Deux ensembles de facteurs vont être décisifs pour l'évolution future du système électrique européen : d'une part la nécessité d'une nouvelle vague d'investissements pour le renouvellement et l'expansion des capacités de production, et d'autre part l'émergence et le renforcement des contraintes d'émission de gaz à effet de serre (GES) qui imposeront une mise en conformité avec les politiques et directives européennes. L'idée générale de la thèse est que le système européen d'échange de quotas d'émission (SCEQE) est un instrument qui peut faciliter la décarbonisation du système électrique européen. Cependant, les conditions doivent être réunies dans un contexte libéralisé, en termes de gestion de risque, d'architecture des marchés et de mise en place des instruments complémentaires de politique publique, pour que le nouveau signal prix du carbone donne toute sa mesure. L'objet de la thèse est de détailler ces conditions et d'examiner les scénarios potentiels d'évolution de la structure de production du secteur électrique européen à moyen et long terme sous la contrainte carbone. L'introduction de la libéralisation de l'industrie électrique conditionne de manière significative les comportements d'investissement et les choix technologiques. L'analyse du modèle théorique du marché permet de démontrer l'inadéquation organisationnelle de celui-ci pour développer un mix technologique optimal et pour s'adapter aux problèmes de long terme du fait de signaux de prix difficiles à interpréter. En effet, la logique du marché et de la concurrence désavantage les investissements dans les technologies capitalistiques, même celles favorables du point de vue environnemental, comme les énergies renouvelables, le nucléaire, l'hydraulique ou encore les technologies thermiques intégrant capture et séquestration du carbone (CSC). C'est tout le problème de la gestion de risque à long terme face à de nombreuses incertitudes. L'emploi de la théorie des coûts de transaction permet d'examiner les combinaisons des arrangements verticaux qui demeurent nécessaires afin de gérer le risque et de faciliter les investissements (e.g. l'intégration verticale). L'introduction du SCEQE se superpose aux risques du marché inhérents à la libéralisation, et l'incertitude quant à la valeur du carbone rend le choix des investissements encore plus délicat. L'analyse des premières années de fonctionnement du SCEQE révèle l'importance du design du système : des incohérences dans l'architecture et des contre-incitations peuvent facilement être créées, favorisant ainsi les mauvaises décisions. L'horizon de la contrainte carbone qui demeure limité et la volatilité du prix du carbone compliquent davantage les décisions concernant le renouvellement d'un stock de capital de longue durée de vie. L'ouverture du marché carbone sur les mécanismes du projet et d'autres marchés de type cap and trade influencent également le prix du carbone anticipé par les investisseurs européens tout comme l'interaction entre les objectifs européens de réduction des émissions et ceux portant sur l'augmentation de l'électricité d'origine renouvelable à l'horizon 2020. L'emploi du modèle de prospective POLES permet d'examiner ces diverses configurations du marché carbone et d'établir des scenarios possibles de prix du carbone à moyen et long terme, qui peuvent constituer un élément d'information pour les investisseurs publics et privés dans la production d'électricité. De plus, un certain nombre de mesures destinées à réduire la volatilité du prix du carbone et à faciliter la convergence des anticipations des prix à long terme sont préconisées, en particulier l'utilisation de banking ou encore de prix de réserve. Cependant, la mise en oeuvre réussie de ces mesures repose avant tout sur la crédibilité des Etats dans leurs engagements à long terme. Les exercices de modélisation utilisant le modèle POLES permettent également d'examiner les mix technologiques européens à long terme sous l'incertitude du prix du carbone. Suite à un examen des divers outils pertinents d'aide à la décision d'investissements dans un univers incertain, la voie privilégiée consiste à intégrer la méthode VAR (Valeur à Risque) puis celle d'une analyse moyennevariance dans la simulation des portefeuilles de technologie réalisée par le modèle. Ceci conduit à affecter une prime de risque des technologies intenses en carbone principalement au bénéfice du nucléaire, de l'éolien et du thermique associé à la CSC. Les exercices de modélisation montrent donc qu'il est possible de disposer d'une structure de production d'électricité moins émettrice à l'avenir. Le défi restant est de construire un cadre organisationnel et institutionnel susceptible d'inciter à effectuer ces investissements nécessaires très prochainement.

Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation, le dimensionnement et la commande d'un coffre composé de supercondensateurs et d'un convertisseur DC/DC permettant d'alimenter les auxiliaires d'un trolleybus ou les moteurs de traction lors des coupures de la ligne aérienne. Dans la première partie, nous nous sommes intéressés au dimensionnement du système destockage pour une application du type récupération de l'énergie au freinage d'un trolleybus. Les modèles directes et inverses de la chaine cinématique ont été étudiés afin de définir une stratégie de dimensionnement du coffre s'appuyant sur le plan de Ragon. La seconde partie aborde la problématique de la fiabilité de l'élément de stockage. Le but est d'évaluer les contraintes que subissent les supercondensateurs en cours de fonctionnement et de prédire le vieillissement de ces derniers. Pour ce faire, nous avons développé et validé un modèle électrothermique du coffre de supercondensateurs. Ce modèle électrothermique a également été couplé à des lois de vieillissement permettant ainsi de prendre en compte les variations paramétriques majeures de ce système. Les résultats de ce couplage montrent l'impact de la dispersion des températures à l'intérieur du coffre sur la durée de vie de chaquesupercondensateur et du système de stockage. Finalement, le contrôle du convertisseur statique (hacheur Buck/Boost) associé auxsupercondensateurs est abordé. Une étude théorique a été menée pour synthétiser des lois de commande par mode de glissement et par PI appliqués au mode élévateur du hacheur (Boost). Ces lois de commande ont été validées sur un banc de test constitué d'un hacheur réversible, d'une alimentation DC, d'une charge résistive et de huit supercondensateurs. La comparaisondes résultats expérimentaux mettre en évidence l'intérêt de la commande par mode glissant enraison de sa robustesse et de sa réactivité par rapport à une commande classique (PI).

Le domaine de la traction électrique a suscité un très grand intérêt dans les dernières années. La conception optimale de l'ensemble moteur électrique de traction - onduleur doit prendre en compte une variété de critères et contraintes. Étant donnée la liaison entre la géométrie du moteur et la stratégie de commande de l'onduleur, l'optimisation de l'ensemble de traction doit prendre en considération, en même temps, les deux composants.L'objectif de la thèse est la conception d'un outil d'optimisation appliqué à un système de traction électrique légère qu'emploie un moteur à réluctance variable alimenté (MRVCE) par un onduleur triphasé en pont complet. Le MRVCE est modélisé en utilisant la technique par réseau de perméances. En même temps, la technique de commande électronique peut être facilement intégrée dans le modèle pour effectuer l'analyse dynamique du fonctionnement du moteur. L'outil d'optimisation réalisé utilise l'algorithme par essaim de particules, modifié pour résoudre des problèmes multi-objectif. Les objectifs sont liés à la qualité des caractéristiques de fonctionnement du moteur, en temps que les variables d'optimisation concernent la géométrie du moteur aussi que la technique de commande. Les performances de l'algorithme sont comparées avec ceux de l'algorithme génétique (NSGA-II) et d'une implémentation classique de l'algorithme par essaim de particules multi-objectif.Finalement, un prototype de moteur à réluctance variable est construit et le fonctionnement du MRVCE alimenté depuis l'onduleur triphasé en pont complet est implémenté et les outils de modélisation et d'optimisation sont validés

L'intégration de diélectriques High- k dans les empilements de grille des transistors a fait naître des problèmes de fiabilité complexes. A cela vient s'ajouter, en vue des technologies sub-32nm planaires, de nouvelles problématiques liées à l'utilisation de substrats silicium sur isolant complètement désertés FDSOI. En effet, l'intégration d'un oxyde enterré sous le film de silicium va modifier électrostatique de la structure et faire apparaître une nouvelle interface Si/SiO2 sujette à d'éventuelles dégradations. Ce manuscrit présente différentes méthodes de caractérisation électrique ainsi que différentes études de fiabilité des dispositifs FDSOI intégrants des empilements High- /grille métallique. Dans un premier temps, une étude complète du couplage électrostatique dans des structures FDSOI est réalisée, permettant de mieux appréhender l'effet d'une tension en face arrière sur les caractéristiques électriques des dispositifs. Différentes méthodes de caractérisation des pièges d'interface sont ensuite présentées et adaptées, lorsque possible, au cas spécifique du FDSOI, où les défauts entre le film de silicium et l'oxyde enterré doivent être pris en compte. Enfin, différentes études de fiabilité sont présentées, des phénomènes de PBTI et de NBTI sur des dispositifs à canaux longs aux phénomènes propres aux dispositifs de petite dimension, tels que l'impact des porteurs chauds dans des structures FDSOI à film ultra fins et les effets d'augmentation de tension de seuil lorsque les largeurs de grille diminuent.

