journée à l’année. Ne pouvant plus se reposer sur la flexibilité des moyens pilotables, cette thèse questionne le potentiel d’autres moyens pour y répondre : stockage d’électricité, surdimensionnement de la production et réseaux de chaleur.Face à la nécessité d’une approche système, des modèles simples ont été développés pour affiner la compréhension des interdépendances entre production et stockages. Les indicateurs optimisés sont économiques (€) mais aussi environnementaux : énergie grise et émission de gaz à effet de serre sur l’ensemble du cycle de vie. Les performances des systèmes considérés sont celles d’aujourd’hui et leur développement est limité par les ressources et l’espace disponibles. Sans rentrer dans le détail précis du fonctionnement de chaque technologie, cette approche physique donne les domaines de fonctionnement optimaux des différentes technologies, et les cas difficiles pour lesquels les solutions manquent encore.Dans un premier temps, le besoin en flexibilité généré pourdifférents taux de pénétration de l’intermittence est quantifié pour plusieurs échelles de temps. Cela permet de comparer le potentiel de différentes technologies de stockage d’électricité à chacune de ces échelles pour mettre en phase production et consommation. Les résultats montrent que les temps longs –-- typiquement le stockage saisonnier –-- sont ceux qui demandent les plus gros investissements pour une faible rentabilité. Ensuite, les mécanismes de compétition entre plusieurs stockages et le surdimensionnement sont analysés pour montrer dans quel cas les optimums utilisent des solutions complémentaires. L’étude aborde alors le potentiel du couplage entre le réseau électrique et le réseau de chaleur comme moyen de flexibilité, notamment pour la gestion des besoins longs termes.Ce travail de thèse se focalise à l’échelle Française, bien que la méthodologie soit applicable ailleurs
France aims to massively develop intermittent renewable energies --- wind and photovoltaic --- while reducing the share of dispatchable sources, in this case, nuclear power. This paradigm shift implies rethinking the management of energy systems. Indeed, renewables' variable nature generates a need for flexibility on different time-scales, from day to year. As dispatchable means' flexibility can no longer be relied on, this thesis questions the potential of other means to meet this need: electricity storage, oversized production and heating networks.Faced with the need for a systemic approach, we developed simple models to enhance the understanding of the interdependencies between production and storage. The optimized indicators are economic (€), but also environmental: embodied energy and greenhouse gas emissions over the entire life cycle. The performances of the systems considered are those of today and their development is limited by resource and space availability. Without going into the precise details of how each technology works, this physical approach points out optimal operation areas for the different technologies and the difficult cases for which solutions are still lacking.First, the need for flexibility generated for different intermittency penetration rates is quantified for several time scales. It enables us to compare the potential of different electricity storage technologies --- at each of these scales --- to bring production and consumption in phase. The results show that long time-scales --- typically seasonal storage --- require the largest investments for low profitability. The competition mechanisms between several storages and oversizing are then analyzed. It shows how the optimum solutions use complementary flexibility means. The study then addresses the potential of coupling between the electrical grid and the heating grid as a means of flexibility, particularly for the management of long-term needs.This thesis work focuses on the French scale, although the methodology is applicable elsewhere

Le développement des énergies renouvelables, telles que le solaire photovoltaïque ou l’éolien, est fortement conditionné par la nature intermittente de ces sources d’énergie. Cette intermittence se traduit par un décalage entre pics de production et de consommation. Le stockage de l’énergie électrique revêt donc un caractère primordial dans la gestion de ce décalage. Pour accomplir cette tâche, la technologie lithium-ion est une bonne candidate parmi les technologies de stockage électrochimique de l’énergie. Mais les applications visées exigent des durées de vie bien supérieures à celles requises pour l’électronique portable ou pour les véhicules électriques. En effet les performances des batteries, notamment en termes de capacité, doivent être préservées pendant des durées de 15 à 20 ans. Cette thèse a alors pour but l’étude des mécanismes de vieillissement à long terme d’accumulateurs Li-ion composés d’oxydes lamellaires Li(NixMnyCo1 x y)O2 à l’électrode positive et de graphite à l’électrode négative, en se focalisant sur les interfaces électrode/électrolyte qui sont le lieu privilégié des mécanismes de vieillissement. Ce travail a été réalisé à l'aide de la spectroscopie photoélectronique à rayonnement X (XPS) et de la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS), deux techniques complémentaires particulièrement bien adaptées à l’étude des interfaces, l'une permettant de sonder les environnements chimiques en extrême surface, l'autre donnant la réponse d’un système à une sollicitation électrique sinusoïdale de fréquence variable. La contrainte importante induite par les durées de vie visées (20 ans) ont conduit à simuler le vieillissement à long terme des batteries en leur faisant subir des sollicitations électrochimiques beaucoup plus importantes que lors d’une utilisation normale Les caractérisations par XPS et EIS ont été systématiquement mises en relation avec l’évolution des performances électrochimiques des batteries considérées. Cette étude a permis d'apporter des améliorations aux batteries pour apporter une meilleure réponse à ces phénomènes de vieillissement en termes de maintien des performances: modification de la formulation des électrodes, des électrolytes, de la nature des matériaux actifs, etc
Development of renewable energy sources such as photovoltaic or wind energy is limited by the intermittent nature of these energy sources. This intermittent nature results in the mismatch between production and consumption peaks. As a result, the storage of electrical energy plays an essential role to manage this mismatch. To this aim, lithium-ion technology appears as a good candidate among other ways of electrochemical storage of energy. However the targeted applications require much greater life span than those commonly admitted for portable electronics or electric vehicles. Battery performances, e.g. rechargeable capacity, should be preserved over 15 or 20 years. This PhD thesis aims at studying the long-term aging mechanisms of Li-ion batteries made up of lamellar oxides Li(NixMnyCo1 x y)O2 at the positive electrode and graphite at the negative electrode. We focused on the electrode/electrolyte interfaces which are the major place of aging processes. The work has been performed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS), two complementary techniques especially adapted to the study of interfaces, the former giving access to the chemical environments of atoms at the surface, the latter giving the answer of a system to a sinusoidal electric current with various frequencies. An important technical constraint was the difference between the targeted life span for the application (20 years) and the duration of the thesis (3 years). In order to simulate long-term aging the batteries were submitted to electrochemical stress in much harder conditions than in normal use. XPS and EIS characterizations were constantly related to evolution of electrochemical performances of batteries. This study allowed us during the duration of the project to bring improvements to batteries in order to obtain a better response to aging mechanisms regarding retention of electrochemical performances: e.g. change of electrodes or electrolyte formulation, change of active materials composition, etc

