Aujourd’hui, les énergies renouvelables comme l’énergie éolienne, l’énergie solaire, l’énergie hydroélectrique et la thermoélectricité jouent un rôle essentiel dans la couverture de nos besoins en énergie. Parmi ces différentes sources d’énergie, la thermoélectricité, qui permet de convertir la chaleur en électricité ou inversement, attire une grande attention grâce à son large champ d’application. Les actuelles avancées dans la recherche thermoélectrique visent l’amélioration du rendement de conversion des modules thermoélectriques, à travers l’optimisation des propriétés thermoélectriques intrinsèques des matériaux utilisés (coefficient de Seebeck, conductivité électrique et conductivité thermique). Pour cela, différentes approches ont été étudiées (dopage, nouveau alliages, nanostucturation …). Parmi ces approches, la nanostructration des matériaux a été largement étudiée pour mener à bien cet objectif. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à étudier l’effet de la nanostructuration de surface des matériaux (silicium mesoporeux et oxyde de titane déposé en couches minces) par faisceaux laser ultra-court (picoseconde et femtoseconde) sur l’évolution de leurs propriétés thermoélectriques. Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur l’étude des différents phénomènes physiques impliqués durant l’interaction laser-matière ainsi que sur la formation des différentes nanostructures résultantes (en forme de ripples, spikes, dots et autres) en fonction de la dose laser appliquée (la fluence et le nombre de pulses). La formation de ces nanostructures a été étudiée suivant deux régimes (stationnaire et dynamique). Après l’optimisation des paramètres conduisant à la formation de ces nanostructures, la caractérisation du coefficient de Seebeck et la conductivité électrique avant et après la nanostructuration de ces matériaux a été réalisée grâce à un nouveau dispositif de mesure (ZT-meter) développé au laboratoire GREMI. Les résultats de mesures montrent une importante amélioration du coefficient de Seebeck et la conductivité électrique après la nanostrucutration. Un facteur d’augmentation de la puissance thermoélectrique a été observé pour les deux matériaux étudiés ; notamment dans le cas de couches minces d’oxyde de titane (jusqu’à 500 fois). / Today, renewable energies such as wind, solar, hydropower and thermoelectricity play an essential role to cover our energy needs. Among these different sources of energy, thermoelectricity, which offers the ability to convert a heat into electricity or vice versa, has attracted a great attention due to its wide field of potential applications. The current advances in thermoelectric research are focusing on the improvement of the conversion efficiency of thermoelectric devices through optimizing and improving the thermoelectric properties of the thermoelectric materials (Seebeck coefficient, electrical conductivity and thermal conductivity). For this, different approaches (doping, new materials, nanostucturing...) have been investigated in the literature. Among these approaches, nanostructuring of materials is the most studied in the literature in order to improve the thermoelectric properties of materials. In this thesis work, we aimed to study the effect of surface nanostructuring of materials (mesoporous silicon and titanium oxide deposited in thin film) by ultra-short laser beams (picosecond and femtosecond) on the evolution of their thermoelectric properties. First, we focused on the study of various physical phenomena involved during the laser-matter interaction that yield to the formation of very different nanostructures in form of ripples, spikes, dots and others as function of the applied laser dose (fluence and number of pulses). The formation of these nanostructures has been studied in two regimes (stationary and dynamic). After optimizing the laser parameters leading to the formation of such nanostructures, a characterization of Seebeck coefficient and the electrical conductivity before and after the nanostructuring of these materials was carried out by using a new experimental setup (ZT-meter) designed and validated in GREMI laboratory. The results of measurements showed an important improvement of Seebeck coefficient and electrical conductivity after nanostructuring. This important improvement observed with the both materials leaded to a strong increase in the thermoelectric power factor (reaching roughly 50000%).