Des mesures de résistivité électrique et des campagnes d'observations géologiques ont été menées pour cartographier le contact sédiment/roche basale ainsi que les structures d'impact associées au cratère d'impact Bosumtwi datant de 1,07 millions d'années. Le cratère de 10,5 km de diamètre s'est formé dans des roches métamorphiques du Précambrien (2,1 à 2,2 milliard d'années), d'origine sédimentaire et volcanique. Il est actuellement rempli par le lac Bosumtwi de 8,5 km de diamètre. Ce cratère est la source des tektites et microtektites dispersées jusqu'en Côte d'Ivoire et au large des côtes ouest africaine. La campagne de mesures éophysiques consiste en 16 tomographies de résistivité électrique effectuées radialement des rives du lac vers les bords du cratère d'impact. Chaque profil utilise un système d'acquisition multi - électrodes avec une distance minimum entre les électrodes de 5 m. Les données ont été corrigées des effets topographiques et inversées en utilisant le programme commercial d'inversion Res2DInv, avec la norme L1 considérée plus robuste. La zone comprise entre les rives du lac et le bord externe du cratère de divise en trois formations géologiques principales. Les régions de faibles résistivités (< 64 .m) représentent les sédiments de lac. Les zones de resistivités moyennes (entre 128 et 200 .m) sont interprétées comme des brèches liées à l'impact, en dikes, allochtones ou parautochtones. Les régions de hautes résistivités (> 128 .m) représentent les roches métamorphiques sous-jacentes, d'origine volcanique ou sédimentaire. Les profils de résistivités permettent de retrouver la géométrie et l'extension latérale de ces trois types de roches. Une correspondance directe entre la lithologie observée en surface et les structures mises en évidence par les mesures de résistivité électrique dans le sous-sol est observée à Dwamam au Sud-Est dulac. À Dwamam, les sédiments sont environ à 200 m de la rive du lac et s'étendent environ sur 400 m vers les les bords du cratère, à la différence des autres zones où ont pu être cartographiés les sédiments. La topographie du contact sédiment/roche basale présente une direction particulière NE-SO avec un pendage variant entre 16 degrés au NE et 36 degrés au SO. Une majorité de fractures ont été remarquées dans le SO, remplies par des clasts et des brèches d'impacts. Les failles sont surtout présentent à l'Ouest du lac. En moyenne elles présentent un pendage variant entre 60o à l'Est et 80 degrés à l'Ouest du cratère. Des analyses statistiques ont été effectuées sur les directions et les pendages des failles selon les loi de von Mises et Fisher. Elles démontrent que les failles s'alignent préférentiellement le long de deux directions principales. L'analyse cumulée de la surface de contact sédiment/roche, des failles et de la localisation du champ de dispersion des tektites indique que le bolide d'environ 0,8 à 1 km de diamètre responsable du cratère est arrivé du NE. Les résultats démontrent que les panneaux de résistivité électrique fournissent des informations utiles pour l'étude des cratères d'impact.