Le développement de la production éolienne permet de satisfaire les objectifs de lutte contre le réchauffement climatique. Cependant, dans certaines zones du réseau électrique, l'intégration d'un volume important de production peut créer des congestions qui traduisent l'incapacité du réseau à évacuer cette production. Les méthodes actuelles pour gérer les congestions sont basées sur des calculs prévisionnels de restrictions de production qui peuvent entrainer des pertes de production importantes pour le renouvelable. Cependant, dans le cadre d'un développement important du renouvelable, il est nécessaire de définir une méthodologie de gestion des congestions fiable, optimale du point de vue économique et non discriminatoire pour la production renouvelable.Dans le cadre de cette thèse, la méthodologie de gestion des congestions locales proposée repose sur l'usage d'un contrôle correctif. Le contrôle correctif est basé sur une boucle de régulation et un algorithme utilisant les réseaux de Petri. Une étude de stabilité de la boucle de régulation a montré que les marges de stabilité dépendantes des gains composant la boucle sont suffisantes. L'algorithme permet de définir les groupes de production à choisir pour la gestion des congestions en considérant leur coût d'utilisation et leur impact sur la congestion. Les essais, effectués sous le logiciel EUROSTAG, ont montré la pertinence de la méthodologie proposée et sa capacité à s'adapter à l'insertion des moyens de production. De plus, des conclusions générales sur les différents coûts associés à la gestion des congestions en fonction des différentes règlementations régissant la production renouvelable ont été obtenues

La demande d'énergie consommée par les habitants a connu une croissance significative au cours des 30 dernières années. Par conséquent, des actions sont menées en vue de développement des énergies renouvelables et en particulier de l'énergie solaire. De nombreuses solutions technologiques ont ensuite été proposées, telles que les capteurs solaires PV/T dont l'objectif est d'améliorer la performance des panneaux PV en récupérant l’énergie thermique qu’ils dissipent à l’aide d’un fluide caloporteur. Les recherches en vue de l'amélioration des productivités thermiques et électriques de ces composants ont conduit à l'intégration progressive à l’enveloppe des bâtiments afin d'améliorer leur surface de captation d’énergie solaire. Face à la problématique énergétique, les solutions envisagées dans le domaine du bâtiment s’orientent sur un mix énergétique favorisant la production locale ainsi que l’autoconsommation. Concernant l’électricité, les systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV) représentent l’une des rares technologies capables de produire de l’électricité localement et sans émettre de gaz à effet de serre. Cependant, le niveau de température auquel fonctionnent ces composants et en particulier les composants cristallins, influence sensiblement leur efficacité ainsi que leur durée de vie. Ceci est donc d’autant plus vrai en configuration d’intégration. Ces deux constats mettent en lumière l’importance du refroidissement passif par convection naturelle de ces modules. Ce travail porte sur la simulation numérique d'une façade PV partiellement transparente et ventilée, conçu pour le rafraichissement en été (par convection naturelle) et pour la récupération de chaleur en hiver (par ventilation mécanique). Pour les deux configurations, l'air dans la cavité est chauffé par la transmission du rayonnement solaire à travers des surfaces vitrées, et par les échanges convectif et radiatif. Le système est simulé à l'aide d'un modèle multi-physique réduit adapté à une grande échelle dans des conditions réelles d'exploitation et développé pour l'environnement logiciel TRNSYS. La validation du modèle est ensuite présentée en utilisant des données expérimentales du projet RESSOURCES (ANR-PREBAT 2007). Cette étape a conduit, dans le troisième chapitre du calcul des besoins de chauffage et de refroidissement d'un bâtiment et l'évaluation de l'impact des variations climatiques sur les performances du système. Les résultats ont permis enfin d'effectuer une analyse énergétique et exergo-économique
The demand of energy consumed by human kind has been growing significantly over the past 30 years. Therefore, various actions are taken for the development of renewable energy and in particular solar energy. Many technological solutions have then been proposed, such as solar PV/T collectors whose objective is to improve the PV panels performance by recovering the heat lost with a heat removal fluid. The research for the improvement of the thermal and electrical productivities of these components has led to the gradual integration of the solar components into building in order to improve their absorbing area. Among technologies capable to produce electricity locally without con-tributing to greenhouse gas (GHG) releases is building integrated PV systems (BIPV). However, when exposed to intense solar radiation, the temperature of PV modules increases significantly, leading to a reduction in efficiency so that only about 14% of the incident radiation is converted into electrical energy. The high temperature also decreases the life of the modules, thereby making passive cooling of the PV components through natural convection a desirable and cost-effective means of overcoming both difficulties. A numerical model of heat transfer and fluid flow characteristics of natural convection of air is therefore undertaken so as to provide reliable information for the design of BIPV. A simplified numerical model is used to model the PVT collector so as to gain an understanding of the complex processes involved in cooling of integrated photovoltaic arrays in double-skin building surfaces. This work addresses the numerical simulation of a semi-transparent, ventilated PV façade designed for cooling in summer (by natural convection) and for heat recovery in winter (by mechanical ventilation). For both configurations, air in the cavity between the two building skins (photovoltaic façade and the primary building wall) is heated by transmission through transparent glazed sections, and by convective and radiative exchange. The system is simulated with the aid of a reduced-order multi-physics model adapted to a full scale arrangement operating under real conditions and developed for the TRNSYS software environment. Validation of the model and the subsequent simulation of a building-coupled system are then presented, which were undertaken using experimental data from the RESSOURCES project (ANR-PREBAT 2007). This step led, in the third chapter to the calculation of the heating and cooling needs of a simulated building and the investigation of impact of climatic variations on the system performance. The results have permitted finally to perform the exergy and exergoeconomic analysis