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la gestion d'énergie d'un Véhicule Hybride Électrique. Pour ce type de véhicule, l'optimisation énergétique est un enjeu majeur. Cela consiste à calculer les commandes optimales minimisant la consommation énergétique du véhicule sous un nombre fini de contraintes. Deux types de méthodes peuvent être utilisées pour résoudre ce problème d'optimisation. La première méthode et la plus utilisée, la méthode numérique, utilisant des modèles cartographiques basés sur des données. Elle présente deux inconvénients majeurs: temps de calcul et mémoire importants. La deuxième méthode, appelée analytique, qui permet de remédier à ces deux problèmes, a été utilisée dans cette thèse. Plus l'architecture du véhicule devient complexe (plusieurs machines électriques, moteur thermique, élévateur de tension), plus l'intérêt de cette approche sera important. La méthodologie analytique, proposée dans cette thèse, est composée principalement de trois étapes : la modélisation convexe, le calcul analytique des commandes et la validation des commandes analytiques sur un simulateur de véhicule. Cette méthodologie a été appliquée sur les trois configurations possibles du véhicule étudié : parallèle, bi-parallèle et série. Finalement, l'ajout de l'élévateur de tension dans la gestion d'énergie ainsi que l'étude de son impact sur la consommation énergétique du véhicule sont présentés dans le dernier chapitre. Les résultats obtenus en simulation montrent que la méthode analytique a permis de réduire considérablement le temps de calcul tout en ayant une sous-optimalité très faible. / This thesis focuses on the energy management of Hybrid Electric Vehicle. In this type of vehicle, energy optimization is a major challenge. It consists of calculating optimal commands that minimize the vehicle’s energy consumption under a finite number of constraints. The optimization issue could be solved using a digital method or an analytical method. This choice depends on the nature of energy models that monitor the optimization criteria: analytical or maps of experimental measurements. However, this method presents numerous disadvantages. Its calculation is extremely time-consuming for instance. Therefore, the works presented in this thesis were directed in order to develop an analytical solution where the calculation is lesstime consuming. The architecture of the vehicle is complex. In fact, the vehicle contains two electrical machines, a thermal engine and a step-up. These components have all a straight impact on the vehicle’s energy consumption so several optimization variables were defining. Consequently, working on an analytical solution was a natural choice. The proposed analytical methodology consists of three steps: convex modeling, the command analytical calculation as well as the analytical command validation on a vehicle simulator. This methodology was applied to three possible configurations of the studied vehicle: parallel, biparallel and in serial. Finally, the step-up addition to the energy management as well as the study of itsimpact on the vehicle’s energy consumption are presented in the last chapter. The simulation results show that the analytical method reduces considerably the computing time and has an extremely low suboptimality.

Les techniques d’analyse thermique et de calorimétrie sont des méthodes d’essai largement utilisées dans les laboratoires d’analyse physico-chimique, pour des finalités de recherche ou de contrôle qualité. Comme tout appareil de mesure, un analyseur thermique ou un calorimètre doit être étalonné en température et en énergie avec des matériaux de référence certifiés. Les matériaux de référence recommandés correspondent généralement aux points fixes de l'échelle internationale de température (EIT-90), à savoir gallium, indium, étain, zinc et aluminium. Il existe peu de matériaux de référence certifiés au-dessus de 420 °C, alors que certains analyseurs thermiques peuvent être utilisés jusqu'à 1000 °C, voire au-delà.L’élaboration et la certification de matériaux de référence doivent employer des méthodes de mesure très précises avec un raccordement métrologique des mesures au système international d’unités (SI). Le Laboratoire Commun de Métrologie (LCM) s'est engagé dans le développement d'un moyen de référence métrologique en calorimétrie permettant des mesures précises en enthalpie de fusion et en capacité thermique massique sur la plage de température [23 °C, 1000 °C]. La solution métrologique retenue a été de modifier un calorimètre de type Calvet, et de mettre au point des procédures d’étalonnage et de mesure afin d’atteindre des incertitudes de mesures suffisamment faibles pour la certification des matériaux de référence.Dans ce travail, un système d'étalonnage fonctionnant à haute température a été spécifiquement conçu et intégré dans le calorimètre