À l’heure actuelle, les stratégies de gestion de l’énergie pour les bâtiments sontprincipalement basées sur une concaténation de règles logiques. Bien que cette approcheoffre des avantages certains, particulièrement lors de sa mise en oeuvre sur des automatesprogrammables, elle peine à traiter la diversité de situations complexes quipeuvent être rencontrées (prix de l’énergie variable, limitations de puissance, capacitéde stockage d’énergie, bâtiments de grandes dimension).Cette thèse porte sur le développement et l’évaluation d’une commande prédictivepour la gestion de l’énergie dans le bâtiment ainsi que l’étude de l’embarcabilité del’algorithme de contrôle sur une cible temps-réel (Roombox - Schneider-Electric).La commande prédictive est basée sur l’utilisation d’un modèle du bâtiment ainsique des prévisions météorologiques et d’occupation afin de déterminer la séquencede commande optimale à mettre en oeuvre sur un horizon de prédiction glissant.Seul le premier élément de cette séquence est en réalité appliqué au bâtiment. Cetteséquence de commande optimale est obtenue par la résolution en ligne d’un problèmed’optimisation. La capacité de la commande prédictive à gérer des systèmes multivariablescontraints ainsi que des objectifs économiques, la rend particulièrementadaptée à la problématique de la gestion de l’énergie dans le bâtiment.Cette thèse propose l’élaboration d’un schéma de commande distribué pour contrôlerles conditions climatiques dans chaque zone du bâtiment. L’objectif est de contrôlersimultanément: la température intérieure, le taux de CO2 ainsi que le niveaud’éclairement dans chaque zone en agissant sur les équipements présents (CVC, éclairage,volets roulants). Par ailleurs, le cas des bâtiments multi-sources (par exemple:réseau électrique + production locale solaire), dans lequel chaque source d’énergie estcaractérisée par son propre prix et une limitation de puissance, est pris en compte.Dans ce contexte, les décisions relatives à chaque zone ne peuvent plus être effectuéesde façon indépendante. Pour résoudre ce problème, un mécanisme de coordinationbasé sur une décomposition du problème d’optimisation centralisé est proposé. Cettethèse CIFRE 1 a été préparée au sein du laboratoire Gipsa-lab en partenariat avecSchneider-Electric dans le cadre du programme HOMES (www.homesprogramme.com). / Currently, energy management strategies for buildings are mostly based on a concatenationof logical rules. Despite the fact that such rule based strategy can be easilyimplemented, it suffers from some limitations particularly when dealing with complexsituations. This thesis is concerned with the development and assessment ofModel Predictive Control (MPC) algorithms for energy management in buildings. Inthis work, a study of implementability of the control algorithm on a real-time hardwaretarget is conducted beside yearly simulations showing a substantial energy savingpotential. The thesis explores also the ability of MPC to deal with the diversity ofcomplex situations that could be encountered (varying energy price, power limitations,local storage capability, large scale buildings).MPC is based on the use of a model of the building as well as weather forecasts andoccupany predictions in order to find the optimal control sequence to be implementedin the future. Only the first element of the sequence is actually applied to the building.The best control sequence is found by solving, at each decision instant, an on lineoptimization problem. MPC’s ability to handle constrained multivariable systems aswell as economic objectives makes this paradigm particularly well suited for the issueof energy management in buildings.This thesis proposes the design of a distributed predictive control scheme to controlthe indoor conditions in each zone of the building. The goal is to control thefollowing simultaneously in each zone of the building: indoor temperature, indoorCO2 level and indoor illuminance by acting on all the actuators of the zone (HVAC,lighting, shading). Moreover, the case of multi-source buildings is also explored, (e.g.power from grid + local solar production), in which each power source is characterizedby its own dynamic tariff and upper limit. In this context, zone decisions can nolonger be performed independently. To tackle this issue, a coordination mechanismis proposed. A particular attention is paid to computational effectiveness of the proposedalgorithms. This CIFRE2 Ph.D. thesis was prepared within the Gipsa-lab laboratoryin partnership with Schneider-Electric in the scope of the HOMES program(www.homesprogramme.com).