Dans un contexte de changement climatique, l'intégration des énergies renouvelables aux systèmes électriques est un enjeu majeur des décennies à venir. Les énergies liées au climat (photovoltaïque, éolien et hydro-électricité) peuvent contribuer à une réduction des émissions de gaz à effet de serre. Cependant, elles sont fortement intermittentes et la production électrique associée peine à répondre à la demande.Cette étude vise à évaluer la faisabilité météorologique du développement d'un système de production électrique basé sur les sources d'énergie liées au climat (CRE - Climate-Related Energy). Nous considérons uniquement leurs variations spatiotemporelles et supposons un équilibre entre production et demande moyennes. Nous avons développé CRE-Mix, une chaîne de modèles permettant de convertir les variables météorologiques en chroniques énergétiques. Cet outil permet l'estimation des fluctuations spatiotemporelles de production et de demande énergétiques résultant de la variabilité hydro-climatique. Pour une sélection de régions en Europe, nous évaluons la facilité d'intégration des CRE en fonctions de leur cohérence temporelle avec la demande. Pour chaque source d'énergie et de multiples mix énergétiques nous estimons successivement (i) le taux de pénétration moyen (PE), qui quantifie la proportion de demande satisfaite sur une longue période et (ii) les caractéristiques des périodes de faible pénétration pour lesquelles le taux journalier de demande satisfaite reste bas pendant plusieurs jours consécutifs. Les résultats montrent que les systèmes basés sur une seule source ont du mal à répondre à la demande et souffrent de longues périodes de faible PE, en raison de leur variabilité temporelle. Cependant, une combinaison d'énergies, l'utilisation de systèmes de stockage ou l'échange d'énergie entre régions, permettent d'augmenter fortement la fiabilité des CRE (PE proche de 100% et rares/courtes périodes de faible pénétration). Cette étude, basée sur 30 ans, a été étendue à l'ensemble de XXème siècle afin d'évaluer les fluctuations basse fréquence des CRE résultant de la variabilité interne du climat. De longues chroniques régionales de production et de demande ont été générées grâce au développement d'une méthode de descente d'échelle statistique basée sur les analogues atmosphériques (SCAMP). Cet outil génère des scénarios météorologiques multivariés physiquement cohérents. Les résultats montrent que les variations basse fréquence des CRE sont influencées par les grandes oscillations océano-climatiques. De plus, on montre que les variations multi-décennales de l'hydro-électricité sont particulièrement importantes avec notamment une différence en PE supérieure à 15% d'une décade à l'autre et des périodes de faible pénétration aux caractéristiques très irrégulières.Enfin, nous évaluons la pertinence de systèmes électriques basés sur les CRE en climat futur. SCAMP permet de produire des scénarios régionaux de variables météorologiques à partir des modèles climatiques issus des simulations CMPI5. Pour les précipitations, les tendances simulées par SCAMP sont en désaccord avec de nombreuses études. L'application de SCAMP en "modèle parfait" semble indiquer que le lien entre les situations atmosphériques de grande échelle et les précipitations totales, mais également convectives et stratiformes, change en climat futur
In the context of climate change, the integration of renewables in electric power systems is one of the main challenges of the coming decades. Climate-Related-Energy sources (CRE - solar, wind and hydro power) can contribute to reduce the greenhouse gas emissions. However, they exhibit large spatio-temporal fluctuations and the associated intermittent electricity generation often leads to an incomplete supply-demand balance. This study aims to evaluate the meteorological feasibility of developing an electric power system that would only rely on CRE sources. We focus on the multi-scale spatio-temporal fluctuations of these renewables by assuming a balance between mean electricity production and mean energy load. We develop and use CRE-mix, a suite of models able to convert meteorological conditions into CRE time series. It gives an assessment the spatio-temporal fluctuations of power production and energy demand, resulting from the multi-scale hydro-climatic variability. For a set of European regions, we assess the ease of integration of CRE sources, regarding their temporal consistency with energy demand. For each CRE source and multiple CRE mixes, we consider in turn (i) the mean penetration rate (PE), which quantifies the proportion of satisfied demand over a long period and (ii) the characteristics of low penetration periods, defined as sequences of days for which the penetration rate is lower than a given threshold. This study proves that single CRE sources have difficulty to meet the energy demand and suffer from long low penetration periods, due to their multi-scale temporal variations. However, using some integrating factors (multi-sources, storage systems, inter-regions electric power transmission), efficiently improves the reliability of CRE-based power systems with PE rates close to 100% and rare low penetration periods.These analyses, based on a 30-yr period, are extended to the entire 20th century in order to assess the low frequency fluctuations of CRE sources resulting from the internal variability of climate. Long regional series of production and demand, were generated thanks to the development of a statistical downscaling method based on atmospheric analogues (SCAMP). It simulates physically-consistent multivariate series of meteorological parameters. The results demonstrate that these fluctuations are related to some large scale oceano-climatic oscillations. Moreover, the multi-decennial variations of hydro power are particularly large: changes in PE rates exceeding 15% from one decade to the other and uneven energy droughts characteristics.Finally, we evaluate the relevance of the CRE sources under future climate conditions. SCAMP is used to produce downscaled projections of meteorological drivers of CRE sources for the 21st century from a selection of CMIP5 climate models. The resulting scenarios for precipitation are not consistent with other studies focusing of the future modifications of this variable in Europe. The application of SCAMP in a perfect-model approach seems to indicate that the large-scale-meteorology/local-precipitation relationship is changing in the course of the 21st century, for all total, convective and stratiform precipitation

La décarbonation de la production d’électricité à échelle mondiale est un élément de réponse clé face aux pressions exercées par les différents enjeux environnementaux. Par ailleurs, la baisse des coûts de la filière photovoltaïque (PV) ouvre la voie à une augmentation significative de la production PV dans le monde. L’objectif principal de cette thèse est alors de maximiser le revenu d’un producteur d’énergie PV sous incertitude des prix de marché et de la production. Pour cela, un modèle de prévision probabiliste de la production PV à court (5 minutes) et moyen (24 heures) terme est proposé. Ce modèle est couplé à une méthode de participation au marché maximisant l’espérance du revenu. Dans un second temps, le couplage entre une centrale PV et une batterie est étudié, et une analyse de sensibilité des résultats est réalisée pour étudier la rentabilité et le dimensionnement de tels systèmes. Une méthode de participation alternative est proposée, pour lequel un réseau de neurones artificiel apprend à participer avec ou sans batterie au marché de l’électricité, ce qui permet de simplifier le processus de valorisation de l'énergie PV en diminuant le nombre de modèles requis
The decarbonation of electricity production on a global scale is a key element in responding to the pressures of different environmental issues. In addition, the decrease in the costs of the photovoltaic (PV) sector is paving the way for a significant increase in PV production worldwide. The main objective of this thesis is then to maximize the income of a PV energy producer under uncertainty of market prices and production. For this purpose, a probabilistic forecast model of short (5 minutes) and medium (24 hours) term PV production is proposed. This model is coupled with a market participation method that maximizes income expectation. In a second step, the coupling between a PV plant and a battery is studied, and a sensitivity analysis of the results is carried out to study the profitability and sizing of such systems. An alternative participation method is proposed, for which an artificial neural network learns to participate with or without batteries in the electricity market, thus simplifying the process of PV energy valuation by reducing the number of models required