pour permettre l'étalonnage par substitution électrique. Ce système permet de réaliser successivement des étalonnages par effet Joule et des mesures d’enthalpie de fusion, sans modification des conditions expérimentales.Ce travail comprend également le développement des systèmes d’acquisition et traitement des résultats des mesures. La détermination de l'enthalpie de fusion de plusieurs métaux (indium, étain et argent notamment) avec une recherche des facteurs d’influence sur cette grandeur, et une estimation des incertitudes de mesure. La mesure de l’enthalpie de fusion d’un alliage eutectique argent-cuivre, candidat comme matériau de référence en énergie à 779 °C, est également présentée. / Differential scanning calorimeters are widely used in many academic and industrial laboratories to study the thermal behavior of materials for research or quality control. Like any measuring device, a thermal analyzer or calorimeter must be calibrated in temperature and energy with certified reference materials. Recommended reference materials generally correspond to fixed points of the International Temperature Scale (ITS- 90), namely: gallium, indium, tin, zinc and aluminum. However, there are few certified reference materials above 420 °C, while the operating range of some thermal analyzers and calorimeters exceeds 1000 °C.The certification of reference materials insures the metrological traceability of measurements to the International System of Units (SI). The LCM-LNE has been working in the development of a metrological standard facility for accurate measurements of the enthalpy of fusion and heat capacity in the temperature range [23 °C, 1000 °C]. The metrological approach is based on the modification of a commercial Calvet calorimeter and of the procedures implemented for calibration and measurement, so as to get measurement uncertainties sufficiently low to fulfill the objectives of the certification of reference materials.A new in-situ high temperature calibration system (constituted by a resistance wire wound around the crucible containing the material sample) was integrated into the calorimeter to perform the calibration by electrical substitution. The system allows both calibration and measurement without modification of the apparatus, so that the experimental conditions during both steps remain unchanged.This work also includes the development of data acquisition system and processing of measurement results. The determination of the enthalpy of fusion of several metals (indium, tin and silver in particular) with an estimation of the measurement uncertainty has been made. The measurement of the enthalpy of fusion of a silver-copper eutectic alloy, as candidate reference material at 779 °C, is also presented.

Avec l'évolution des technologies et le développement des objets connectés, la consommation des circuits est devenue un sujet important. Dans cette thèse nous nous concentrons sur la consommation des mémoires non volatiles à piégeage de charge. Afin de diminuer la consommation, différentes architectures ont vu le jour comme les mémoires 2T ou Split Gate. Nous proposons deux nouvelles architectures de mémoires permettant la diminution de la consommation par rapport à une mémoire Flash standard. La première, appelée ATW (Asymmetrical Tunnel Window), est composée d'une marche d'oxyde au niveau de son oxyde tunnel qui lui permet d'être moins consommatrice qu'une mémoire Flash standard. Une seconde architecture mémoire appelée eSTM (embedded Select Trench Memory) est aussi présentée. Son principal atout est la présence de son transistor de sélection qui est indispensable pour avoir une faible consommation. Grâce à son architecture, cette cellule est bien meilleure que l'architecture proposée précédemment (ATW). Une dernière étude a été réalisée afin d'optimiser le procédé de fabrication de la mémoire eSTM pour le rendre plus robuste. / With the evolution of technologies and the development of connected objects, the circuit consumption is becoming an important subject. In this thesis, we focus on the consumption of trap-charge non-volatile memories. To decrease the consumption, different architectures have emerged, like 2T or Split Gate memories. We propose two new memory architectures allowing to decrease the consumption compared to the standard Flash memory. The first, called ATW (Asymmetrical Tunnel Window), is composed of an oxide step in the tunnel oxide which allows to be less consumer than a standard Flash memory. A second memory architecture called eSTM (embedded Select Trench Memory) is also presented. Its main advantage is its select transistor which is essential to obtain a lower consumption. Thanks to its architecture, this cell is better than the previously proposed architecture (ATW). The last study has been performed to optimize the process flow of the eSTM memory to make it more robust.

