L'énergie éolienne jouant un rôle de plus en plus important dans le réseau électrique, elle ne peut plus être considérée comme une source d'énergie marginale. Par conséquent, l'impact sur le réseau de l'intermittence, inhérente à ce type d'énergie devient non négligeable. L'utilisation du stockage est une des principales solutions à ce problème d'intégration. Ce travail porte sur l'optimisation du système éolien/stockage en considérant la dynamique de l'éolien, la capacité de stockage et l'interaction avec le réseau. L'objectif consiste à répondre aux exigences du réseau en limitant les fluctuations, à fournir des services-systèmes tout en mettant en avant la rentabilité économique du système. La méthode de gestion proposée s'appuie sur deux niveaux de pilotage : l'anticipation et la gestion réactive. La première phase consiste à utiliser des informations de prévisions (météorologiques, contraintes du réseau, conditions du marché électrique...) afin de définir par avance le programme de fonctionnement optimal du système de stockage. La deuxième phase étudie le fonctionnement en temps réel, où le système doit faire face aux perturbations et respecter les règles du mécanisme d'ajustement. Le problème est complexe avec de nombreuses variables de contrôle discrètes et continues. La Programmation Mixte Linéaire (PML) est utilisée pour résoudre efficacement le problème. La stratégie de fonctionnement optimale proposée sera validée sur un simulateur hors temps réel et un simulateur en temps réel. / Wind energy playing an increasingly important role in the electrical network and it will no longer be considered as a marginal. Therefore, the impact on the electrical grid of its inherent intermittency becomes non-negligible. The use of storage means is one of key points in the integration problem. In this work, the optimization of the wind/storage system is addressed by considering the dynamics of the wind power, the storage capacity and the grid constraints. The main objective is to meet the grids requirements in limiting the fluctuations, providing possible ancillary services and highlighting the economic profitability of system. The proposed method relies on a two levels control approach: anticipation and reactive management. The first one consists in using forecast information (weather, grid constraints, electrical market conditions …) to define in advance the optimal operation schedule for the storage system. In the second one, on real time operation, the system has to deal with possible disturbances and take the right adjustment control with the actual capacity. The problem is complex with numerous discrete control variables and continuous ones. A mixed-integer linear programming (MILP) is used to efficiently solve the problem. The proposed optimal operation strategy will be validated with on an offline simulation (simulink/Matlab) and a real time simulator.

Cette Thèse présente une méthodologie pour la conception optimale multidisciplinaire des générateurs synchrones à aimants permanents appliqués à l'énergie éolienne. Telle méthodologie prend en compte les comportements électriques, géométriques, thermiques, électroniques, mécaniques et économiques de l'éolienne. La courbe d'occurrence du vent, modélisée par une fonction de densité statistique, est également prise en compte par la méthodologie de conception proposée. Considérer cette courbe dans la conception optimale permet de calculer la quantité d'énergie produite par l'éolienne, qui fonctionne sous vitesse et puissance variables par l'influence de la vitesse du vent. La proposition d'utiliser l'optimisation dans la conception est d'améliorer la compétitivité de l'énergie éolienne en concevant un générateur avec une bonne relation entre son coût et sa capacité de produire de l'énergie. Plusieurs études portent sur la conception optimale des machines électriques liées à l'énergie éolienne, mais peu ont présenté une méthode permettant d'estimer la production d'énergie éolienne, ce qui est obligatoire pour obtenir un générateur rentable. De plus, les aspects multidisciplinaires approfondis du générateur électrique ont été considérés par la méthode proposée plus en détail que d'autres études trouvées dans la littérature. Prendre en compte tous ces aspects entraîne un grand problème d'optimisation qui compte environ 2000 variables, dont environ 250 ont des contraintes imposées. Un algorithme d'optimisation déterministe a été choisi pour traiter