Notre nouveau défi est de protéger l’environnement. Pour réussir cette tâche, beaucoup considèrent qu'il faut réduire notre consommation énergétique. Le développement des énergies renouvelables permettra la réduction des gaz à effet de serre ainsi que notre consommation énergétique. Les pays nordiques ont mis en place des politiques énergétiques différentes selon leurs ressources et leurs expériences. Mais il n'est pas facile de réduire la consommation d’énergie quand les besoins augmentent et qu'il est nécessaire de conserver un haut niveau de vie. Les choix politiques sont très importants surtout pendant ces temps de crise. Il est cependant possible d'utiliser cette nouvelle révolution verte pour relancer l’économie, créer des emplois et bâtir un développement durable respectueux de l’environnement. C'est le défi auquel sont notamment confrontées les économies de l'Europe du nord. Les pays scandinaves partagent la même culture et la même histoire, mais leurs politiques énergétiques sont différentes. Ainsi, la Norvège exploite les hydrocarbures, le Danemark a opté pour l’énergie éolienne, la Suède et la Finlande recourent à l’énergie nucléaire et l’Islande développe son potentiel géothermique. Les choix énergétiques y ont souvent été argumentés par la réduction des gaz à effet de serre, même si la réalité est parfois divergente, les pays nordiques sont sur le bon chemin pour constituer un modèle dans le monde pour le développement durable et pour montrer une nouvelle façon de vivre et une nouvelle façon de penser aux générations futures
Our new challenge is to succeed in protecting the environment; we have to reduce our energy consumption. The development of renewable energies will decrease greenhouse gases and our energy consumption. The Nordic countries have set up a different energy policy, depending on their own natural resources and know-how. It’s not easy to reduce energy consumption when needs are increasing. Political choices are very important, especially during this crisis period. We must use this new green revolution to revitalize the economy, create employment and build a good sustainable development, which respects the environment and society. The Nordic countries share the same culture, history and language, but their energy policies are different. Norway has chosen hydrocarbons, Denmark wind power, Sweden and Finland nuclear power and Iceland geothermal energy. These choices have always been an argument for the reduction of greenhouse gases, even if the reality is sometimes different. The Nordic countries are setting a good example to the world in sustainable development and showing a new way of life and thinking for the next generations

En 2007 avec la directive sur les énergies renouvelables, l’Union Européen s’est engagée à développer une économie à faible intensité de carbone. Cette directive amène à réduire les émissions de gaz à effet de serre en augmentant entre autres la partie d’énergie produite par des sources renouvelables. Le processus d’insertion massive d’énergies renouvelables dans le mix électrique européen, est d’ores et déjà un fait acquis et ses effets sont tangibles. Cependant, à côté de ses effets environnementaux bénéfiques, l’intégration à large échelle du renouvelable ne va pas sans causer des interrogations techniques et réglementaires. Par conséquent, de nouvelles stratégies de gestion du système électrique doivent être pensées et actées pour garantir un fonctionnement fiable et économiquement acceptable. Les micro réseaux sont à cet effet, un réceptacle intégrateur avec suffisamment de flexibilité pour accueillir un système de gestion capable de répondre aux exigences ci-dessus. Les travaux de cette thèse sont centrés sur la conception, le développement et l’implémentation de différentes stratégies de gestion des micro réseaux. Les algorithmes développés visent, soit à faciliter l’intégration du renouvelable à large échelle, soit à garantir un fonctionnement efficace et économique du système électrique. Une nouvelle architecture de réseau de distribution composé de micro réseaux clustérisés a été premièrement proposée. Chaque micro réseau est composé de systèmes de production à base ou non de renouvelable, des systèmes de stockage et de charges. Une stratégie de gestion énergétique optimale a été ensuite définie et développée. Cette stratégie permet de gérer la planification à court-terme et le contrôle en temps-réel des micro réseaux via un usage adéquat des sources et ce, tout en réduisant le coût du micro réseau. Un système multi-agents et l’optimisation linéaire mixte en nombres entiers ont été utilisés pour le développement et l’implémentation de cette stratégie intelligente distribuée. D’un point de vue extérieur, chaque micro réseau est vu comme une entité cohérente capable de supporter le fonctionnement du réseau principal en utilisant un ensemble de ses sources flexibles. Ainsi, que la seconde partie de cette thèse exploitera les clusters des micro réseaux et leurs propriétés pour gérer au mieux le réseau de distribution hôte. La conceptualisation technico-économique de différents mécanismes de gestion des réseaux de distribution a été abordée. Le développement d’une architecture de gestion hiérarchisée en plusieurs niveaux d’intelligence a permis de réduire la complexité du système et faciliter l’implémentation d’un réseau flexible, extensible et à fort taux de pénétration de renouvelables. Cette gestion distribuée a été possible grâce à une connaissance locale des modèles et des comportements des différentes systèmes connectés, et à un usage local des informations. Les travaux théoriques ont été ensuite testés sur une plateforme expérimentale conséquente et les résultats finaux ont corroboré les attentes de la théorie
In 2007 with the renewable energy directive, the European Union established the development of a low-carbon economy. This directive aims to decrease greenhouse gas emissions by increasing the energy produced by renewable energy. Already today, the massive diffusion of renewable systems is tangible in the European electricity mix. However, in spite of their potential benefits, their large-scale integration leads to new technical and regulatory questions. Consequently, new management strategies need to be developed and applied in order to ensure a reliable and economical operation of the system. Microgrids are considered to be one of the most effective and flexible solutions able to meet these new needs.The main goals of this thesis are the conceptualization, development and implementation of different management strategies for microgrids. The algorithms developed aim to facilitate the massive integration of renewables and at the same time lead to an effective and economic operation of the systems. A new architecture of distribution grids based on cluster of microgrids was proposed. Each microgrid is composed of a number of renewable-based and conventional generation systems, storage systems and consumption. An optimal and distributed energy management strategy was then defined and developed. This strategy allows to manage the short-term energy management and real-time control of microgrids by using the connected sources in a smart and cost-efficient way. A multi-agent system and the mixed integer linear optimization technique were used for the implementation of this strategy.From a global point of view, each microgrid is seen as a coherent entity, which can support network operation by using its flexible and aggregated sources. Hence, the second part of this thesis aims to understand how distribution grids can exploit these cluster of microgrids and their properties. Different mechanisms for the active management of distribution grids are conceptualized from the technical and economical point of view. A new strategy based on hierarchical management of different smart levels allow to reduce the complexity of the system and to implement a more flexible and extensible system, thanks to a more local use of model knowledge and users behaviour. On the end, the theoretical work were tested on an experimental test-bed in order to show the effectiveness of the proposed theories