La thèse porte sur l'étude de générateurs utilisant un cerf-volant pour capter l'énergie éolienne. Ces systèmes permettent de générer de l'énergie éolienne sans avoir besoin de construire les pylônes et les fondations étant nécessaires pour construire une éoliennes classiques.Ces systèmes on commencé à être étudiés il y a une dizaine d'années, une vingtaine d'entreprises et à peu près autant d'universités étudient le problème. Il existe plusieurs types de générateurs étudiés mais jusqu'ici, aucun système n'a démontré que son concept est économiquement viable.La grande variété de systèmes étant étudiés fait penser aux débuts de l'aviation, ou toutes sortes de concepts ont été testés. Il a fallu environ 50 ans de développements de prototypes entre 1870 et 1910 pour que le principe de fonctionnement des avions se standardise autour de celui qui est est encore utilisé aujourd'hui. Pendant cette période, un grand nombre de concepts ont été testés et beaucoup d'erreurs ont étés faites au niveau de la conception du modèle, des techniques expérimentales utilisées et du management des projet.Les systèmes étudiés de génération d'énergie utilisant des cerf-volants tentent répondre à un même cahier des charges d'une vingtaine de façons différentes. Ceci fait penser que le concept de génération d'énergie n'a pas trouvé un principe de fonctionnement optimal et qu'il n'en est qu'à une phase de prospection de concepts.En cela, le récent essor des générateurs cerf-volants ressemble beaucoup au débuts de l'aviation. Nous avons donc cherché à comprendre les erreurs ayant été faites lors des débuts de l'aviation pour essayer de mieux comprendre les erreurs qui pourraient être faites avec les systèmes de générateurs cerf-volants.Cette étude a permis de fixer quelques règles de travail qui ont servi pour développer les prototypes mis au point pendant de thèse.Une soufflerie à été construite pour tester dans des environnements restreints plusieurs modèles de cerf-volants. Plusieurs objectifs ont été atteints pendant la thèse, entre autres le contrôle de la puissance générée par un cerf-volant volant en présence de rafales de vent et l'étude d'un plan de vol permettant au cerf-volant de rester en vol sans vent et sans utiliser d'énergie embarquée.Au total, 13 prototypes ont été mis au point pendant cette thèse, un brevet est en cours de dépôt et une entreprise utilisant les résultats de la thèse est en train d'être créée. / The PhD focuses on the study of electric generators using a kite to capture wind energy. These systems generate wind energy without having to build the towers and foundations are needed to build conventional wind turbines.These systems started being studied around ten years ago, twenty companies and nearly as many universities are studying the problem. There are several types of generators studied, but so far, none has demonstrated that the concept is economically viable.The variety of systems being studied is reminiscent of early aviation, because many kinds of different concepts were tested. It took about 50 years of development of prototypes between 1870 and 1910 for the principle of operation of aircraft got standardized around one that is still used today. During this period, a large number of concepts have been tested and many mistakes have made ​​on the model design, the experimental techniques and on the management of the project.The nowadays studied kite power systems tries to answer to the same specifications by around twenty different ways. This suggests that the concept of power generation has not yet found an optimal principle of functioning and that it is only at a phase of concepts exploration.The recent surge of kite power systems reminds of the early days of aviation. We sought to understand the mistakes that were made ​​during the early days of aviation to try to understand the mistakes that could be made with modern kite power systems.This study has set some guidelines that were used for developing the prototypes built during thesis .A wind tunnel was built for testing in simplified environments several models of kites. Several objectives were achieved during the thesis, including the control of the power generated by a kite flying in the presence of wind gusts and the study of a flight plan allowing the kite to stay in flight without wind and without the use of embedded energy.A total of 13 prototypes were developed during this thesis, a patent is being filed and a company using the results of the thesis is being created.

Dans le travail de thèse, nous avons étudié le processus de croissance et l’évolution des propriétés structurales de l’alumine ultra-poreuse (UPA) monolithique pendant le traitement thermique dans le domaine des températures entre 20 et 1600 °C. Un modèle théorique a été proposé permettant de décrire et prédire sa structure. La formation de mullite à partir d’alumine imprégnée par la silice a été également étudiée. Les premières mesures conduites sur les propriétés diélectriques des UPA dans le domaine de fréquences GHz-THz montrent des possibilités d’application dans le domaine de l’optique réfractrice. L’installation expérimentale pour l'élaboration des monolithes ultra poreux est décrite. L’étude de la cinétique de croissance à partir d’aluminium technique, ultra pur et monocristallin a permis d’analyser l’influence des différentes impuretés présentes. Les matériaux ont été caractérisés par les méthodes DRX, MET/MEB, ICP/OES, TGA et PL. Les UPA modifiées chimiquement par imprégnation de TMES et TEOS en phase vapeur ont également été analysées. L’étude en fonction de la température des différents matériaux a été menée sur la taille des fibreuse, la surface spécifique, la densité massique, ainsi que la quantité de l’eau structurelle et adsorbée, d’une part, et la structure cristalline d’autre