ce problème. Un tel algorithme est capable de trouver la solution en quelques itérations et un court laps de temps grâce au calcul de la matrice jacobienne, contenant les gradients exacts du modèle (utilisé pour décrire le comportement de l'éolienne). Les résultats présentés explorent le potentiel méthodologique proposé. La première conception optimale réalisée minimise le coût du matériau actif du générateur, ce qui présente une réduction significative des coûts par rapport à un générateur non optimal. Ensuite, la contradiction entre le coût du générateur et son efficacité est analysée et l'importance d'inclure la production d'énergie éolienne dans la conception du générateur devient évidente. En utilisant l'énergie éolienne estimée générée par l'éolienne, le générateur avec un bénéfice net maximal (égal au produit de l'énergie éolienne moins le coût du générateur) a été obtenu. Ce générateur a un bon rapport entre son coût et sa capacité de produire de l'énergie. Ensuite, des analyses de sensibilité ont été effectuées pour vérifier comment le prix de l'électricité et la vitesse moyenne annuelle du vent influencent la conception. Enfin, deux éoliennes de différents diamètres et différents vitesses nominales du vent ont été utilisées, compte tenu de trois profils de vent distincts. Ces résultats fournissent les générateurs plus adaptés à chaque éolienne appliquée à chaque profil de vent, montrant que la méthodologie de conception proposée a la capacité de faciliter le choix de l'éolienne adéquate à chaque parc éolien. / This Ph.D. dissertation presents a multidisciplinary optimum design methodology to permanent magnet synchronous generators applied to wind power. Such a methodology considers the electrical, the geometrical, the thermal, the electronic, the mechanical and the economical behaviors of the wind turbine. The wind occurrence curve, modelled by a statistical density function, is also take into account by the proposed design methodology. Considering this curve in the optimal design allows to calculate the amount of energy produced by the wind turbine, which operates under variable speed and power by the influence of the actual wind speed. The proposal of using the optimization in the design is to enhances the competitiveness of wind power by designing a generator with a good relation between its cost and its capacity to generate energy. Several studies are addressed to electrical machines optimum design related to wind power, however, few have presented a method able to estimate the wind turbine energy generation, which is mandatory to obtain a cost-effective generator. Further, the electric generator in-depth multidisciplinary aspects have been considered by the proposed method in more detail than other studies found in literature. Take into consideration all these aspects results in a large optimization problem that has approximately 2000 variables, among which approximately 250 have constraints imposed on. A deterministic optimization algorithm has been chosen to deal with this problem. Such an algorithm is capable of finding the solution within few iterations and a short time thanks to the computation of the Jacobean matrix, containing the exact gradients of the model (used to describe the wind turbine behavior) outputs. The presented results explore the proposed methodology potential. The first optimal design performed minimizes the generator active material cost, presenting a significant cost reduction compared to a non-optimal generator. Next, the contradiction between the generator cost and its efficiency is analyzed and the importance of including the wind turbine energy generation into the generator design becomes evident. Using the estimated wind turbine generated energy, the generator with maximum net earnings (equal to the wind turbine energy proceeds less the generator cost) has been obtained. This generator has a good ratio between its cost and capability to generate energy. Then, sensibility analysis have been carried out to verify how the electricity price and the annual mean wind speed influence the design. Finally, two wind turbines with different diameters and rated wind speeds have been employed, considering three distinct wind profiles. These results provide the generators more suited to each wind turbine applied to each wind profile, showing that the proposed design methodology has the ability to helps choosing the wind turbine adequate to each wind farm.