L'intégration de production d'électricité renouvelable dans les réseaux d'électricité est rendue difficile à cause du caractère variable et aléatoire de cette production. Le travail de cette thèse se penche sur la participation des producteurs d'énergie renouvelable aux marchés d'électricité, et plus précisément sur les coûts de régulation imputés à ces producteurs pour tout écart entre la production délivrée et la production contractée sur ces marchés. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de modéliser et d'évaluer les différentes méthodes de gestion de ces pénalisations d'écarts liées à la participation de producteurs d'énergie renouvelable dans les marchés court-terme d'électricité. Ce travail propose d'abord une classification des méthodes existantes pour la diminution de ces pénalités. Les solutions dites physiques, liées au portefeuille de production, sont distinguées par rapport aux solutions dites financières, qui sont basées sur des produits de marché tels que les options. Les solutions physiques sont abordées dans le cadre des centrales virtuelles. Un modèle générique de la pénalisation des écarts d'énergie est proposé. Le problème de prise de décision relatif à ces diverses solutions est ensuite formulé en tant que problème d'optimisation sous incertitude. Cette approche est basée sur une fonction de coût qui est exprimée à partir du modèle générique de pénalités. Enfin, l'incertitude liée à la production renouvelable est considérée à travers une méthode basée sur le risque, qui est mesuré à partir d'outils financiers. Les différentes méthodes sont illustrées avec des cas d'étude basés sur des données réelles.

Les problématiques énergétiques sont au sommet des préoccupations politiques dans de nombreux pays, du fait des enjeux environnementaux inhérents, du rôle moteur de l’énergie dans tous les secteurs économiques ainsi que des préoccupations relatives à l’indépendance énergétique. Cet intérêt est accru du fait de la part croissante des sources d’énergie renouvelables et intermittentes dans le mix énergétique mondial. En particulier, de par son fort potentiel et la volonté politique de soutien dont elle a bénéficié, l’énergie photovoltaïque est désormais un acteur clé dans la mutation énergétique mondiale, et son intégration dans le mix mondial doit être réalisée avec attention. Afin d’avoir une compréhension approfondie de la façon dont l’énergie solaire peut pénétrer et transformer le panorama énergétique, nous avons adopté une stratégie en trois niveaux avec une approche multidisciplinaire visant à apporter quelques réponses aux questions suivantes : i/ quel sera la position de l’énergie solaire dans le futur mix énergétique ?; ii/ du fait de son inconvénient majeur, l’intermittence, pouvons-nous fournir une architecture optimale d’une système basé sur l’énergie solaire associant des systèmes de stockage ?; iii/ quelle est l’efficacité des politiques incitatives mises en œuvre pour accélérer son déploiement ?Ainsi, dans un premier chapitre, nous analysons la position particulière de l’énergie photovoltaïque dans le mix énergétique. Après un rappel des enjeux des futurs mix énergétiques mondiaux, nous proposons une description sommaire des différentes technologies solaires et de leurs évolutions attendues en termes d’améliorations techniques et de réductions de coûts. Enfin, nous décrivons la croissance très rapide du marché photovoltaïque et de ces conséquences à la fois sur le mix électrique et sur le secteur industriel. Dans le deuxième chapitre, nous nous intéressons à la problématique de l’intégration de cette énergie intermittente dans le mix électrique, en développant une méthodologie d’évaluation multicritère ainsi qu’un outil d’optimisation multicritère sous contraintes qui permet de faire des simulations d’un système composé de panneaux photovoltaïques et de technologies de stockage. Des cas d’applications sur le cas réel du Cirque de Mafate (L’île de la Réunion, France) sont présentés pour illustrer l’intérêt de la méthode.Enfin, dans le troisième chapitre, nous questionnons l’efficacité de différentes politiques de soutien aux technologies photovoltaïques dans les pays les plus pertinents. Nous examinons plus particulièrement la corrélation entre la puissance installée, l’argent publique dépensé, ainsi que les prix de l’électricité
The energetic issue is on the top of the political agenda in many countries, for environmental reasons, for its driving role in all the economic sectors, as well as for the energetic independency concerns. This problematic is stressed by the increasing weight of renewable intermittent power sources in the global energy mix. In particular, due to its high potential and the strong national policy support it beneficiated, solar photovoltaic energy is now a key player in the world energy mutation, and the way it is integrated into the global mix should be carefully performed. To deeply understand the way solar energy can penetrate and transform the forthcoming energy framework, we adopted a three-level strategy with an multidisciplinary approach to provide some answers to the following questions: i/ how can we situate the photovoltaic power role in future energy mixes?; ii/ due to its main drawback, intermittency, could we provide an optimal design of a system combining storage devices?; iii/ what is the efficiency of the incentive policies that are or have been implemented to accelerate its deployment?That is why, in a first chapter, the peculiar position of the solar photovoltaic energy in the energy mix is analyzed. After recalling the general issue of future global energetic mixes, we propose a brief description of the different photovoltaic technologies and their promising evolutions in terms of technical improvements and cost reductions. Then, we describe the fast growing photovoltaic market and its consequences both on the electricity mix and the industry sector.In the second chapter we investigate the issue of integrating such an intermittent energy in the electricity mix, by developing a multicriteria evaluation methodology and a multicriteria under constraint optimization tool which simulates a system composed of photovoltaic panels and storage devices. Applications on a real case in the Cirque de Mafate (L’île de la Réunion, France) are presented to illustrate the interest of our method.Finally, in chapter three, we question the efficiency of different public support policies to the photovoltaic technologies in the most relevant countries. We focus on correlating the installed power capacity with the spent public money and the electricity prices