part. L’utilisation des méthodes DRX et PL corrélées a permis d’expliquer une transformation de la phase α de l’UPA en mullite 2:1.Le modèle proposé distingue deux principaux régimes de modification thermique de la structure des UPA : transport de masse sur la surface d’une fibre ou de la masse globalement (frittage). Des énergies d’activation du transport massique et des constantes pre-exponentielles ont été obtenues pour les deux régimes. Les résultats obtenus permettent de conclure que les transformations morphologiques, de la composition chimique et de la phase cristalline sont d’origine commune. / In this PhD work we investigated growth process and evolution of structural properties of ultraporous alumina (UPA) monoliths during thermal treatment in the range between 20 and 1600 °C. A simple theoretical model was proposed permitting description and prediction of the material structure. A particular extension of this study concerns the mullite formation with an increase of the silica loading. Furthermore, first measurements of dielectric properties (refraction index and losses) in GHz-THz range of frequencies were performed, indicating this material to be potentially interesting for fabrication of the refraction optics.The experimental installation for UPA elaboration is described, and the analysis is presented of principal impurities and their influence on the growth kinetics using technical, high-purity and monocrystalline aluminum. The obtained materials were characterized by XRD, TEM, SEM, ICP/OES, TGA and PL methods. UPA modified with TMES and TEOS vapor impregnations were also obtained and analyzed. The fibril size, specific surface area, mass density and content of structural, adsorbed water and crystalline phase were measured for different UPA materials as a function of the annealing temperature. The correlated XRD and PL analyses was performed explaining the conversion of α phase UPA to 2:1 mullite, which fundamental band gap was set to 7.55 eV.The proposed model distinguished two principal regimes of thermal modifications: surface diffusional mass transport over a single fibril and bulk mass transport involving total material mass (sintering). The activation energies of the mass transport and pre-exponential constants (diffusion coefficient and free volume) in both regimes were obtained, providing a better understanding of the underlying physical processes in different UPA materials. Based on these results, we conclude about a common origin of morphological, chemical composition and phase transformations.

Les contextes climatique et énergétique mondiaux encouragent les pays de l'Union Européenne à améliorer leurs impacts environnementaux. Un des objectifs consiste à diminuer les émissions de CO2 en développant les énergies renouvelables. En France, la filière bois énergie représente la première source d'énergie renouvelable avec une production s'élevant à 10 MTep par an. Toutefois, il est indispensable de ne pas se limiter aux émissions de CO2 pour déterminer l'impact global d'une source d'énergie. En effet, la combustion de bois dans les appareils de chauffage domestique tels que les poêles, les inserts, les foyers ouverts, est à l'origine d'une part non négligeable de certains polluants atmosphériques tels que le CO, les COV, les HAP et les particules fines. L'objectif de ce projet est de réaliser un système efficace de dépollution capable de traiter l'ensemble des polluants à la sortie de ces appareils de chauffage. Des technologies sont déjà disponibles pour la dépollution des fumées issues de différentes sources de combustion, néanmoins nous devons intégrer les problématiques liées au fonctionnement de ces appareils ainsi que des critères de coût, de fonctionnalité et de développement durable définis dans un cahier des charges réalisé avec le partenaire industriel. Le travail réalisé nous à permis de concevoir et de tester un système complet capable de traiter tant les composants gazeux à l'aide d'un catalyseur à base de fer imprégné sur de la cérine, que les particules grâce à un lit filtrant régénéré par microondes. Le système décrit dans ce manuscrit présente une réduction faible des émissions, mais a permis de mettre en lumière les contraintes et les espoirs d'un futur système de traitement efficient. / The global energy and climate contexts encourage EU countries to improve their environmental impacts. One goal is to reduce CO2 emissions by developing the use of renewable energies. In France, wood is the first renewable energy source with an equivalent of 10 Mtoe produced each year. However, it is essential to study the global environment impact of on this energy source including CO2 emissions but also the different pollutants emitted. Indeed, the combustion of wood in small home heating units as stoves, open and closed fireplaces, is responsible for a significant part of typical air pollutants such as CO, VOCs, PAHs and fine particles. The objective of this project is to develop an effective system able to treat both pollutants emittedfrom those heaters. Few technologies are already available for smoke after treatment. However, we must incorporate in our study constraints related to the operation of these wood heating devices as well as criteria of cost, functionality and sustainability defined in the specifications set with the industrial partner of this project. The result of the work performed in this project was the conception of a complete prototype tested for emissions reduction. The system is composed of ceria impregnated iron catalyst for gaseous compounds oxidation and a microwave regenerated bed filter for particles elimination. The tests performed on the prototype showed weak emissions abatement. Nevertheless, this project highlighted constraints and hopes for a future efficient after treatment system.

