La remise en question du mode de développement des sociétés humaines a, sur ces 40 dernières années, profondément transformé le contexte énergétique mondial, se traduisant ainsi par l'instauration d'un nouveau cadre politique, dont les engagements auront notamment favorisé l'essor 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 également 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 toutefois représenter une solution qui, avant d'être politique, soit crédible sur les plans technique et économique. La République de Djibouti, petit pays situé dans la corne de l'Afrique, symbolise parfaitement les défis social, économique et 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. Au cours de ces travaux, la République de Djibouti aura servi de cas d'étude à l'élaboration d'une méthodologie scientifique générale, centrée sur l'énergie photovoltaïque dans un cadre décentralisé, dont les résultats principaux ont vocation à être réutilisés par des pays structurellement voisins, c.-à-d. présentant le même contexte socio-énergétique. Evaluer 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. Les résultats de cette comparaison ont montré que les estimations présentaient une bonne précision, avec notamment, pour l'irradiation journalière, une erreur relative maximale de 8,05 % et un coefficient de corrélation minimal de 0,8892. Finalement, la carte annuelle extraite de l'atlas a confirmé que le gisement solaire du pays, avec une irradiation moyenne de 5,87 kWh/m^2 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 engendrés par le terrain, nous avons développé une procédure dite de désagrégation, couplant l'utilisation d'un maillage numérique de terrain (MNT) aux cartes de rayonnement issues du modèle satellite. Pour ce faire, nous avons élaboré un modèle théorique afin de retrouver l'horizon autour d'un point donné, et validé celui-ci à l'aide d'une campagne de mesures topographiques en Corse. Ce dernier apparaît ainsi plus performant que les modèles existants, avec, d'une part, une précision plus élevée et, d'autre part, un temps d'exécution fortement réduit qui le rend bien adapté au traitement cartographique (nombre important de points). En définitive, en intégrant au rayonnement le gradient d'altitude et l'ombrage dû à l'horizon pour chaque pixel du MNT, 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. A cet égard, nous avons d'ailleurs développé une méthodologie empirique qui, en s'appuyant sur l'utilisation d'un réseau de neurones artificiels, permet de retrouver la température ambiante à travers un territoire à partir de données satellitaires de la température de surface terrestre. Finalement, nous avons construit une cartographie spatiotemporelle 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.

En 2018, environ un milliard de personnes vivaient sans électricité. Or l'extension des réseaux est confrontée à de nombreux défis qui compromettent la soutenabilité de l'électrification traditionnelle. Les Projets d'Electrification Décentralisée (PED) offrent désormais des solutions réalistes pour un accès à l'électricité hors réseau dans les pays en développement. Cette thèse explore le rôle de la demande de fiabilité du service d’électricité comme déterminant d’une extension durable du réseau, et l'efficacité de l'offre d’électricité décentralisée pour l’atteinte des objectifs du développement durable. Avec des données sur les coupures observées par les ménages au Kenya, le premier chapitre établit la préférence des ménages pour la fiabilité du service d'électricité, laquelle pourrait constituer le levier majeur d’une extension efficace du réseau. Dans le deuxième chapitre, une méta-analyse consolidant 112 évaluations de projets décentralisés montre que la technologie, la capacité et la gouvernance supportent les choix de conception les plus déterminants pour atteindre les objectifs du développement durable. Le troisième chapitre explore la gamme d'objectifs atteints par les pratiques de l’électrification décentralisée. Les plus efficaces sont celles qui adressent les utilisations productives et les services publics, ainsi que les micro-réseaux dans les zones éloignées, qui ont des impacts positifs sur l’information et la communication. La probabilité d'impacts positifs augmente avec la capacité des systèmes solaires individuels, qui favorisent la santé et l’éducation. / By 2018, about one billion people were living without electricity. The extension of electrical grids is facing many challenges that jeopardize the sustainability of traditional electrification. Decentralized Electrification Projects (DEP) now offer feasible solutions for offgrid access to electricity in developing countries. This thesis explores the role of the demand for reliability of the electricity service as a determinant of sustainable extension of the electrical grid, and the efficiency of electricity supply by DEP to achieve the sustainable development goals. With data on outages observed by households in Kenya, the first chapter establishes the households' preference for the reliability of electricity service, which could be the major lever for effective network expansion. In the second chapter, a meta-analysis consolidating 112 decentralized project evaluations shows that technology, capacity and governance support the design choices that are most critical to achieving the sustainable development goals. The third chapter explores the range of objectives achieved by decentralized electrification practices. The most effective are those that address productive uses and public services, as well as micro-networks in remote areas, which have positive impacts on information and communication. The likelihood of positive impacts increases with the capacity of solar home systems, which favor health and education.