Th. 3e cycle--Instrumentation phys.--Grenoble 1, 1981. N°: 175.

Le but de cette recherche est de démontrer la nécessité et l'efficacité du compteur d'eau dans la gestion de l'eau potable. L'eau est une ressource indispensable pour le développement de la vie. Cependant, avec les changements climatiques, la répartition de l'eau et sa disponibilité sont en train de se modifier. Il y sera démontré que son utilisation exige donc une saine gestion, d'où connaître les volumes d'eau fournis, et aussi les volumes d'eau consommés; de là on pourrait déduire la quantité d'eau perdue (les fuites et les utilisateurs illégaux). Donc le compteur d'eau s'impose comme outil de mesure. Les objectifs de ce mémoire sont de démontrer l'efficacité de cet appareil dans le contrôle de l'eau, ainsi que sa nécessité pour connaître la consommation de chaque usager (industrie, commerce, institution, résidence unifamiliale, bloc de logement, usage public,...) et de démontrer que son installation généralisée permet de cibler plus précisément les fuites d'eau, ainsi que l'important rôle qu'il joue dans la conservation de l'eau par son impact modérateur. En dernier, démontrer qu'il permet d'établir une tarification compatible avec l'utilisation de l'eau. On a simulé une ville typique avec et sans compteurs d'eau pour montrer l'impact de son utilisation. Par la suite on a fait la comparaison entre les deux. On présente aussi plusieurs villes avec implantation de compteurs, ainsi qu'une description des types de compteurs, leurs efficacités, leur durée de vie, leur entretien, leur remplacement et leurs coûts. On décrit aussi la tarification et son impact sur la conservation de l'eau en l'associant au compteur d'eau. L'utilisation généralisée des compteurs d'eau mènera à un bilan hydrique détaillé et aura comme impact direct une utilisation rationnelle de cette ressource. Les données obtenues ainsi que les résultats de la simulation par logiciel EXCEL montrent que les compteurs d'eau sont nécessaires dans le cas d'une tarification selon le principe de l'utilisateur-payeur. De plus, les pays européens avec compteur d'eau et tarification démontrent que l'on peut réduire la consommation d'eau potable.

Le travail de recherche proposé est relatif au suivi de la consommation par usage afin que les clients puissent mieux maîtriser leurs consommations électriques. Ce projet de recherche consiste à identifier les charges électriques en milieu domestique à partir des mesures non intrusives faites au niveau du compteur électrique. Les informations relevées et traitées sont les courants et les tensions. Nous avons proposé une méthode innovante et performante d'identification, c'est la méthode de Matrix Pencil. Elle s'adapte à la fois aux parties transitoires que permanentes des signatures traitées. Nous proposons deux voies d'investigations complémentaires en basses fréquences et en hautes fréquences auxquelles on appliquera la méthode de Matrix Pencil pour caractériser chaque charge par un ensemble de pôles et de résidus tant en régime transitoire qu'en régime permanent. Cette technique d'identification a été implantée dans le prototype de compteur électrique réalisant les fonctions de reconnaissance et d'identification des signatures. La conception et la réalisation du prototype ont été suivies par la validation de la fonction d'identification et de reconnaissance des usages dans une maison témoin. La capacité d'identification et le niveau du taux d'erreur sont très satisfaisants. Une éventuelle amélioration technologique permettra dans le futur de réaliser une meilleure identification.