Cette thèse propose une étude de la transformation de l’État et de l’exercice du pouvoir à partir de l’observation des instruments politiques utilisés pour construire les grandes centrales solaires marocaines. Ce travail s’appuie sur deux longues observations participantes, consistant en une double ethnographie du développement dans l’institution publique bénéficiaire de l’aide ainsi que dans les institutions qui contrôlent cette aide. Je mobilise simultanément la sociologie de l’action publique et les études en sciences de gestion et en sociologie économique sur la finance et les Partenariats Public-Privé. La contractualisation des Partenariats Public-Privé semble devenir un nouveau mode d’action publique pour l’aide au développement. Or, le choix d’un type de contrat, d’un type de mode de financement, sont également des choix politiques. Les politiques euro-méditerranéennes pour les énergies renouvelables étudiées dans cette thèse illustrent un glissement des politiques publiques stato-centrées vers une action publique multiacteurs. L’analyse de la fabrication des outils et instruments du Plan Solaire Méditerranéen met en lumière un mode de gouvernance basé sur le consensus et sur l’expertification. La charpente de l’action publique pour les énergies renouvelables au Maroc est édifiée autant par les acteurs privés que publics et entraîne la diffusion des formalités issues des grandes entreprises et du marché financier. Sous l’impulsion de ces acteurs, le secteur de l’énergie solaire du Maroc s’institutionnalise à partir des années 2009 en s’inscrivant dans un processus de bureaucratisation néolibérale. Lors de cette institutionnalisation, les bailleurs de fonds et les consortiums privés véhiculent, à travers leurs expertises et leur participation à l’action publique, plusieurs instruments politiques. Cette instrumentation passe par les appels d’offres concurrentiels et internationaux, les prêts d’aide au développement économique ou issus des fonds de lutte contre le changement climatique, et enfin les solutions contractuelles comme le Partenariat Public-Privé. La synergie entre les instruments de l’aide au développement et les politiques pour les énergies renouvelables entraîne une transformation des modes de gouvernement et du rôle de l’État. L’utilisation de ces instruments de l’aide au développement et de l’expertise privée permet la régulation et le contrôle bureaucratique, au sens wébérien, du marché de l’énergie solaire. La politique de transition énergétique marocaine participe au renforcement des monopoles dans le secteur de l’énergie marocain et à sa centralisation
This thesis proposes a study of State transformation and of the exercise of power from the observation of political instruments used to develop the big Moroccan solar power plants. This work is based on two long participative observations, which consist of a double ethnography of development in the public institution beneficiary of the aid as well as in the institutions that control this aid. I summon up both public policy sociology and studies in management and in economic sociology on finance and Public - Private Partnerships. The Public – Private Partnership contractualisation seems to become a new mode of public policy in favour of aid to development. Besides, the choice of a type of contract, of a type of mode of financing, are political choices as well. Euro-Mediterranean policies for the renewable energy studied in this thesis illustrate a shift of state-centered public policies towards a multilevel public policy. The analysis of the making of tools and instruments of the Mediterranean Solar Plan highlights a mode of governance based on consensus and expertification. The framing of the public policy for renewable energy in Morocco is erected by private and public actors and leads to the diffusion of the formalities coming from big companies and from the financial market.Compelled by these actors, the Moroccan solar energy market has been institutionalized since 2009, in keeping with a process of neoliberal bureaucratization. In this institutionnalisation, international financial institutions and private consortiums convey, through their expertise and their participation to public policy, many political instruments. This instrumentalization goes through competitive and international calls for tender, loans for economic development aids, or climate change funds, and at last contractual solutions such as Public-Private Partnership. The synergy between aid to development instruments and the policies in favour of renewable energylead to a transformation of the modes of government and of the role of State. The use of these aids to development and private expertise instruments allows bureaucratic regulation and control, as Weber says, of the solar energy market. The Moroccan energetic transition policy takes part to the strengthening of monopolies in Moroccan energy and to its centralization

Une crise de grande ampleur laisse supposer d’importants changements en politiques publiques.Toutefois, les multiples accidents nucléaires ont souligné l’effet d’inertie du système de l’électricité en France comme au Japon et du maintien des acteurs dominants au sein de ce système. Le particulier focusing event que constitue Fukushima apparaît toutefois comme un vecteur important de changement dans un système fortement soumis à la dépendance au sentier et à un bouleversement des rapports de force,dépassant par là même les enjeux énergétiques. Au delà des questions de gouvernance de l’énergie, ce travail vise en outre à souligner les importantes transformations qui touchent le marché de l’électricité sous les effets d’une libéralisation toujours plus poussée. Dès lors cette analyse s’attache à fois à l’étude de la gouvernance de la politique de l’énergie mais également aux conséquences d’une ouverture plus progressive du marché sur les acteurs concernés dans une perspective principalement nationale mais aussi européenne
While a widespread crisis would cause significant changes in public policies, nuclear accidents underline an inertia effect in the energy system in France and Japan. These cases lay out the maintenance of the position of dominant stakeholders within the system. Nevertheless, the particular focusing event of Fukushima appears to be an important driver of change in a system with strong path dependency, and disrupts the power balance of stakeholders. The change then goes beyond energy issues. In addition to the governance stakes, this thesis examines the significant alterations of the electricity market under the liberalisation dynamics . It also analyses the governance of energy policy and the consequences of the electricity market from domestic and European perspectives