Les systèmes piézoélectriques sont utilisés dans un grand nombre d'applications (mesures physiques, contrôle non destructif). Beaucoup d'entre elles nécessitent la mesure rapide de l'impédance électrique du capteur, particulièrement dans le cadre des microsystèmes. C'est pourquoi ce travail est consacré à la conception et au développement d'un analyseur d'impédance sur puce. L'analyseur est programmable en fréquence et en impédance et est implanté sur un système embarqué de type FPGA (field programmable gate array). Nous proposons trois méthodes à l'analyse leur impédance : une mesure ratiométrique, une modélisation paramétrique adaptative du capteur et une méthode originale utilisant l'asservissement de la tension d'excitation par un réseau résistif programmable. L'implantation des algorithmes sur la cible FPGA est réalisée selon une approche de type HIL (Hardware In the Loop) / The piezoelectric systems are used in many applications (physical measurements, non-destructive testing). Many of them require fast measurement of the sensor electrical impedance, particularly in the micro systems domain. Therefore this work is dedicated to the design and the development of an impedance analyzer on chip, programmable in frequency and impedance, and implantable in an embedded system of FPGA (field programmable gate array) type. We propose three methods for impedance analysis: a ratiometric measurement, an adaptive parametric modeling of the sensor, and an original method using the feedback control of the excitation voltage by a programmable resistive network. The implementation of algorithms on FPGA target is performed using HIL (Hardware In the Loop) approach

Les limiteurs de courants de court-circuit supraconducteurs sont des appareillages à fort potentiel pour les réseaux électriques. En effet, ils offrent une limitation efficace dès les premiers instants du court-circuit. On peut qualifier la limitation de "naturelle", c’est-à-dire qu’elle est intrinsèquement liée aux caractéristiques du matériau et ne nécessite pas de commande particulière. Afin de faciliter la conception et l’intégration des limiteurs de courant de court-circuit supraconducteurs résistifs (rSFCL) destinés aux réseaux électriques, il est nécessaire de disposer de modèles de simulation précis. Ces derniers doivent prendre en compte et simuler correctement (et le plus précisément possible) les phénomènes électriques et thermiques du rSFCL en présence de surintensités de courant, qu’il s’agisse d’un court-circuit franc ou d’un phénomène temporaire de plus faible amplitude. Il est difficile d’envisager la planification de l’intégration d’un rSFCL sans passer par des outils numériques qui permettent la simulation d’un tel dispositif dans un réseau électrique en régime transitoire. Il est alors plus facile d’appréhender et de prédire le comportement transitoire du limiteur dans des conditions de stress réalistes, qui peuvent comprendre une grande variété de surintensités, tant en durée qu’en amplitude. Néanmoins, les rSFCL sont des dispositifs fortement non-linéaires caractérisés par un couplage électrique et thermique très fort. L’implémentation d’un tel modèle dans un logiciel de simulation de type “circuits électriques” en régime transitoire présente un certain défi. Bien que des modèles de rSFCL existent déjà, des améliorations doivent être apportées pour prendre en compte i) l’ensemble des phénomènes physiques liés à la limitation (thermiques et électriques), ii) les propriétés géométriques des rubans supraconducteurs utilisés et iii) la possibilité de réaliser des études globales (impact du limiteur sur le réseau) et iv) l’influence de l’architecture du ruban en présence de phénomènes locaux (points chauds). Cette thèse se concentre donc sur le développement d’un modèle de rSFCL basé sur des rubans supraconducteurs de deuxième génération. Ce modèle est développé dans le logiciel EMTP-RV, qui est un outil utilisé par un grand nombre de compagnies d’électricité dans le monde. Le modèle proposé dans cette thèse repose sur une analogie qui fait le lien entre les phénomènes électriques et thermiques, et qui permet une modélisation entièrement basée sur des éléments de circuits électriques. Le modèle permet de prendre également en compte les propriétés non linéaires des matériaux, tant au niveau électrique qu’au niveau thermique, avec l’utilisation de dipôles non-linéaires. Le modèle a été développé pour offrir un niveau de généricité intéressant pour la modélisation des rubans supraconducteurs. Il permet un fonctionnement avec une excitation AC ou DC en tension ou en courant et tient compte de la non-uniformité de courant critique, qui est typiquement observée dans la longueur des rubans disponibles commercialement. Il est également possible de représenter des variantes d’architectures (géométries et matériaux), avec une souplesse de modélisation qui est basée sur un assemblage de blocs “élémentaires” dont les dimensions peuvent être différentes. Cela permet alors d’évaluer, dans une même simulation, l’architecture du limiteur à une échelle submillimétrique (points chauds) et à une échelle “systémique”, tel que le comportement de plusieurs centaines de mètres de ruban. Des comparaisons ont permis de vérifier que le modèle circuit avait un comportement similaire à son équivalent en éléments finis, seulement si la taille des éléments électrothermiques de base (dans EMTP-RV) est adéquate. Le modèle équivalent circuit permet de réaliser des simulations de différentes architectures de rubans supraconducteurs, avec ou sans résistance d’interface, entre les couches tampons et la couche de (RE)BCO par exemple [...] / Superconducting fault current limiters (SFCL) are a promising technology for power systems, i.e. they provide efficient current limitation from the very beginning of the fault without requiring any control system. In fact, the current limiting characteristics are directly connected to the physical properties of superconducting materials. There is a need for accurate models to help designing resistive-type SFCLs (rSFCL) and planning their integration into electrical networks. Such models have to take into account the physics involved for simulating (as accurately as possible) the electrical and thermal behaviours for a wide range of fault conditions, i.e. high and low short-circuit currents that can be of various durations. It is difficult to see how the planning and integration of SFCLs can be realized without using numerical tools, especially tools that allow realizing power system transient simulations, such as EMTP-RV. In fact, such software packages support engineers in predicting the behaviour of SFCLs in realistic network conditions, which may comprise a wide variety of overcurrent or fault situations. However, rSFCLs exhibit highly non-linear behaviours with a strong coupling between thermal and electrical phenomena. The implementation of such a model in power systems simulation tools is therefore challenging. Although some models have been already developed over the years, improvements are needed to take into account i) all the phenomena linked to the current limitation (electrical and thermal), ii) geometric properties of superconducting tapes that are used in rSFCLs, and iii) the possibility to perform simulations at the system level, and iv) the influence of the tape architecture in relationship to local phenomena (hot spots). This thesis hence focuses on the development of a models for resistive-type SFCLs based on second generation high temperature superconducting coated conductors (2G HTS CCs), i.e. (RE)BCO tapes. The models are implemented in EMTP-RV, a tool that is used by many utilities around the world. However, the modeling technique can be adapted to other simulation tools as well. The model proposed in this thesis is based on an electro-thermal analogy, which allows modeling thermal effects with non-linear electrical circuit elements such as resistors and capacitors. The model has been developed with the aim of providing flexibility. Hence, it can be used with an AC or DC excitation, and can also take into account non-uniformity in critical critical current density typically observed along length of the conductors (i.e. tapes). It also allows modeling virtually any tape architecture using modular and flexible electrical and thermal basic building blocks that can be different in size. This in turn also allows modeling SFCLs with different level of discretization, i.e. from hot spot modeling with local heat transfer to several meters of (RE)BCO tape. It therefore becomes possible to analyze in the same simulation phenomena happening at the sub-millimetric scale, such as hot-spot phenomena, and at the system-scale, such as the impact on the network of several hundred meters of superconducting tape. In order to validate the EMTP-RV circuit model, comparisons with results obtained with finite elements have been carried out. A similar behavior could be observed, as long as the discretization size of the electro-thermal elements were appropriate. The EMTP-RV circuit model allows performing optimizations of the tape architecture for various thicknesses of stabilizer, in presence or not of an interfacial resistance layer, e.g. between the superconductor and the substrate. While the circuit model was developed to allow representing heat transfer and current distribution in 3D, simulations are still limited to 2D cases because the size of the nodal matrix is otherwise exceeded in EMTP-RV. Simulation results also show that neglecting heat transfer along the thickness of the tape can be risky, [...]