Si le numérique transforme le secteur de l’énergie, l’ampleur et les formes prises par cette évolution restent à étudier. La conception du compteur communicant Linky a été accompagnée dès 2005 de nombreuses tentatives de redéfinition des conduites individuelles, prônant l’avènement d’un « consommateur intelligent » (smart consumer), qui repose à la fois sur une logique d’ouverture des marchés de l’énergie et sur un principe d’économie et de transition énergétique. Or, l’installation de cette nouvelle technologie, déjà installée dans de nombreux autres pays depuis le début des années 2000, fait débat, et ce, depuis son lancement expérimental en 2010.Contre une rationalité sans lieu et sans histoire du compteur Linky, cette thèse en sociologie de l’innovation propose d’analyser les formes de politisation et les modalités d’appropriation que suscitent la conception, la réception et le fonctionnement de cette nouvelle technologie. Cette étude met en évidence que les qualifications du compteur Linky dépassent les espaces de conception : le sens et les appropriations se construisent au sein des mondes sociaux parties prenantes du compteur Linky. À chacune des étapes d’innovation dans les mondes sociaux étudiés du compteur Linky, de nouvelles controverses apparaissent, s’articulant autour de débats en apparence très éloignés les uns des autres. Le compteur Linky, en tant qu’infrastructure de numérisation du monde de l’énergie, agit ainsi comme un révélateur de nouvelles interrogations, à l’aune de débats contemporains sur la consommation, la santé, et le numérique, tels que négociés par plusieurs « entrepreneurs de cause », qu’ils soient professionnels ou non (défenseurs de la protection des données personnelles, collectifs électrohypersensibles, promoteurs de la transition énergétique, militants de l’ouverture des données personnelles, personnels de terrain). Omniprésente, les figures de l’usager et du citoyen n’ont de cesse d’être invoquées au sein de ces régimes de dénonciations : usager acteur de ses consommations, précaires énergétiques, victimes sanitaires, personnes dont la vie privée est atteinte, etc.Braquer le projecteur sur la nouveauté du compteur Linky ou les controverses médiatiques qu’il suscite masque en partie l’ensemble des régulations à l’œuvre opérées par les mondes sociaux du compteur Linky : la thèse montre que les dynamiques de controverses sont liées à des spécificités locales (histoire sociopolitique des territoires ; réseaux associatifs et politiques ; caractéristiques des parcs de compteurs analogiques). L’étude de la relation de service des professionnels de terrain/clients montre également le poids des régulations de proximité : après une intense phase de résolution de litiges, les professionnels vont resserrer le sens et les usages de l’infrastructure dans le cadre d’une relation de service pacifiée autour de la figure d’un client honnête tenu à distance de son infrastructure de comptage. Le compteur Linky — cequ’il devrait être, ce qu’il devient finalement — donne à voir une pluralité de modèles de société (société sobre en économies d’énergie, société « connectée », etc.). C’est à l’analyse de ce processus, de cette « mise en société », présidant la transformation et l’adaptation du compteur Linky, que cette thèse est consacrée.Cette recherche, en partenariat avec le Groupe de Recherche Énergie, Technologie et Société (EDF Lab), s’appuie sur près de 135 entretiens et des observations ethnographiques (en Île-de-France, dans le sud-ouest, en Indre-et-Loire et dans la métropole lyonnaise), menés avec l’ensemble des parties prenantes, de la conception et de la diffusion, sur l’étude de deux terrains contrastés d’expérimentation du compteur Linky, ainsi que d’analyses de contenus médiatiques et d’archives historiques des entreprises de l’énergie. / While digital technologies are transforming the energy sector, the scale and forms taken by this evolution remains to be studied. Through smart grids, digitization has been established as an indisputable rational imperative, even becoming the roadmap of the French public authorities with the communicating counter called "Linky". Following a social consultation initiated in 2005, the design of this tool was accompanied by numerous attempts to redefine individual behaviour, advocating the advent of a "smart consumer", which is based both on a logic of opening of the energy markets and on a principle of economy and energy transition. However, the implementation of this new technology (almost a third of the residential park already replaced in September 2018), already installed in many other countries since the early 2000s, is regularly debated in the public space and since its experimental launch in 2010.Advocating against a placeless and a-historical approach of the Linky counter, this thesis in sociology of innovation analyses the forms of politicization and the modes of appropriation that arise in the processes of conception, reception and operation of this new technology. The conditions of development and uses of the meter go beyond technological issues. At each of the stages of innovation in the social worlds studied by the Linky Meter, new controversies emerge, revolving around debates seemingly far apart from each other. The Linky meter, as a digitization infrastructure of the world of energy, triggers questions. Ubiquitous, the figure of the citizen is constantly invoked within these regimes of denunciations: users monitoring their consumptions, precarious access to energy, health casualties, people whose privacy is breached, etc. The actors oppose the Linky counter on the basis of the defence of the general interest (to the detriment of particular interests) and of the protection of citizens, often setting the focus on vulnerable ones (consumers, workers, health victims). This study shows how contestation, both in the company and in the public space, interferes with the development of the communicating meter and sometimes manages to block the emergence of certain technical features or modify their course. The development and politicization of the Linky meter is not only mediated by actors from the worlds of energy and their concerns, but is also updated in the light of contemporary debates. Questions of consumption, health, and digital are endorsed by claims makers, both professional and volunteers (defenders of personal data protection, electro hypersensitive collectives, promoters of the energy transition, activists advocating against the opening of personal data, field staff). The Linky Meter - what it should be, what it ultimately becomes, reveals a plurality of social models (low-energy society, connected society, etc.). The thesis explores the ways in which Linky meter is being embedded in society and thereby transformed and adapted.This research, in partnership with the Research Group Energy Technology and Society (EDF Lab), is based on nearly 135 interviews and ethnographic observations in Île-de-France, in the southwest, in Indre-et-Loire, and in the Lyon metropolis), conducted with all stakeholders, design and dissemination, as well as the study of two contrasting test sites of the Linky meter.