Cette thèse traite des rapports État-entreprise du secteur de l'énergie dans le contexte de la mondialisation. Son objectif est de comprendre et d'analyser les stratégies d'influence réciproque entre les acteurs publics et les grandes transnationales. Pour ce faire cinq cas d'étude précis d'une relation État-entreprise, au travers d'une problématique territoriale, sont étudiés. Ces cinq cas, choisis sur toute la planète et dans toutes les énergies permettent d'appréhender l'ensemble des facettes du phénomène sans toutefois que l'analyse ne soit biaisée par une orientation culturelle trop marquée. En effet en choisissant d'étudier aussi bien des entreprises occidentales que russe, brésilienne ou chinoise, c'est l'ensemble des pratiques qui est étudié. Cette analyse de cas donne lieu à une modélisation des relations État-entreprise dans le secteur de l'énergie avec trois grands types, caractérisés par des forces et des faiblesses. Ils se répartissent en relations de subordination, d'arbitrage et d'opportunité, selon une proximité structurelle ou interpersonnelle. Ces types permettent, à leur tour, de brosser un panorama complet de la géoéconomie de l'énergie. La compréhension des dynamiques ainsi que des stratégies des différents acteurs, États, entreprises, organisations internationales et représentants de la société civile, participe de l'appréhension globale du phénomène de mondialisation et du nouveau rôle des firmes comme acteurs internationaux. / This PhD dissertation is about state-companies of the energy sector relationship in the context of globalization. It aims to understand and analyze the strategies of influence between public actors and transnational companies. In order to do this, five cases-studies of specific state-company relationship, through a territorial issue, are studied. These five cases, selected ail around the planet and in ail energies fields, allow to understand all facets of the phenomenon, avoiding the biases of a too important cultural orientation. Indeed, by choosing to study both Western and Russian, Brazilian or Chinese companies, the set of practices could be understood. Those case-studies analysis results in a model of state-business relations in the energy sector with three main types, characterized by strengths and weaknesses. They are divided into relation of subordination, arbitration and opportunity, according to a structural or interpersonal closeness. These types allow, subsequently, to provide a comprehensive overview of the energy geo-economics. Understanding the dynamics and strategies of various stakeholders, governments, companies, international organizations and civil society organizations such as NGOs, helps to the overall comprehension of globalization phenomenon and the new role of companies as international actors.

Cette thèse présente les résultats expérimentaux relatifs à l'étude des couches de GaN et de CuO déposées par la technique PLD (dépôt par laser à impulsions) sur des substrats de saphir, SrTiO3, quartz et MgO. Nous avons étudié les effets de plusieurs paramètres qui jouent sur la cristallisation et la morphologie des surfaces des films déposés, à savoir, la température du substrat, la pression au fond, la distance entre le substrat et la cible, la densité d'énergie du laser et la position du substrat. Les couches ont été caractérisées par XRD, microscopie à force atomique et Le microscope électronique à balayage, RHEED et RAMAN. Les résultats montrent que la rugosité et la qualité de la surface des films déposés par PLD dépendent de l'énergie cinétique de déposition des espèces chimiques. L'épaisseur du film, la cristallinité, l'homogénéité et la rugosité sont étroitement liés aux conditions de dépôt / The thesis presents experimental results related to the Pulsed Laser Deposition (PLD) of GaN and CuO thin films using sapphire, SrTiO3, quartz and MgO substrates. The evolution of crystallization and surface morphology of the as-deposited films were studied to investigate the influence of the process conditions such as: substrate heating, background pressure, target-substrate distance, laser energy density, and substrate location, which were systematically varied. The as-deposited films were characterized by X-ray diffraction, atomic force microscopy and scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, RHEED and RAMAN techniques. The results convincingly demonstrate that the enhancement in film growth quality - the reduction in roughness and the delay of epitaxial breakdown - is related to the control of PLD species kinetics. The films thickness, crystallinity, homogeneity and surface roughness are strongly dependent on deposition conditions

La technologie photovoltaïque (PV) est considérée une solution très prometteuse à la crise de l'énergie. Bien que le marché du PV soit actuellement dominé par des dispositifs à base de minéraux, ces systèmes présentent des coûts de production élevés et de nombreux problèmes environnementaux. Ces aspects limitent leur application. Les cellules solaires organiques à base de polymères (OPV) sont de prometteuses sources d'énergie renouvelable en raison de leur faible coût de production et grâce à leur nature déformable. En raison de ses propriétés électroniques et de la haute mobilité d'électrons, de petites molécules dérivées du fullerène C60 sont largement utilisées dans la production OPV à grande échelle. Toutefois, les propriétés morphologiques des dérivés du C60 diminuent la stabilité des dispositifs. En effet, le C60 subit facilement le phénomène d’auto-agrégation lors de l'utilisation de la cellule. L'aptitude au traitement du C60 peut être améliorée en l’incorporant dans un polymère. Ces systèmes sont déjà décrits dans la littérature, mais reposent en général sur une synthèse en plusieurs étapes qui pourraient affecter les propriétés électroniques du C60 ainsi que donner des produits insolubles en raison de la réaction de réticulation. L'objectif de ce travail est de préparer des polymères innovants