La transformation des alcanes en alcènes présente un grand intérêt. Elle permet de transformer des hydrocarbures satures, gaz naturels bon marche, abondants et presque inutilisables en synthèse organique, en alcènes, produits de base de nombreuses fabrications. La formation du propène à partir du propane par déshydrogénation oxydante est la première étape de la synthèse de l'acide acrylique, produit utilise principalement dans l'industrie textile. La réaction d'oxydation du propane sur catalyseur de molybdate de nickel s'avère particulièrement intéressante. En effet, les produits de réaction contiennent non seulement du propène mais aussi de l'acroléine et de l'acide acrylique obtenus directement à partir du propane. De façon à améliorer les performances de ce catalyseur, nous avons tente de comprendre comment se passe la réaction. Une étude cinétique de la réaction de transformation du propane en propène sur molybdate de nickel de composition atomique Ni/Mo voisine de 1 (0,98) a été conduite. Pour modéliser la réaction, nous avons proposé un mécanisme réactionnel en six étapes et l'étude cinétique a permis de préciser que l'étape limitante pouvait être soit l'étape d'adsorption du propane, soit l'étape d'oxydation du propane à la surface du catalyseur. Afin de déterminer l'influence du mode de préparation sur les propriétés catalytiques, nous avons préparé plusieurs catalyseurs de rapport atomique variable et nous les avons caractérises notamment par mesures de conductivité électrique. Nous avons mis en évidence la relation entre les bons résultats catalytiques et la conductivité par électrons des produits riches en molybdène, ce qui permet de penser que la réaction d'oxydation du propane en propène est initiée par la réduction d'atomes de molybdène en position interstitielle dans le solide. Ceci faciliterait soit la fixation des gaz sur le solide, soit la réaction avec l'oxygène superficiel du molybdate de nickel

Les cellules photovoltaïques électrochimiques (CPE) ont besoin d'un milieu électrolytique transparent à la lumière, qui ne montre pas de fuite de solvant sous forme vapeur et doté de bonnes propriétés électrochimiques dans la plage de températures d'utilisation. La performance des CPE dépend de la minimisation des pertes d'énergie en surtensions anodique et cathodique (∆Eр), ainsi que d'une densité de courant (J) et d'un photovoltage élevés. Les mélanges de cinq couples rédox (CR) étudiés, composés principalement de thiourées et de leur disulfure doublement chargé en présence du liquide ionique EMI-TFSI, laissent passer les photons jusqu'à 3,2 eV et pourraient être utilisés avec une anode semi-conductrice de bande interdite optimale de ≈1,5 eV. Pour le développement de thiourées ou de disulfures liquides, deux corrélations au volume équivalent ont été établies pour les températures de transition vitreuse (Tg) et de fusion (Tf). Deux thiourées liquides ont été développées (1-diéthyl-3-diméthylthiourée, C (Tf : -7°C) et 1,3-bis(éthylméthyl)thiourée, E (Tf : 11°C)) et permettent d'autosolvater le CR sans solvant ou d'augmenter la proportion du CR en solution et le photocourant (Jph). L'anion TFSI (trifluorométhanesulfonylimide), plastifiant pour les cations monochargés, ne diminue pas la Tf des disulfures étudiés : les deux gros anions TFSI semblent s'insérer entre les disulfures sans en perturber la structure. Pour les systèmes électrolytiques (SE), les thiourées liquides, présentant une bonne pression de vapeur, doivent être utilisées avec un liquide ionique (non-volatil, par exemple EMI-TFSI : Éthylméthylimidazolium-TFSI) dont le pourcentage molaire choisi est un compromis entre une plus grande densité de courant (faible pourcentage) et un plus faible ∆Ep (fort pourcentage). Le solvant le plus visqueux du SE (thiourée ou liquide ionique) contrôle la viscosité et la conductance équivalente. Dues probablement à la formation de complexes de transfert de charge entre les espèces réduite et oxydée, de grandes attractions intermoléculaires sont présentes (écart à l'idéalité du volume molaire (Vm) des SE). Au-delà d'un seuil minimal de force ionique, les différences de viscosité, de Vm et de conductivité ionique des SE