Les machines électriques à aimants, appréciées pour leurs densités énergétiques volumique et massique, équipent la majorité des véhicules électrifiés. Par contre, dans la zone à puissance constante d’un système de propulsion, les commander à pertes maîtrisées, cela en démagnétisant les aimants mais de façon réversible, reste une gageure, particulièrement sous environnement thermique changeant. Les solutions simples pour se prémunir d’une démagnétisation irréversible sont coûteuses: surdimensionner ou ajouter une terre très très rare (Dysprosium).Cette thèse propose d’ajouter à l’approche de la démagnétisation réversible universellement utilisée, celle d’une boite de vitesse électromagnétique. Pour cela on conçoit une machine pentaphasée à aimants.Passer de trois à cinq phases permet alors d’augmenter les paramètres de réglage de l’alimentation électrique et, moyennant approximation, de disposer de deux machines fictives à p et 3p paires de pôles, chacune pouvant contribuer de façon équivalente à la production du couple. Pratiquement, l’utilisation optimale de ces deux machines permet de reconstituer la fonction de boite de vitesse. / Permanent Magnet electrical machines , appreciated for their high power density, equip the majority of the electrified vehicles. However, controlling these machines, in the constant power range of the propulsion system while mastering the losses, with PM reversible demagnetization remains a challenge especially under varying thermal environnement. Proposed solutions aim for protecting PM from irreversible demagnetization are costly: oversizing or using very rare earth PM (Dysprosium).In this thesis, we proposed to add on the reversible demagnetization approach universally used , that of a electromagnetic gearbox. Thus, we design a five phase PM machine.Increasing the phase number from three to five, increases the adjustment parameter of the electrical supply, and allows to have two fictitious machines with p and 3 p poles. Each fictitious machine contributes equivalently in producing torque. Practically, the optimal use of these two machines leads to reconstructing the gearbox function.

Les politiques de réduction de production de CO2 dans les transports et les progrès techniques, comme l’augmentation des capacités des batteries des voitures électriques, ont ouvert de nouvelles perspectives pour la voiture électrique. De plus, les institutions publiques et groupes privés se sont engagés pour inciter et accompagner du déploiement de la voiture électrique. Malgré ce contexte propice, celui-ci peine à dépasser la barre de 1,07% de part de marché des véhicules légers en France. Cette thèse prend le parti d’étudier le sujet du déploiement de la voiture électrique par les entrées « Usage» et « Innovation ». Autrement dit, comment le processus de la construction de l’usage peut-il dialoguer avec le processus d’innovation ? Après avoir éclairé le contexte de l’usager de la voiture par une représentation de son écosystème, nous proposons une méthodologie (RUI) qui sera en capacité de capter, capitaliser et évaluer les trois connaissances (les Représentations (R) -avant usage-, les Utilisations (U) -pendant usage- et les Instrumentalisations (I) -usage sur le long terme-) constitutives de la construction de l’usage chez un individu. L’analyse de ces connaissances permettra de préciser les freins et leviers à l’émergence de la voiture électrique et les conditions dans lesquelles ils agissent. Elle permettra aussi d’identifier les acteurs concernés par les blocages à l’usage de la voiture électrique. Ainsi, nous proposons les éléments constitutifs à l’élaboration de scénarios du déploiement de la voiture électrique sur le territoire du Sillon Lorrain / Reducing CO2 production policies in transport and technical progress, such as electric-car batteries increase in capacity, have opened up new prospects for electric-car. Furthermore, public institutions and private groups have engaged in encouraging and accompanying electric-car deployment. Despite this favourable context for the electric vehicle development, electric-car does not exceed 1.07% of the market share of vehicles in France. This thesis studies the subject of the electric-car deployment by Usage and Innovation inputs. In other words, how the constructing use process could dialogue with the innovation process? We have formalized car’s user context by an ecosystemic representation. Then, we propose a methodology (RUI) which will be able to capture, capitalize and evaluate the three knowledges Representations (R) -before use-, Uses (U) -during use- and Instrumentalizations (I) - long-term use- constitutive of an indidividual use construction. Knowledge analysis will identify brakes and levers of electric-car emergence and conditions within they operate. It permits also to identify actors concerned by the identified use blockages. Thus, we offer the elements to develop electric-car deployment scenarios in the Sillon Lorrain territory