basés sur le fullerène (C60) pour les dispositifs photovoltaïques et électroniques, à l'aide d’une chimie du C60 bien connue et en se basant sur des procédés fiables. À l'Université de Pau (au sein de l’équipe EPCP), après les synthèses de petites molécules qui ont étés utilisées en tant que co-monomères, deux différentes voies de synthèse ont été exploitées afin d'obtenir oligo- et polyfullerènes contenant le C60 dans leur chaîne principale. La première voie exploitée, est basée sur la réaction « Atom Transfer Radical Addition Polymerisation » (ATRAP), qui a déjà été utilisée pour la préparation de main-chain polyfullerenes. Avec cette méthode, des composés très solubles ayant des poids moléculaires variables ont été préparés. La deuxième voie a été découverte dans ce travail de thèse et exploite une chimie du C60 bien connue pour obtenir des « main-chain » polyfullerènes qui présentent un haut poids moléculaire et qui sont bien solubles dans les solvants courants. Des études préliminaires ont été effectuées dans le but de comprendre les effets des paramètres de réaction et la cinétique de la polymérisation. Les matériaux ont été caractérisés par chromatographie d’exclusion stérique, SEC, spectroscopie RMN, et à travers spectroscopie UV-vis et IR. Des analyses thermiques (TGA et DSC) complètent les caractérisations. Le C60, ainsi que son dérivé, [6,6] -phényl-C61-butyrique ester méthylique d'acide (PCBM), ont été exploités en tant que monomères dans les réactions de polymérisation. Un séjour de neuf mois (cotutelle) à l'université de Tübingen, en Allemagne, a permis d'étudier les matériaux synthétisés par spectroscopies XPS et UPS. Le but de ces études était d'obtenir une meilleure compréhension des niveaux énergétiques des oligo- et polyfullerènes. Des couches minces de composés ont été déposées sur différents substrats par des procédés en solution (doctor blade ou spin coating) pour obtenir des échantillons ex-situ pour les analyses. Des échantillons de couches actives contenant des polyfullerène ont également été préparés lors d'un court séjour (une semaine) à BELECTRIC OPV GmbH, Nuremberg (Allemagne). Les échantillons ont été analysés par microscopie optique et microscopie AFM dans le cadre d’une étude sur la stabilité thermique de la couche active à l'Université de Tübingen. Ces études ont été réalisées aussi grâce à la collaboration avec des chercheurs de BELECTRIC OPV GmbH, qui ont intégré les composés dans des dispositifs et réalisé des expériences complémentaires et comparables. Comme tendances générales, les composés améliorent la stabilité des dispositifs quand les derniers sont soumis à un stress thermique. / Photovoltaic technology (PV) makes it possible to directly convert sunlight into electricity and it is seen as a very promising solution to the current energy crisis. Although the PV market is dominated by inorganic-based devices, those systems present high production costs and deployment issues that limit their application. Polymer-based organic solar cells (OPVs) are promising sources of renewable energy due to their facile, low cost production, and formable nature. Due to its electronic properties and high electron mobility, small molecule fullerene (C60 ) derivatives are widely used in large scale OPVs. However the morphological properties of C60 derivatives decrease device stability as C60 easily undergoes self-aggregation during OPV use. The processibility of C60 can be improved by incorporating it into a polymer. These systems are already described in literature but have in general a multistage synthesis that could affect the electronic properties of C60 as well as give insoluble products due to reticulative reactions. The objective of the work here presented was to prepare innovative polymers based on C60 for photovoltaic and electronic devices using reliable, well-known C60 chemistry. At the University of Pau (EPCP Lab), after the syntheses of small molecules to be used as co-monomers, two synthetic routes were used in order to obtain main- chain oligo- and polyfullerenes. The first route is based on the atom transfer radical addition polymerization (ATRAP), which has already been used for the preparation of main-chain polyfullerenes. With this method, soluble compounds with various molecular weights were prepared. The second route was discovered in this work and exploits a well-known fullerene chemistry to prepare soluble polyfullerenes with reasonably high molecular weights. Preliminary studies to understand the effect of the reaction parameters (reagents, reagents concentration, temperature, time and solvent) and the kinetics of the polymerisation were performed. Material characterisations were carried out via GPC chromatography, NMR spectroscopy, and UV-visible and IR spectroscopies. Thermal analyses (TGA and DSC) were also run to complete the characterisations. Both C60 and its derivative, [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PCBM), have been exploited as monomers in the reactions. A nine-month (cotutelle) stay at Tübingen University, Germany, permitted a study of the synthesized materials by means of XPS and UPS spectroscopies. The aim of these studies was to obtain a better understanding of the energy levels pictures of the oligo- and polyfullerenes. Thin films of the compounds were deposited on different substrates via solution processes (doctor blade or spin coating) to obtain ex-situ samples for characterisation. Samples of polyfullerene-containing active layers were prepared during a short stay (1 week) at BELECTRIC OPV GmbH, Nuremberg (Germany), and analysed by optical microscopy and AFM microscopy during thermal-degradation studies at Tübingen University. These studies were completed thanks to collaborations with researchers at BELECTRIC OPV GmbH, who have incorporated the compounds into devices and performed complementary and comparable experiments. As general trends, the compounds are found to improve the stability of the devices upon thermal stresses.