L’observation des défis économiques, sociaux et environnementaux qui préoccupent l’humanité aujourd’hui nous amène à revoir les modèles de croissance économiques adoptés, à reconnaitre leurs limites et à apporter un jugement critique sur la gouvernance de l’homme et sa manière d’exploiter le monde. La thèse cherche à démontrer comment l’épuisement des ressources naturelles et le recours aux principales énergies renouvelables, l’eau, le soleil et le vent, peuvent être utilisés pour approfondir la compréhension de la relation de l’homme vis-à-vis de l’environnement, le compromis nécessaire entre sa liberté et sa responsabilité et les principes moraux qui doivent informer sa conduite. Ces défis mettent en évidence l’urgence d’une réflexion critique sur l’activité financière aujourd’hui et sa contribution au développement réel et durable de l’économie. Ce travail propose, donc, d’explorer quelques possibilités de l’intégration contemporaine de principes « éthiques » dans les modes de financement de projets relatifs à l’utilisation de l’eau, du soleil et du vent. Nous donnons d’abord un état des lieux des modes de financement et d’investissement dits éthiques ou alternatifs. Nous considérons, en particulier, l’investissement socialement responsable, les marchés de capitaux durables, les institutions ayant pour mission l’inclusion financière, les banques multilatérales de développement et la finance participative. L’objectif est d’examiner comment des principes éthiques peuvent être intégrés dans les modes de financement modernes de projets verts et durables, c’est-à-dire comment l’expertise financière rejoint la préoccupation pour le changement climatique et les énergies renouvelables mondialement. Cette analyse démontre aussi l’intérêt croissant pour les questions de durabilité et de justice sociale, bien que sa concrétisation reste encore à questionner
The observation of the economic, social and environmental challenges facing humanity today leads us to reconsider the models of economic growth pursued, to recognise their limitations and to give a critical assessment of human governance and his way of exploiting the world’s resources. The thesis seeks to demonstrate how the depletion of natural resources and the use of the main renewable energy sources, namely water, sun and wind can be used to deepen the understanding of man's relationship with the environment, the compromise between his freedom and responsibility and the moral principles that must govern his conduct. These challenges highlight the urgency of a critical thinking on the financial activity today and its contribution to the real and sustainable development of the economy. Thus, this work proposes to explore few examples of the contemporary integration of "ethical" principles in the financing modes of projects related to the use of water, sun and wind. We first give an assessment of the modes of financing and investment called ethical or alternative. We consider, in particular, socially responsible investing, sustainable capital markets, financial inclusion institutions, multilateral development banks and participatory finance. The objective is to examine how ethical principles can be integrated into the modern financing modes of green and sustainable projects, i.e. how the financial expertise integrates the concerns for climate change and renewable energies globally. This analysis also demonstrates the growing interest in issues related to sustainability and social justice, although their effective implementation can sometimes be questioned

L’essor des technologies renouvelable à apport variable pose des nombreuses difficultés dans le fonctionnement du système électrique. Ce système doit garantir l’équilibre offre-demande à tout moment, ainsi que d’assurer des hauts niveaux de fiabilité du service. Donc, la variabilité accroît les besoins de flexibilité et des services système. Ils existent plusieurs options capables de fournir ceux services, dont : le renforcement des interconnections, le pilotage intelligent de la demande, le renforcement des capacités de réponse rapide des unités de production, mais aussi, le mis en œuvre des technologies de stockage de l’électricité. Cependant, les marchés électriques actuels sont basés sur la rémunération de l’énergie. Donc, la valorisation intégrale des services qui peut fournir le stockage semble difficile, ce qui restreint le « business case » des options de flexibilité.Cette thèse s’inscrit autour des propos suivants : (1) modéliser et évaluer les interrelations entre variabilité, besoins de flexibilité et objectifs de décarbonation du parc électrique, (2) analyser le rôle, ainsi que la valeur, des différents technologies du stockage à travers le cas Français aux horizons 2020, 2030 et 2050, et (3) discuter sur les aspects de régulation de la flexibilité, ainsi que proposer des politique énergétiques concrètes permettant la réussite des objectifs de transition énergétique et de décarbonation du mix électrique français
The increasing variability of electricity production in Europe, which is mainly due to the intermittent production of renewables such as wind and photovoltaic (VRE), will require significant efforts to reconcile demand and supply at all times. Thus, increasing shares of variability imply increasing amounts of system services. In addition to upgraded interconnections, demand-side management (DSM) and dispatchable backup capacity, electric energy storage (EES) technologies will have a major role to play in this context.However, due to the peculiar price formation mechanism prevailing in energy-only electricity markets, the commercial case for EES is being eroded by the very forces that create the need for its increased deployment at the system level. The private incentives of EES are thus diminishing while its social value, which is determined by the multiple system services these technologies can supply, is increasing.This thesis sets out to (1) model and assess the interplays between variability, flexibility needs and decarbonization objectives, (2) analyze the role and the value of EES technologies in view of the French official objectives by 2020, 2030 and 2050, and (3) discuss regulatory aspects, and propose a set of energy policies allowing to succeed in the energy transition and decarbonization goals

Les systèmes hybrides EnR/H2 sont une solution innovante au problème du stockage des énergies renouvelables. Ces systèmes comprennent : une ou plusieurs sources renouvelables d'énergie ; un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène lorsque la source renouvelable fournit un excédent d'énergie ; à l'inverse, lorsque la demande excède la capacité de la source renouvelable, une pile à combustible consomme les gaz afin de fournir le complément d'énergie nécessaire. Afin de développer ces solutions dans le futur : il est nécessaire de constituer un ensemble de références architecturales correspondant aux applications cibles pour les systèmes hybrides EnR/H2 ; et de posséder un instrument décisionnel permettant le dimensionnement optimum des sous-systèmes selon plusieurs critères (efficacité énergétique du système ou coût du kWh). Un code numérique de dimensionnement sous langage MATLAB®, baptisé ORIENTE, a donc été développé dans le cadre des travaux de recherches qui s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-07-PANH-012). Les différents partenaires de ce projet sont la société HELION, l'Université De Corse, le CEA, l'INPT - LAPLACE et ARMINES. Les applications concernées par ce code, sont l'électrification de sites isolés, la gestion énergétique de micro-réseaux électriques et l'écrêtage de pointes de puissance sur un réseau électrique. La première application sera traitée via un démonstrateur qui sera installé à Cadarache début 2011, sur le site du CEA, celle-ci concerne l'alimentation d'un pylône météorologique. Cette application est labellisée par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. La 2ème application concerne l'étude d'un micro-réseau sur le site de MAFATE (îlet de la Réunion). Cette étudie est en partenariat avec l'ARER. La dernière application, nommée projet MYRTE a été traitée à travers une plateforme technologique sur le site de Vignola (près d'Ajaccio) pour des modes de contrôle-commande répondant à de l'écrêtage de pointe et à du lissage de la production photovoltaïque. Cette plateforme est financée par la région, l'Etat et l'Europe (FEDER). Cette application a fait l'objet d'une labellisation par CAPENERGIES.