L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de l'énergie éolienne au Liban et des problèmes de stockage qui y sont liés. Une analyse des caractéristiques du vent dans 14 sites libanais a été effectuée dans le but de sélectionner les sites optimaux pour l'implantation d'éoliennes. Après la sélection de ces cinq sites optimaux, le choix de l'éolienne adéquate et la détermination du nombre d'éoliennes qui pourrait être érigées dans chacun de ces cinq sites, une évaluation du potentiel éolien a été réalisée afin d'estimer la quantité d'électricité qui pourrait être produite par ces éoliennes. Les résultats montrent qu'il y a un excédent d'électricité produite par les éoliennes qui pourrait être enregistré pendant la nuit, ce qui nous a incités à travailler sur la conception et le dimensionnement d'un système de stockage hydraulique de l'énergie éolienne afin d'optimiser sa pénétration dans le réseau. Les cinq sites sélectionnés pour l'implantation d'éoliennes au Liban ont été soumis à la procédure d'évaluation et d'examen des impacts sur l'environnement, notamment sur le paysage et les oiseaux, ce qui aide à faciliter l'élaboration des projets prenant en compte tous les enjeux environnementaux. A la fin du travail, des pistes d'élaboration d'un règlement pour l'implantation d'éoliennes au Liban et une analyse économique du projet d'implantation d'éoliennes et d'un système de stockage ont été menées. / The objective of this thesis is to investigate of the development of the wind power in Lebanon and storage related issues. An analysis of wind characteristics at 14 Lebanese sites was carried out in order to select the optimal sites for the implementation of wind turbines. After the optimization procedure (5 sites in final), the choice of the appropriate wind turbine (in terms of capacity) and the determination of the number of wind turbines that could be erected in each of selected sites, an evaluation of the wind potential has been performed to estimate the level of electrical power that could be produced. The results show that there is an overproduction of electricity could be registered during the night, which prompted us to work on the design and dimensioning of a hydraulic storage of wind energy system to optimize its penetration into the grid. The five selected sites for the installation of wind turbines in Lebanon were subjected to the evaluation process and review of environmental impacts, particularly regarding landscape and birds, which helps to facilitate project development taking into account all environmental issues. At the end of the work, tentative regulations to erect wind turbines in Lebanon and an economic analysis of the wind project and implementation of a storage system have been proposed. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'introduction de production éolienne dans un réseau électrique, de par la nature stochastique du vent, impose au gestionnaire un investissement supplémentaire pour maintenir les réserves en capacité et les infrastructures rattachées afin de balancer les fluctuations de la filière éolienne. L'effet de lissage qu'induit la répartition des éoliennes sur un grand territoire, par son apport au crédit en capacité de la filière, peut être un facteur important de réduction de cet investissement. À l'aide de données recueillies au Québec, ce travail démontre la présence de lissage induit par la répartition des stations anémométriques et le quantifie, en termes de réduction de la variabilité des séries temporelles en vitesse du vent et en puissance. / When introducing wind power into an electricity grid, because of the stochastic nature of wind, investments must be made to insure capacity reserves and related infrastructures are available to balance the wind production fluctuations. Smoothing effect of geographically dispersed wind production may help minimize these investments by reducing variability of the wind production thus contributing to the wind power capacity credit. Based on measured wind speed data from Québec province, this study shows the existence of a smoothing effect induced by geographical dispersion of the measurement stations and quantifies it by means of reduced variability of the wind speed and power time series.