ne semblent induire aucune variation de ∆Ep. Les plus faibles valeurs de ∆Ep sont obtenues à 4,5% molaire en disulfure, entre 84% et 97% molaire en liquide ionique, pour tous les CR, et de ces derniers, le couple 1,3diéthylimidazolidine-2-thione (I) / dithio bis(1,3-diéthylimidazolidinium) bisTFSI (J2+) présente le plus faible ∆Ep grâce à une plus faible surtension cathodique |nc|. L'accès de l'espèce oxydée à l'électrode de travail pourrait être à l'origine de la diffusion plus difficile pour les disulfures de thiourées non-cycliques. Ces disulfures présentant un coeur structurel identique jusqu'aux azotes diffèrent par leurs substituants, en rotation, sur les groupes aminos. Le ∆Ep similaire de I/J²⁺ à celui des CR CsT(5-mercapto-1-méthyltétrazolate de césium) / son disulfure (T2), et tétraméthylthiourée (A) / dithiobis(tétraméthylformamidinium) bis TFSI (B²⁺) en solvant organique (travaux antérieurs du laboratoire), pourrait probablement s'expliquer par l'absence de rotation des groupes aminos (T2) et la petite taille des substituants méthyles sur les groupes aminos pour B²⁺. Pour le SE à base de I/J²⁺ très dilué dans EMI-TFSI, le photovoltage maximal théorique de la CPE est prometteur et estimé à 1,32 V pour un semi-conducteur de CdSe. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Pile solaire, Thiourées, Conductivité, Viscosité, Produit de Walden, Voltampérométrie cyclique, Transition de phases.

Au début des années cinquante, alors qu'il semble probable qu'une centrale hydroélectrique va se construire sur le fleuve Saint-Laurent, en face de Montréal, Hydro-Québec entreprend plutôt de bâtir une centrale sur la rivière Bersimis, à 600 km de Montréal. Pourquoi ce projet fût-il lancé, comment a-t-on procédé à la réalisation des travaux et quels furent les principaux acteurs mêlés à ce projet? Avec l'aide des archives d'Hydro-Québec et de ceux qui les conservent, nous pensons avoir levé un peu plus le voile sur une période encore souvent négligée par les chercheurs. En mars 1952, le gouvernement de Maurice Duplessis lance donc un important projet d'aménagement hydroélectrique sur la rivière Bersimis. Pour se justifier, le premier ministre invoque la nécessité de développer les ressources minières et industrielles de la Côte-Nord et de la Gaspésie. Au regard du projet de canalisation du fleuve Saint-Laurent, il y a lieu de croire à une manoeuvre politique pour se soustraire à l'empiètement du gouvernement d'Ottawa sur les ressources naturelles de la province de Québec. Plutôt qu'au privé, c'est à Hydro-Québec que la réalisation des travaux est confiée. Pour la jeune société d'État, le projet Bersimis est l'occasion de mettre en branle le réseau d'interconnexion qui, à terme, permettra une gestion intégrée de l'ensemble de ses équipements de production et de transport, au profit de Montréal. Si la phase préliminaire du projet baigne dans l'improvisation, une organisation efficace est rapidement mise sur pied, appuyée sur une gestion souple des ressources et une structure de contrôle rigoureuse. Les talents des administrateurs et des ingénieurs sont particulièrement mis à l'épreuve dans le perçage d'un tunnel de 12 km de longueur et dans la construction d'une ligne de transport d'énergie à haute tension de 600 km. Ces exploits seront bien salués par les spécialistes. Toutefois, il aura fallu la chute d'une plateforme entraînant dix ouvriers dans la mort pour réussir à soulever l'attention des journaux quotidiens ainsi qu'une tempête parlementaire à Québec. La mise en service de la centrale débutera à l'intérieur des délais fixés, en octobre 1956. L'étude du projet Bersimis montre comment Hydro-Québec s'est transformée pour être capable d'entreprendre les grands travaux qui ont marqué les années soixante et soixante-dix. C'est en bâtissant Bersimis que la jeune société d'État a permis à ses ingénieurs et techniciens de développer expertise et savoir-faire pour construire des grandes centrales et les mettre en réseau avec les grands centres de consommation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Hydro-Québec, Hydroélectricité, Projet de construction, Innovation technologique, Québec (Province), Duplessis Maurice.