Dans cette thèse nous nous intéressons à la problématique de l'ordonnancement temps réel à priorité fixe des systèmes embarqués récupérant leur énergie de l'environnement. Ces derniers collectent l'énergie ambiante de l'environnement et la stockent dans un réservoir d'énergie afin d'alimenter un appareil électronique. Cette technologie est utilisée dans les petits systèmes embarqués qui nécessitent une longue autonomie. Les réseaux de capteurs et les implants médicaux sont des applications typiques de cette technologie. La majorité des systèmes qui opèrent avec cette technologie doivent exécuter des tâches récurrentes dans un temps imparti. Ainsi, ces systèmes sont soumis à des contraintes dites temps réel où le respect des contraintes temporelles est aussi important que l'exactitude des résultats. Cette thèse traite l'ordonnancement préemptif à priorité fixe de ce genre de systèmes sur des plateformes monoprocesseur. La problématique ici est de trouver des algorithmes d'ordonnancement performants ainsi que des conditions d'ordonnançabilité qui vérifient l'ordonnançabilité d'un système donné dans une configuration d'énergie donnée. La première contribution de cette thèse est la proposition de l'algorithme PFPasap. Il s'agit d'une adaptation de l'ordonnancement préemptif classique à priorité fixe aux contraintes énergétiques. Cela consiste à exécuter les tâches dès que l'énergie est suffisante pour exécuter au moins une unité de temps et à seulement recharger dans le cas échéant. Les périodes de rechargement sont aussi longues que nécessaire pour pouvoir exécuter une seule unité de temps. On prouve que PFPasap est optimal mais uniquement dans le cas des systèmes dits non-concrets où la date de la première activation des tâches et le niveau initial du réservoir d'énergie ne sont connus qu'au moment de l'exécution, et quand toutes les tâches consomment plus d'énergie pendant leur exécution que le système n'en collecte. Une condition d'ordonnançabilité nécessaire et suffisante pour ce type de systèmes est également proposée. Malheureusement, si l'on relâche l'hypothèse sur le profil de consommation d'énergie des tâches, en considérant des tâches qui consomment plus que le rechargement et d'autres qui consomment moins, l'algorithme PFPasap n'est plus optimal et l'activation synchrone n'est plus le pire scénario ce qui rend la condition d'ordonnançabilité précédemment citée seulement nécessaire. Pour cela, nous proposons de borner le pire temps de réponse des tâches afin de construire des conditions suffisantes. Concernant l'optimalité, nous explorons différentes idées dans le but de construire un algorithme optimal en considérant tous les types de systèmes de tâches et tous les profils de consommation d'énergie. Nous montrons aussi que la plupart des idées intuitives n'aboutissant pas à des algorithmes optimaux. Dans le but de mieux comprendre notre problématique, nous proposons d'explorer les solutions proposées pour des problématiques similaires, en particulier celles où le retardement des exécutions est parfois nécessaire pour respecter certaines contraintes. L'ordonnancement avec contraintes thermiques est l'une de ces problématiques. Cette dernière consiste à exécuter les tâches de tel sorte qu'une certaine température maximale n'est jamais atteinte. Cela passe par la suspension des exécutions de temps en temps pour rajouter des temps de refroidissement afin d'éviter que la température maximale ne soit atteinte. Comme première étape, nous proposons d'adapter les solutions proposées pour les systèmes à énergie renouvelable aux systèmes à contraintes thermiques. Ainsi, nous adaptons l'algorithme PFPasap afin que la contrainte thermique soit respectée. Nous proposons également une analyse d'ordonnançabilité basée sur des bornes du pire temps de réponse des tâches. Pour terminer, nous présentons YARTISS : l'outil de simulation développé pendant cette thèse pour évaluer les résultats théoriques / In this thesis, we are interested in the real-time fixed-priority scheduling problem of energy-harvesting systems. An energy-harvesting system is a system that can collect the energy from the environment in order to store it in a storage device and then to use it to supply an electronic device. This technology is used in small embedded systems that are required to run autonomously for a very long lifespan. Wireless sensor networks and medical implants are typical applications of this technology. Moreover, most of these devices have to execute many recurrent tasks within a limited time. Thus, these devices are subject to real-time constraints where the correctness of the system depends not only on the correctness of the results but also on the time in which they are delivered. This thesis focuses on the preemptive fixed-task-priority real-time scheduling for such systems in monoprocessor platforms. The problematic here is to find efficient scheduling algorithms and schedulability conditions that check the schedulability of a given task set in a given energy configuration. The first result of this thesis