Les effets taphonomiques spécifiques de l'abrasion éolienne à long terme sur les os sont encore mal compris. Afin de mieux comprendre ce processus et sa capacité à créer des pseudo-outils, nous avons abrasé expérimentalement des fragments d'os longs d'ongulés dans des conditions de laboratoire. La reconnaissance croissante, au cours des dernières années, que les outils en os non modifiés sont une partie intégrale de la culture matérielle des êtres humains du passé, et constituent un objet d'étude valable, a conduit à un besoin accru de comprendre si des phénomènes naturels peuvent produire des objets similaires. Une soufflerie ayant la capacité de transporter du sédiment a été utilisée pour étudier l'impact de l'abrasion éolienne sur les surfaces des os. Différentes tailles de sédiments et vitesses de vent ont été testées. L'évolution qualitative de l'os a été documentée pendant un maximum de 250 heures d'abrasion éolienne. Une nouvelle méthode de quantification des polis et autres modifications de surface a été développée en utilisant les paramètres de rugosité de surface tels que définis par la norme ISO 25178. Ils sont appliqués ici pour mesurer et distinguer le polissage éolien et anthropique. Un polissage mat uniforme ainsi qu'un arrondissement important des rebords sont les deux modifications les plus fréquemment observées. Les stries ou fissures visibles sur les os non modifiés sont devenues moins apparentes avec le temps. La masse des spécimens a été suivie pendant les expériences afin de calculer le taux d'abrasion et d'établir une base quantitative pour étudier comment différentes conditions sédimentologiques et atmosphériques peuvent modifier les os. Nos résultats suggèrent que la vitesse du vent est un facteur plus important que la taille des sédiments pour déterminer l'intensité des modifications et le taux d'abrasion. Les résultats ont été comparés à des outils en os créés expérimentalement, fabriqués et utilisés pour une étude précédente. Les traces d’usures sur les outils se distinguaient, qualitativement et quantitativement, des modifications éoliennes. Cette recherche a de nombreuses implications pour l'étude des traces d’usure sur des os non modifiés provenant de contextes archéologiques et l’abrasion éolienne en tant qu'agent taphonomique primaire ou secondaire, ainsi que pour la formation de sites en contexte arides et venteux. / The specific taphonomic effects on bones of long-term aeolian abrasion are still poorly understood. In order to gain a better understanding of this process and its capacity to create pseudo-tools, we have experimentally abraded large ungulate long-bone fragments in laboratory conditions. The growing recognition, over the last few years, that unmodified bone tools are an integral part of past human material culture, and a valid object of study has led to an increased need for understanding if natural phenomena can produce similar objects. A wind tunnel with the capacity to transport sediment was used to study the impact of wind abrasion on bone surfaces. Different sediments sizes and wind speeds were tested. The qualitative evolution of the bone was documented during a maximum of 250 heures of aeolian abrasion. A novel method of quantifying polishes and other surface modifications was developed using surface roughness parameters as defined by ISO 25178. They are applied here to measure and distinguish aeolian and anthropogenic polishing. A uniform matte polish as well as significant edge rounding were the two most common modifications observed. Any striations or fissures visible on the unmodified bones became less apparent over time. The mass of the specimens was tracked during the experiments to calculate the abrasion rate and establish a quantitative base line for studying how different sedimentological and atmospheric conditions can modify bones. Our results suggest that wind speed is a more important factor than sediment size in determining the intensity of modifications and abrasion rate. The results were compared to experimentally created bones tools fabricated and used for a previous study. Tool manufacture and use-wear were distinguishable, both qualitatively and quantitatively, from aeolian modifications. This research has numerous implications for the study of use-wear on unmodified bone from archaeological contexts, aeolian abrasion as a primary or secondary taphonomic agent as well as on site formation in arid windy environments.

Cette thèse de doctorat propose une méthodologie d’identification et de quantification du gisement éolien dans un contexte insulaire caractérisé par une topographie complexe et une forte pression sur l’usage des sols, puis elle l’applique au cas de l’île de La Réunion. Notre approche est interdisciplinaire, faisant appel tour à tour au droit, à la géographie, à la statistique et à la physique pour quantifier le gisement éolien à l’île de La Réunion, puis à l’économie pour évaluer le coût d’exploitation de ce gisement et définir des politiques publiques de soutien à la production d’électricité éolienne. La première partie de la thèse évalue l’impact du cadre réglementaire foncier sur le potentiel éolien en termes de puissance éolienne crête installable à La Réunion. Ce cadre réglementaire est défini en termes de scenarios décrivant les enjeux sociaux et environnementaux propres à l’installation de capacités éoliennes à l’île de La Réunion. Une approche basée sur les Systèmes d’Information