Les défis auxquels les systèmes électriques font face actuellement (intégration massive des énergies renouvelables, développement de la production distribuée, réduction des émissions CO2, etc.) donnent lieu à une intuition partagée sur la croissance des besoins en stockage d’électricité. Néanmoins, les investissements en stockage engagés par des acteurs individuels restent à ce jour très faibles, sauf pour la technologie de stockage par pompage-turbinage. Ceci s’explique potentiellement par le fait que l’usage du stockage par un seul acteur ne permet que rarement de recouvrir le coût d’investissement du stockage. En tant qu’actif multifonctionnel, le stockage est capable de fournir de nombreux services à différents acteurs. La façon dont le stockage est utilisé devrait être adaptée afin de permettre une mutualisation du coût d’investissement et des bénéfices parmi différents acteurs dans le paysage dérégulé des systèmes électriques en Europe.La thèse a permis d’étudier les mécanismes efficaces permettant 1) aux acteurs régulés et dérégulés de partager l’utilisation d’une unité du stockage, et 2) à une coordination efficace des utilisations décentralisées du stockage. A cet effet, nous proposons un design de marché qui permet d’agréger les valeurs du stockage en deux dimensions.Premièrement, des valeurs peuvent être agrégées sur plusieurs horizons temporels. Les acteurs peuvent avoir intérêt à décider l’utilisation du stockage à différents moments avant la livraison en temps réel. L’agrégation verticale est obtenue par la superposition des profils d’utilisation décidés à différents horizons temporels. Deuxièmement, les valeurs peuvent être agrégées parmi différents acteurs. Ceci consiste à coupler le stockage avec des marchés organisés de l’électricité. A un horizon donné, l’opérateur du stockage communique ses capacités disponibles à l’opérateur du marché, qui vaviincorporer ces capacités dans le processus de clearing de marché afin de maximiser le bien-être social.La thèse démontre qu’il est possible de faire partager une unité du stockage par des acteurs régulés et dérégulés d’une manière systématique. Des simulations montrent que l’agrégation des valeurs du stockage, de la façon proposé dans la thèse, peut conduire à une augmentation évidente de la rentabilité du stockage. Elles montrent aussi qu’après la clôture de toutes les activités commerciales à un horizon donné, il reste systématiquement des capacités du stockage non-utilisées, qui sont difficilement valorisables par les acteurs dérégulés, mais pourraient être servies par les acteurs régulés. Le mécanisme d’agrégation permet de capturer la valeur de ces capacités, tout en respectant le principe d’ « unbundling » du secteur électrique européen. / The challenges faced by the power systems nowadays (massive integration of intermittent energy sources, development of distributed generation, reduction of CO2 emissions, etc.) give rise to a widespread notion on the growing needs for electric energy storage (EES). In spite of this, little investment on EES, however, has been carried out by individual actors. An exception concerns pumped hydro storage technology, but the development of this technology is highly constrained by the existence of suitable sites in Europe. The lack of investments in EES, despite its general usefulness, is potentially due to the fact that the usage of storage by one individual actor generally could not allow him to recover the high investment costs involved. As a multi-functional asset, EES can provide numerous benefits to different actors. A potential means to promote EES may involve socialising the investment cost and benefits of EES among different actors in the deregulated power systems in Europe.This thesis studies how to create efficient mechanisms to allow 1) all the actors, both regulated and deregulated, to share the use of an EES unit, and 2) an effective coordination on the decentralized usages of storage by different actors. To this aim, we propose a market design that enables the aggregation of the values of EES along two dimensions, namely