is the proposition of the PFPasap scheduling algorithm. It is an adaptation of the classical fixed-task-priority scheduling to the energy-harvesting context. It consists of executing tasks as soon as possible whenever the energy is sufficient to execute at least one time unit and replenishes otherwise. The replenishment periods are as long as needed to execute one time unit. We prove that PFPasap is optimal but only in the case of non-concrete systems where the first release time of tasks and the initial energy storage unit level are known only at run-time and where all the tasks consume more energy than the replenishment during execution times. A sufficient and necessary schedulability condition for such systems is also proposed. Unfortunately, when we relax the assumption of tasks energy consumption profile, by considering both tasks that consume more energy than the replenishment and the ones that consume less than the replenishment, PFPasap is no longer optimal and the worst-case scenario is no longer the synchronous release of all the tasks, which makes the precedent schedulability test only necessary. To cope with this limitation, we propose to upper bound tasks worst-case response time in order to build sufficient schedulability conditions instead of exact ones. Regarding algorithms optimality, we explore different ideas in order to build an optimal algorithm for the general model of fixed-task-priority tasks by considering all types of task sets and energy consumption profiles. We show through some counter examples the difficulty of finding such an algorithm and we show that most of intuitive scheduling algorithms are not optimal. After that, we discuss the possibility of finding such an algorithm. In order to better understand the scheduling problematic of fixed-priority scheduling for energy-harvesting systems, we also try to explore the solutions of similar scheduling problematics, especially the ones that delay executions in order to guarantee some requirements. The thermal-aware scheduling is one of these problematics. It consists of executing tasks such that a maximum temperature is never exceeded. This may lead to introduce additional idle times to cool down the system in order to prevent reaching the maximum temperature. As a first step, we propose in this thesis to adapt the solutions proposed for energy-harvesting systems to the thermal-aware model. Thus, we adapt the PFPasap algorithm to respect the thermal constraints and we propose a sufficient schedulability analysis based on worst-case response time upper bounds. Finally, we present YARTISS: the simulation tool used to evaluate the theoretical results presented in this dissertation

Avec l’augmentation de la part des énergies renouvelables intermittentes (solaire et éolien) dans les mix énergétiques, des problèmes dans la stabilité de la fourniture d’électricité peuvent se présenter. La solution pour compenser ces fluctuations réside dans la production flexible de biogaz. Le biogaz peut en effet être stocké puis utilisé en période de demande; sa production doit donc être assurée de manière flexible, contrairement à ce qui est fait actuellement sur la majorité des digesteurs. L’objectif de la thèse était d’étudier et de déterminer les limites de digesteurs biogaz en fonctionnement flexible. Trois réacteurs de 15L, alimentés avec trois mélanges différents de deux substrats solides, ont été alimentés pendant 550 jours en fonctionnement flexible. Il a été démontré au cours de cette thèse que le fonctionnement flexible avec des surcharges organiques ponctuelles n’avait aucune incidence négative à long terme sur la production de méthane. La flexibilité instantanée a été définie comme la marge entre le maximum de production sur un réacteur et sa production de base. Elle a été fortement influencée par la charge de base du réacteur et par les cinétiques de dégradation des substrats utilisés en surcharge, mais très peu par l’intensité des surcharges appliquées. L’utilisation de substrats rapidement dégradables en surcharge a permis d’atteindre un maximum de production de 1 à 1,2 LCH4/Lréacteur.j dans les premières 24 heures, même sur des réacteurs alimentés de base avec du fumier, conduisant à des flexibilités allant de +92 à +150%. Ce plafond dépend de la vitesse d’hydrolyse des substrats et il peut être relevé en utilisant des composés plus simples à dégrader en surcharge (type glycérol). Un mode opératoire prêt à être validé sur des installations pilote a été défini ; il précise la démarche à suivre pour la détermination du maximum de production et le niveau de la charge de base à adopter, pour une flexibilisation optimale de la production de méthane sur les CSTR. Un modèle simple, basé sur deux vitesses de dégradation, a également été développé et proposé pour simuler un fonctionnement flexible sur un réacteur. / With the increasing share of intermittent renewable energies in the electricity mix, some stability problems are expected in the grid. The solution consists in using biogas as buffer energy. Biogas can be stored, then