Géographique est développée pour identifier la répartition spatiale des sites éoliens accessibles en fonction de l’évolution du cadre juridique foncier à La Réunion. La deuxième partie de la thèse vise à quantifier le gisement éolien sur les sites accessibles du point de vue règlementaire. La thèse expose la méthodologie d’étude de la distribution jointe de la distribution de la vitesse et de la direction horizontales du vent basée sur une analyse des variations saisonnières et journalières, et identifie les différents régimes de vent en vigueur à La Réunion. Elle justifie le recours au modèle paramétrique de Weibull dans un cadre probabiliste et montre l’intérêt d’utiliser un mélange de distributions de Weibull conditionnelles à la direction du vent, pour quantifier le potentiel éolien d’un site, par rapport au modèle conventionnel de Weibull à deux paramètres. La thèse présente également une méthodologie de construction de l’information géographique concernant les obstacles au sol, nécessaire pour profiler le cisaillement vertical du vent à La Réunion. Elle propose ensuite deux méthodes de prévision spatiale de la ressource éolienne permettant de l’évaluer à partir des observations réalisées aux stations météorologiques disponibles et utilise ces méthodes pour modéliser l’évolution spatiale de la moyenne et du coefficient de variation empiriques de la vitesse du vent. La dernière partie de notre thèse présente une méthode d’évaluation croisée de la politique réglementaire et de la politique de subvention de l’électricité éolienne par le biais de systèmes de tarifs de rachat garantis. Pour chaque scénario de politique réglementaire, on identifie les éoliennes qui sont économiquement profitables dans le cadre de la politique publique de subvention de l’éolien pratiquée à La Réunion. Pour chaque scénario réglementaire, on évalue également le niveau du tarif de rachat garanti de l’électricité éolienne permettant d’atteindre les objectifs publics de développement de l’éolien à La Réunion, ce qui permet de chiffrer le montant du subventionnement public nécessaire pour atteindre ces objectifs. / This doctoral thesis proposes a methodology to identify and quantify the wind power resource in a context characterized by a complex topography and a strong competition for land use, and then it applies it to the case of Reunion island. Our approach is interdisciplinary by using in turn law, geography, statistics and physics to quantify the wind power resource in Reunion Island, then economics to cost the mining of this deposit and to formulate public policies to support wind power generation. The first part of the thesis assesses the impact of land regulatory framework on the wind power resource defined in terms of installable peak power. This regulatory framework is defined in terms of scenarios depicting the social and environmental challenges associated with wind power generation in Reunion Island. A methodology based on Geographic Information Systems is developed to identify the spatial distribution of installable wind farms and to assess the impact of an evolution of land legal framework in Reunion. The second part of the thesis aims at quantifying the wind power on sites accessible from a regulatory point of view. The thesis presents a methodology to study the joint distribution of horizontal wind speed and direction based on the analysis of its seasonal and daily variations, and identifies the different wind regimes in force in Reunion. The thesis supports the use of Weibull distribution model on ground of probability theory, and provides evidence of superiority of using a mixture of Weibull distributions conditional on wind direction to quantify the wind power resource of an accessible site with respect to the use of the conventional marginal two parameters Weibull model. The thesis also provides a methodology to construct the geographical information regarding ground obstacles necessary for profiling the vertical wind shear profile in Reunion. Then, the thesis proposes two spatial prediction methods to assess the spatial distribution of wind resource allowing its estimation from the observations recorded at the available weather stations, and uses these methods to model the spatial evolution of the wind speed mean and variation coefficient. The last part of the thesis provides a method to cross assess the regulatory public policy and the public subsidy policy for wind power generation through feed-in-tariff schemes. For each regulatory scenario, we identify the wind power plants which are profitable under existing feed-in-tariff schemes. For each regulatory scenario, we also evaluate the level at which the feed-in-tariff must be set to reach public objectives of wind power development in Reunion, which allows to assess the amount of public subsidy needed to achieve these objectives.