Cette thèse vise à fournir des outils théoriques pour soutenir le développement et la gestion des énergies renouvelables intermittentes sur les marchés court terme de l'électricité.Dans la première partie, nous développons un modèle d'équilibre exploitable pour la formation des prix sur les marchés infrajournaliers de l'électricité. Pour cela, nous proposons un jeu non coopératif entre plusieurs producteurs interagissant sur le marché et faisant face à une production renouvelable intermittente. En utilisant la théorie des jeux et celle du contrôle stochastique, nous dérivons des stratégies optimales explicites pour ces producteurs ainsi qu'un prix d'équilibre en forme fermée pour différentes structures d'information et caractéristiques des joueurs. Notre modèle permet de reproduire et d'expliquer les principaux faits stylisés du marché intraday tels que la dépendance temporelle spécifique de la volatilité et la corrélation entre le prix et les prévisions de production renouvelable.Dans la deuxième partie, nous étudions des prévisions probabilistes dynamiques sous la forme de processus de diffusion. Nous proposons plusieurs modèles d'équations différentielles stochastiques pour capturer l'évolution dynamique de l'incertitude associée à une prévision, nous dérivons les densités prédictives associées et nous calibrons le modèle sur des données météorologiques réelles. Nous l'appliquons ensuite au problème d'un producteur éolien recevant des mises à jour séquentielles des prévisions probabilistes de la vitesse du vent, utilisées pour prédire sa production, et prendre des décisions d'achat ou de vente sur le marché. Nous montrons dans quelle mesure cette méthode peut être avantageuse comparée à l'utilisation de prévisions ponctuelles dans les processus décisionnels.Enfin, dans la dernière partie, nous proposons d'étudier les propriétésdes réseaux de neurones peu profonds agrégés. Nous explorons le cadre PAC-Bayesien comme alternative à l'approche classique de minimisation du risque empirique. Nous nous concentrons sur les priors Gaussiens et dérivons des bornes de risque non asymptotiques pour les réseaux de neurones agrégés. Ces bornes donnent des vitesses de convergence minimax pour l'estimation dans des espaces de Sobolev.Cette analyse fournit également une base théorique pour le réglage des paramètres et offre de nouvelles perspectives pour des applicationsdes réseaux de neurones agrégés à des problèmes pratiques de haute dimension, de plus en plus présents dans les processus de décision liés à l'énergie et impliquant des moyens de production renouvelable ou du stockage
This thesis focuses on providing theoretical tools to help in the development and management of intermittent renewable energy in short term electricity markets.In the first part, we develop a tractable equilibrium model for price formation in intraday electricity markets. For this, we propose a non cooperative game between several producers interacting in the market and facing an intermittent renewable production. Using stochastic control and game theory, we derive explicit optimal strategies for these producers as well as a closed form equilibrium price for different information structures and player characteristics. Our model allows to reproduce and explain the main stylized features of the intraday market such as the specific time dependence of volatility and the correlation between the price and the renewable production forecasts.In the second part, we study dynamic probabilistic forecasts in the diffusion framework. We propose several stochastic differential equation models to capture the dynamic evolution of the uncertainty associated to a forecast, derive the associated predictive densities and calibrate the model on real meteorological data. We then apply it to the problem of a wind energy producer receiving sequential updates of the probabilistic forecasts of the wind speed used to predict her production and make trading decisions in the market. We show to what extent this method can outperform the use of point forecasts in decision-making processes.Finally, in the last part, we propose to study the propertiesof aggregated shallow neural networks. We explore thePAC-Bayesian framework as an alternative to the classicalempirical risk minimization approach. We focus on Gaussianpriors and derive non-asymptotic risk bounds for theaggregated neural networks. These bounds yield minimaxrates of estimation over Sobolev smoothness classes.This analysis also provides a theoretical basis for tuning theparameters and offers new perspectives for applicationsof aggregated neural networks to practical high dimensionalproblems increasingly present in energy decision problemsinvolving renewables or storage

En janvier 2008, la Commission européenne adopte le « Paquet Climat-Energie contraint les 27 États membres à atteindre trois objectifs d'ici à 2020 : réduction de 20% des émissions de gaz à effets de serre, augmentation de 20% de la part des énergies renouvelables dans le bouquet énergétique, et réduction de 20% de la consommation énergétique. Cettedirective se traduit dans les Etats membres par des programmes nationaux de développement des filières renouvelables. Dans ce cadre, notre réflexion porte sur les conditions de leur diffusion en France et au Royaume-Uni. Sous leurs formes décentralisées, celles-ci se heurtent à des freins techniques, matériels et symboliques qui leur confèrent un statut d’énergies « alternatives ». Cette recherche s’attache à comprendre les systèmes d’actions associés à la décision d’investissement, d’acquisition et d’intégration de quatre technologies renouvelables décentralisées dans la sphère domestique : les chauffe-eau solaires, les systèmes photovoltaïques, les pompes à chaleur, ainsi que les mini-éoliennes au Royaume-Uni. En procédant à une étude des filières, nous cherchons à identifier les conditions sociales entourant la diffusion de ces innovations technologiques auprès de ménages particuliers. Dans une perspective méso-sociale et micro-sociale, nous nous concentrons sur cinq groupes d’acteurs : individus appartenant aux sphères de l’Etat, du marché, de la société civile, ménages adoptants, et ménages non-adoptants ayant interrompu leur processus d’acquisition
In January 2008, the European Commission votes the "Climate and Energy Package", which forces the 27 Member States to achieve three goals by 2020: reduction in EU greenhouse gas emissions of at least 20% below 1990 levels; 20% of EU energy consumption to come from renewable resources, 20% reduction in primary energy use compared with projected levels, to be achieved by improving energy efficiency. This directive is reflected in the member states through national programs of development of renewable energy sources. In this context, our research focuses on the conditions of their diffusion in France and in the UK. As decentralized renewables, they have to cope with technical, material and symbolic barriers which give them an "alternative" status. This research seeks to analyze the systems of actions associated with the decision, the acquisition and the integration of four decentralized renewable technologies in the domestic space: solar thermal heating systems, photovoltaics, heat pumps, as well as mini-wind turbines in the UK. In analyzing these renewable networks, we seek to identify the social conditions surrounding the spread of these technological innovations to individual households. In a meso-social and a micro-social perspective, our research focuses on five groups of actors, belonging to the spheres of government, market, civil society, adopters and non-adopters who interrupted their process of acquisition