used on-demand. As the storage is limited, biogas production should be flexible. The aim of this thesis was to study and determine the limits of anaerobic reactors in a flexible operation. Three 15L reactors, fed with three different mixtures of two solid substrates, were fed for 550 days in flexible operation. It was demonstrated in this thesis that flexible operation with one-off overloads had no negative impact on methane production on long-term. The flexibility was defined as the margin between the maximum production on a reactor and its baseload production. It was strongly influenced by the baseload of the reactor and the substrates used in overloads, but not by the intensity of the overloads applied. The use of readily degradable substrates in overloads allowed a maximum production of 1 to 1.2 LCH4/Lreactor.d to be achieved in the first 24 hours, even in reactors fed mainly with manure, leading to flexibility ranging from +92 to + 150%. This ceiling depends on the rate of hydrolysis of the substrates. It can be increased by using compounds that are of a simpler structure (glycerol for example). An operational strategy ready to be validated on pilot plants has been defined; it specifies the approach for the determination of the maximum production and the level of the baseload to be adopted, for an optimal flexibilization of the methane production on CSTRs. A simple model, based on two degradation rates, has also been developed to simulate flexible operation of anaerobic reactors.

Ce projet étudie la réalisation d’un marché d’énergie éolienne en France. Les marchés d'énergie éolienne sont souvent désignés comme des «marchés politiques» : D'une part, l'énergie éolienne réduit les émissions de CO2 et retarde les effets de la production d'électricité sur le changement climatique. D'autre part, comme bien économique, l'énergie éolienne se dit souffrir «d’handicaps» technico-économiques (les coûts élevés, la production fluctuante et imprévisible, etc.). Par conséquent, en raison de sa performance comme bien économique, il est argumenté que la survie de l'énergie éolienne dans le marché est fondée sur différents instruments, dont certains que je qualifierai de «prothèses». Cette thèse s’interroge sur deux de ces prothèses : Le tarif d’achat et les Zones de Développement Eolien (ZDE) comme ils sont négociés et mis en pratique en France, ainsi que la manière dont ils affectent la réalisation des marchés de l'énergie. / This project studies the making of a market for wind power in France. Markets for wind power are often referred to as ‘political markets: On the one hand, wind power has the potential to reduce CO2-emissions and thus stall the effects of electricity generation on climate change; and on the other hand, as an economic good, wind power is said to suffer from (techno-economic) ‘disabilities', such as high costs, fluctuating and unpredictable generation, etc. Therefore, because of its performance as a good, it is argued that the survival of wind power in the market is premised on different instruments, some of which I will refer to as ‘prosthetic devices'. This thesis inquires into two such prosthetic devices: The feed-in tariff and the wind power development zones (ZDE) as they are negotiated and practiced in France, and also the ways in which they affect the making of markets for wind power. Theoretically, this dissertation mobilizes a constructivist approach according to which markets are seen as socio-technical assemblages, stressing the heterogeneous and distributed character of their constituent elements. Furthermore, the approach allows questioning the deadlocked delineation between politics and economics, a delineation that appears to underlie the idea of the political market. Based on fieldwork in France, the core of this thesis is made up of two analyses; firstly, the definition of a feed-in tariff is empirically followed as a process of valuation in which value is seen as the outcome of irregular and costly activities, rather than the identification of an inherent value.To study how value, here in the form of a price, comes about in the case of wind power, five different empirical traces are followed with each one representing a distinct approach to valuation. These valuation proposals involve qualifying and disqualifying wind power, e.g., from CO2-reducing to CO2-emitting, and they span a range of controversies. The second analysis addresses the ZDE-device. It follows the device along two phases; namely, its conception and its emerging practice in a specific case, the territory of Pays de la Serre. The first phase is discussed as a politicization of wind power, a distinct framing of location in which the possibility for local opposition is enforced. The second phase, i.e. the practice of the device in Pays de la Serre, is better described as an economization of the landscape, a process of translating the territory according to one-dimensional layers. In their final presentation, these layers are accumulated and black-boxed, and the criteria for their construction disappear.