L’intégration de l’énergie éolienne, qui est une ressource renouvelable très utilisée, n’est pas toujours facile pour le micro-réseau urbain. Dans cette thèse, une éolienne urbaine basée sur une machine synchrone à aimants permanents (MSAP) est étudiée pour être intégrée dans un micro-réseau urbain à courant continu. Un état de l'art concernant les énergies renouvelables, les micro-réseaux à courant continu et les stratégies de contrôle de la production d'énergie éolienne, est réalisée. Basé sur un modèle d’éolienne urbaine répondant à la demande du système électrique, qui se compose d’un émulateur de vent et de pales, un MSAP et un convertisseur DC/DC, cette thèse propose des méthodes de poursuite du point de puissance maximale satisfaisant à l’obligation de produire de l’énergie dans la mesure du possible. Une stratégie de contrôle à puissance limitée répond correctement. De simples à complexes, quatre algorithmes MPPT, P&O à pas fixe, P&O à pas variable avec la méthode Newton-Raphson améliorée, P&O à pas variable à base de logique floue et une méthode indirecte de type lookup table, sont étudiés et implémentés pour être comparés à l’aide de trois profils de vitesse du vent. Par expérimentation, les algorithmes MPPT et PLC sont comparés, analysés et discutés. Résumant tous les résultats expérimentaux, la méthode lookup table peut gérer toutes les exigences du mode de fonctionnement MPPT en présentant la meilleure performance, mais, dans le mode de fonctionnement PLC, la P&O à base de logique floue présente les meilleures performances. / The integration of the wind power, which is one mostly used renewable resource, is always one challenger for urban microgrid. In this thesis, one urban wind turbine based on a permanent magnet synchronous machine (PMSM) is studied in order to be integrated into a DC urban microgrid. A state of the art concerning the renewable energies, DC microgrid, and control strategies of wind power generation is done. Based on a model of urban wind turbine fitting the demand of urban electric system, which consists of an emulator of wind speed and blades, a PMSM and a DC/DC converter, this thesis proposes the maximum power point tracking (MPPT) methods satisfying the requirement of producing energy as much as possible, and power limited control (PLC) strategies answering the demand of flexible energy production. From simple to complex, four MPPT algorithms including Perturbation and Observation (P&O) fixed step-size method, P&O with improved Newton-Raphson method, P&O with fuzzy logic method and lookup table method are studied and implemented to be compared with each other using three wind velocity profiles. According to the experience about MPPT subject, four PLC algorithms are introduced and implemented to be analyzed and compared with each other with one power demand profile calculated randomly. Summarizing all experimental results, the lookup table method can handle all requirement of MPPT operating mode supplying the best performance, however, in the condition of more flexible power demand operating mode, the combination of P&O and fuzzy logic method presents the best performance and potential which can be achieved in future works.

Les aérosols minéraux constituent une des plus importantes sources en masse des aérosols atmosphériques. Ces particules ont différents impacts sur l'environnement : elles exercent un forçage radiatif, et peuvent intervenir dans la chimie hétérogène atmosphérique, ainsi que dans la dynamique des nuages. Elles jouent aussi un rôle dans la redistribution de matière à l'échelle globale, notamment par leur dépôt loin des zones sources. L'estimation des quantités d'aérosols minéraux présents dans l'atmosphère, et donc de leurs flux d'émission, qui se font sous l'action du vent en zones arides et semi-arides, demeure l'objet de fortes incertitudes. Si les émissions de particules minérales en zones arides sont relativement bien contraintes à l'heure actuelle, les processus d'érosion éolienne en zones semi-arides sont plus complexes, en raison notamment de la dynamique des états de surface. L'objectif de cette étude est de quantifier les émissions d'aérosols minéraux par érosion éolienne en zone semi-aride sahélienne, et plus précisément d'estimer l'impact de la végétation saisonnière sur ces émissions, sans prendre en compte à ce stade les perturbations induites par l'action de l'homme. Nous avons mis en œuvre des outils de modélisation pour simuler le couvert végétal saisonnier et l'émission d'aérosols par érosion éolienne. La zone d'étude est la ceinture sahélienne, de 10°N à 20°N et de 20°W à 35°E. Les résolutions spatiales