vertical and horizontal aggregation.Firstly, the values can be aggregated vertically upon several time horizons. Actors may have different needs for EES at different time horizons. The vertical aggregation is achieved by superposing utilisation profiles of EES decided at different moments in time. The compatibility of the different utilisation profiles is ensured by a coordination mechanism. Secondly, the values can also be aggregated horizontally among a large number of actors. The horizontal aggregation consists in coupling EES to the electricityivmarkets. At a given time horizon, the storage operator communicates the available capacities of EES to the market operator, who will incorporate these capacities in the market clearing process to maximise the social welfare.The thesis proves that it is possible for different actors, both regulated and deregulated, to share the use of storage in a systematic way. The simulation results show that the aggregation of values of EES, in the way proposed by the thesis, can lead to higher return on investment. The simulation also show that, after the closure of all commercial activities (at certain time horizon), there are systematically residual capacities of EES which are difficult to be valued by deregulated actors, but can be used by regulated actors. The value of these capacities can be effectively captured in the proposed aggregation mechanism, while respecting the unbundling principle of the European electricity sector.

Aujourd’hui, l’étude des effets directs de la foudre sur les structures aéronautiques pourrait s’appuyer, au moins en partie, sur des outils de simulation. Néanmoins, le manque de données expérimentales sur la phase d’arc impulsionnelle ne permet pas de justifier le caractère prédictif des outils de simulation.L’objectif de cette thèse est de réaliser une base de données expérimentale en s’appuyant sur la caractérisation des arcs de foudre dans des situations standardisées. Ces données peuvent être utilisées à la fois pour la compréhension des phénomènes observés lors des essais, mais surtout comme référence comparable aux outils de simulation.Dans un premier temps, on s’intéresse à la colonne d'arc libre dans l’air, hors interaction avec les électrodes. Par ailleurs, les profils spatio-temporels de température et de pression sont évalués par spectroscopie d'émission. On montre ainsi que, pour un arc de 100 kA, la température maximale atteint 37400 K sur l'axe de la colonne à 2 μs après l’amorçage, avec une pression de l’ordre de 45 bars.Dans un second temps, on s’intéresse à l'interaction de l'arc foudre avec des matériaux aéronautiques. La dynamique du pied d'arc ainsi que les caractéristiques de l’onde de choc sont analysées sur différents matériaux aéronautiques tels que l’aluminium ou des composites à fibres de carbone. Les contraintes thermomécaniques subies par le matériau sont étudiées par thermographie infrarouge, et par des mesures de déflexion rapide au centre du matériau, conduisant à une évaluation de la pression exercée par l’arc au point d’impact. / Nowadays, the study of the direct effects of lightning on aeronautical structures could be based, at least in part, on simulation tools. Nevertheless, the lack of experimental data on the transient phase of the lightning arc does not allow us to justify the predictive nature of the simulation tools. The objective of this thesis is to produce an experimental database based on the characterization of lightning arcs in standardized situations. These data can be used both for the understanding of the phenomena observed during the tests, but especially as a reference comparable to the simulation tools.First, we are interested in the free arc column in air, without interaction with the electrodes. Furthermore, time- and space-resolved profilesof temperature and pressure are evaluated by emission spectroscopy. For a 100 kA arc, it is shown that the temperature reaches 37400 K in the arc axis at 2 μs after arc ignition, with a corresponding pressure of 45 bar.Second, we are interested in the interaction of the lightning arc with aeronautical materials. The dynamics of the arc roots and the characteristics of the shock wave are analyzed for different aeronautical materials such as aluminum or carbon fiber composites. The thermo-mechanical constraints applied on the material are studied by infrared thermography and by rapid deflection measurements at the center of panel, leading to an evaluation of the pressure exercised by the arc at the attachment point.