La problématique développée dans la thèse est d'estimer, dans une démarche prospective et dans un but d'anticipation, les impacts en puissance induits par les ruptures technologiques et comportementales qui ne font pas aujourd'hui l'objet de mesures dans les panels. Pour évaluer les modifications sur les appels de puissance du parc résidentiel engendrées par ces profondes transformations,un modèle paramétrique, bottom-up, techno-explicite et agrégatif est donc nécessaire. Celui-ci serait donc destiné à la reconstitution, de manière non tendancielle, de la courbe de charge électrique résidentielle. Il permettrait ainsi de conduire la simulation de différents scénarios d'évolution contrastés. L'élaboration d'un tel modèle constitue le sujet de ce doctorat.Pour répondre à cette problématique, nous proposons une méthode conceptuelle originale de reconstitution de courbe de charge. Sa mise en application centrée sur la génération de foisonnement d'origine comportementale a conduit à la modélisation d'un certain nombre de concepts. Ce travail a abouti à l'élaboration d'un algorithme stochastique destiné à représenter le déclenchement réalistedes appareils domestiques. Différents cas d'application ont pu être testés et les résultats en puissance ont été étudiés. Plus particulièrement pour analyser le foisonnement visible à un niveau agrégé, nous avons mis en place une méthodologie nouvelle basée sur une distance adaptée aux courbes de charge. Finalement, nous avons cherché à identifier des comportements réels d'usage des appareils. Pour cela, nous avons conduit différents travaux de classification de courbes de charge.

Ce travail présente un modèle autonome et dynamique de prédiction des caractéristiques des décharges se propageant sur des surfaces isolantes polluées de manière discontinue, basé sur le bilan énergétique, les circuits électriques équivalents et les caractéristiques physiques de l'arc. Ce modèle permet de déterminer les différents paramètres de la décharge et ce jusqu'au contournement en tenant compte de la géométrie de l'isolateur, du changement de la résistance durant la propagation, du type de bande de pollution et ses caractéristiques (conductivité, épaisseur, largeur, positionnement par rapport aux électrodes). L'évolution de la tension à la tête de l'arc et la chute de tension dans l'arc sont analysées en fonction de la forme de la tension appliquée. Il est montré que la disposition des bandes de pollution par rapport aux électrodes, leurs largeurs, leurs épaisseurs et leurs conductivités (suivant qu'elles sont faiblement ou fortement polluées) ont une influence significative sur les paramètres de la décharge. L'augmentation de l'épaisseur de la bande de pollution conduit à l'augmentation de la résistance de l'arc et à la diminution de la charge accumulée et donc à la baisse du courant de charge. Plus l'épaisseur de la couche de pollution est importante, plus rapide sera le contournement de l'isolateur. Aussi, la tension de contournement est d'autant p l u faible que le temps de contournement est élevé. Le courant atteint des valeurs d'autant plus élevées que la conductivité des couches de pollution est grande. Le courant et la charge sont d'autant plus importants que le rapport entre les conductivités des différentes bandes est élevé, ce qui se traduit par une nette augmentation du rayon du canal de la décharge. L'évolution des vitesses suit celles des courants et des charges.