retenues sont de 0.10° à 0.25° et 0.5°, et la résolution temporelle de 1 à 10 jours. Afin de pouvoir tenir compte de la variabilité interannuelle des phénomènes observés, la couverture temporelle de l'étude est de 4 ans, sur la période 2004-2007. En régions semi-arides, la disponibilité en eau est le principal facteur limitant le développement de la végétation. Trois produits d'estimation des précipitations issus d'observations satellitaires (CMORPH, RFE2.0 et TRMM3B42) ont donc été comparés entre eux et comparés à des mesures de pluviomètres spatialement interpolées (AGHRYMET), au cours de la saison des pluies au Sahel. Trois critères de comparaisons ont été définis pour qualifier leur pertinence en termes de dynamique de la végétation (distribution spatiale, fréquence journalière et quantités des précipitations). Les trois produits sélectionnés montrent un bon accord sur la ceinture sahélienne, et ce pour les trois critères. De plus, le niveau d'accord est stable au cours du temps, de l'échelle intrasaisonnière à l'échelle interannuelle. La végétation est simulée avec le modèle STEP, conçu spécifiquement pour reproduire la dynamique de la végétation sahélienne. Les simulations sont réalisées en utilisant en entrée les trois champs de pluie issus de l'étape précédente. Les résultats sont comparés à des observations régionales issues de mesures satellitaires (LAI MODIS). Les critères de comparaisons sont déterminés pour leur pertinence en termes de caractérisation de l'état de la surface (limite nord, dates de démarrage et de maximum, et valeurs du maximum de végétation). Ces comparaisons montrent la capacité du modèle utilisé à reproduire la dynamique régionale annuelle. Les différentes phases du cycle végétatif sont bien restituées, avec toutefois des réserves sur le démarrage précis de la pousse. Les émissions d'aérosols désertiques sont simulées en utilisant le modèle DPM, qui repose sur la description explicite des processus physiques mis en jeu. Les caractéristiques des états de surface en l'absence de végétation (rugosité, types de sol) sont décrites en se basant sur des produits de surface satellitaires et de données issus de d'analyses géomorphologiques. En période végétative, les caractéristiques du couvert végétal simulé (hauteur, taux de couverture) sont converties en termes de rugosité dynamique de la surface. L'effet de l'humidité gravimétrique de la couche superficielle du sol est également pris en compte. L'impact de ces différents facteurs est alors illustré, notamment les différences dues à la présence du couvert végétal, en termes d'émissions d'aérosols minéraux, dans une zone définie comme la " frange émissive saisonnièrement végétalisée ", et dont l'étendue varie selon l'année et le produit de pluie utilisé en forçage. Pour la période 2004 à 2007, la strate herbacée saisonnière présente ainsi une capacité d'inhibition des émissions de l'ordre de 8 à 28% en masse du flux total annuel de cette frange, qui lui peut varier de 1 à 30 Mt environ.

A partir des équations gouvernant le champ de vitesse, on peut non seulement s'attendre à un vent (fortement) non-gaussien, mais aussi à un vent présentant un comportement scalant. Par 'scalant' ou invariant d'échelle, nous faisons référence à un comportement statistique auto-similaire particulier; les cascades de tourbillons. Les multifractales stochastiques (avec des singularités et des co-dimensions multiples) reproduisent facilement le comportement scalant et les distributions de probabilités à queues épaisses omniprésentes dans le vent et dont la quantification est essentielle pour la communauté. Les quelques paramètres qui définissent ces modèles peuvent être déduits soit de considérations théoriques, soit de l'analyse statistique de données. Nous avons constaté que les approximations de flux basées sur le module du cisaillement du vent donnent des moments statistiques non-scalants et donc des estimations faussées des paramètres multifractals. La méthode DSF n'exige pas cette approximation et garantit un comportement scalant sur une certaine gamme d'échelles. Nous n'avons trouvé aucune estimation véritablement stable d'alpha en utilisant des méthodes standards. Ceci n'arrive plus quand nous optimisons localement (par la différenciation fractionnaire) le comportement scalant du DTM. Nous obtenons alors des estimations très stables de l'indice de multifractalité qui sont en outre en accord (alpha ≤ 2) avec des résultats publiés. Au contraire, les deux autres paramètres (C1 et H) deviennent des fonctions non-linéaires de l'ordre q des moments statistiques. Ces résultats suggèrent que le modèle UM isotrope ne peut être utilisé pour reproduire le cisaillement de vent dans la couche de surface atmosphérique. Lesdites hypothèses sont examinées en utilisant un repère tournant pour analyser l'anisotropie de la vitesse horizontale dans la couche de surface atmosphérique. Cela permet de quantifier la dépendance angulaire de l'exposant de Hurst. Les valeurs de cet exposant restent tout de même conformes aux résultats précédemment publiés. Pour des échelles de temps supérieures à quelques secondes, les deux jeux de données présentent une anisotropie scalante forte, qui décroît avec l'altitude. Nous mettons en évidence une expression analytique de la variation angulaire de l'exposant de Hurst, reposant sur les corrélations entre les composantes horizontales. Ceci pilote la formation des extrêmes du cisaillement, y compris dans le sillage d'une éolienne. Les cisaillements turbulents du vent sont si extrêmes que leur loi de probabilité est une loi de puissance. L'exposant correspondant (qD) est similaire pour les deux sites à une hauteur de 50m (4 ≤ qD ≤ 5), malgré des conditions orographiques très différentes. Nous discutons aussi de ses conséquences en analysant la stabilité de la couche limite atmosphérique et proposons une nouvelle méthode pour sa classification. Enfin, nous démontrons analytiquement que l'anisotropie augmente la probabilité des extrêmes. Ce résultat met en lumière un des nombreux mécanismes de turbulence possibles dans la couche de surface qui peut apparemment surproduire les cisaillements extrêmes du vent, s'ils sont étudiés dans le cadre des UM isotropes. Nous en analysons théoriquement les conséquences sur les estimations des paramètres multifractales par la méthode DTM. Les résultats analytiques obtenus sont en parfait accord avec les observations empiriques. Nous discutons alors de la prise en compte de toutes ces considérations pour faire des simulations multifractales des champs du vent dans la couche limite atmosphérique

Ce travail présente une méthodologie de Conception Optimale Intégrée (COI) d'un système éolien entièrement passif pour offrir un compromis coût-fiabilité–performance très satisfaisant. En l'absence d'électronique de puissance et de contrôle par MPPT, le dispositif n'est efficace que si l'adaptation des constituants est optimale. L'extraction de vent ainsi que les pertes globales du système sont donc optimisées à l'aide d'un algorithme génétique multicritère pour augmenter l'efficacité énergétique et minimiser la masse pour un profil de vent donné. La globalité du système (turbine – génératrice – redresseur - stockage) a été modélisée pour parvenir aux résultats d'optimisation et à la réalisation d'un prototype correspondant à une solution particulière. Les résultats obtenus montrent, d'une part, la cohérence entre modèles et expérience. D'autre part, il est possible, pour un profil de vent donné, d'obtenir une configuration optimale de l'ensemble génératrice – pont redresseur présentant des caractéristiques analogues à celles d'architectures « actives" plus complexes, associées à des lois de contrôle par MPPT. Suite à une analyse de sensibilité des performances aux paramètres, une de nos contributions concerne une approche de conception intégrant les questions de robustesse au sein même du processus d'optimisation. / This work deals with an Integrated Optimal Design (IOD) methodology of a full passive wind turbine system offering very good tradeoff in terms of cost, reliability and performance. Without active electronic device (power and MPPT control), efficiency of such architecture can only be obtained if all devices are mutually adapted: this can be achieved through an Integrated Optimal Design (IOD) approach. Wind energy extraction as whole losses are then optimized from a multiobjective genetic algorithm which aims at concurrently optimizing the energy efficiency while reducing the weight of the wind turbine system given a wind cycle. The whole system (turbine, generator, diode reducer, battery DC bus) has been modeled to obtain optimization results and finally to select a particular solution for an experimental validation. On the one hand, the obtained results put forward coherency between models and experience. On the other hand, given a reference wind cycle, it is possible to obtain optimal devices (generator – reducer – DC bus) whose energy efficiency is nearly equivalent to the ones obtained with active and more complex systems with MPPT control. Based on a sensitivity analysis of performance versus parametric uncertainties, one major contribution deals with a design methodology integrating robustness issues inside the optimization process.