En 2010, ERDF (le distributeur d'électricité Français) a entamé la mise en place du projet " Linky " dont l'objectif est d'installer 35 millions de compteurs intelligents en France. Ces compteurs permettront de collecter les données de consommation en " temps réel ", avec lesquelles des modèles de charge plus précis pourront être envisagés. Dans ce contexte, cette thèse définit deux objectifs: la définition de modèles prédictifs de charge pour la conduite et la conception de modèles d'estimation de charge pour la planification. En ce qui concerne la conduite, nous avons développés deux modèles. Le premier exploite le formalisme mathématique des séries chronologiques ; le second est basé sur le réseau de neurones. Les deux modèles cherchent à prévoir la charge des jours " J+1 " et " J+2 " à partir des informations collectées jusqu'au jour " J ". Quand à la planification, un modèle non paramétrique est proposé et comparé avec le modèle actuel " BAGHEERA " d'EDF. Le modèle non paramétrique est un modèle individuel configuré par les relevées compteurs. Trois régresseurs non paramétriques (Nadaraya Watson, Local Linear et Local Linear adapted) sont proposés. Les scénarios de validation montrent que le modèle non paramétrique est plus précis que le modèle " BAGHEERA ". Ces nouveaux modèles ont été conçus et validés sur de vraies données collectées sur le territoire français.

L'évolution des réseaux électriques combinés avec les réseaux et les infrastructures des technologies de l'information et de la communication a donné lieu à une nouvelle génération de réseaux appelés Réseaux électriques intelligents (Smart grids). Ces réseaux ont des exigences relativement aux architectures de communication et des services. Cette génération de réseaux requiert également la mise en œuvre de services pour leur monitoring et leur surveillance. Avec la venue des compteurs intelligents, il devient possible de faire communiquer les foyers avec un centre de contrôle et de monitoring, ce qui permet de gérer et de contrôler à distance les appareils se trouvant dans le foyer. Les réseaux intelligents offrent également la possibilité d'intégrer des énergies alternatives et renouvelables comme l'énergie solaire ou l'énergie éolienne. Tout foyer connecté au réseau peut non seulement consommer de l'énergie provenant d'un réseau électrique comme celui d'Hydro-Québec, mais également produire de l'énergie et la rendre disponible aux autres foyers. Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés à plusieurs de ces aspects et nous formulons des propositions pour répondre aux nouveaux besoins crées par ces réseaux. Nous avons proposé des infrastructures de communication impliquant des réseaux sans fil et une architecture permettant de connecter les différents éléments du réseau et les équipements des foyers (appareils électriques, appareils électroménagers, etc.). Nous avons proposé plusieurs services pour effectuer le contrôle et le monitoring du réseau et des équipements des foyers à travers les compteurs intelligents. À cet effet, nous avons utilisé des services Web. Nous avons proposé une procédure d'ordonnancement des appareils électriques et électroménagers des foyers en vue de gérer leurs consommations et faire face aux situations de panne, notamment dans les chutes de tension. Nous avons également développé des services et une application pour donner accès à ces services à travers des appareils portables, notamment les téléphones mobiles intelligents. Pour permettre aux fournisseurs d'énergie de mettre à la disposition des usagers du réseau le surplus d'énergie qu'ils produisent, nous avons mis sur pied une infrastructure et des mécanismes d'échange pour la négociation de l'offre et de la demande d'énergie. Ce mécanisme utilise les agents mobiles. Ces agents sont des programmes qui voyagent à travers le réseau grâce à un protocole de routage spécifique en vue de trouver les meilleurs fournisseurs qui répondent aux demandes des foyers qui ont un besoin en énergie. Ce protocole de routage est évalué par simulation, et les résultats sont présentés et discutés dans ce mémoire, démontrant ainsi des bonnes performances. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : réseaux électriques intelligents, compteurs intelligents, monitoring et contrôle de la distribution d'énergie, gestion de la consommation électrique, ordonnancement, communication sans fil, agents mobiles.

La présente étude s’inscrit dans le contexte post-Fukushima et avait pour objectif la mise en place d’une méthode d’analyse pour identifier et quantifier, rapidement, des radionucléides émetteurs alpha et bêta, en situation post-accidentelle, dans les échantillons de l’environnement. La première étape de l’étude a permis de dresser la liste des radio-isotopes émetteurs alpha et bêta susceptibles d’être rejetés dans l’environnement suite à un accident nucléaire. Dans une deuxième étape, un protocole d’analyse rapide a été développé pour 17 radio-isotopes de U, Th, Pu, Am, Np et Sr. L’objectif était d’automatiser l’étape de séparation radiochimique et de la coupler à la mesure. La séparation est réalisée en employant des colonnes contenant les résines d’extraction, TEVA®, TRU et Sr. La mesure est effectuée par ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma induit) et dans certains cas par compteur proportionnel à gaz pour quantifier le radiostrontium (89Sr et 90Sr). D’excellentes performances analytiques ont été obtenues, lors de la mesure hors-ligne, pour des échantillons d’eaux (robinet, rivière et mer) et solides (sols et filtres d’aérosols), après une minéralisation par four à micro-ondes ou par fusion alcaline suivie d’une co-précipitation avec Ca3(PO4)2. Ces performances sont caractérisées par des rendements de récupération compris entre 70 % et 100 % et des écarts types entre 5 % et 10 %. Le protocole de séparation a été ensuite automatisé et transposé en mode couplage en ligne avec l’ICP-MS. Les paramètres opératoires ont été optimisés avec un plan d’expériences, défini et exploité avec le logiciel Minitab®. Après optimisation du protocole, l’automatisation et le couplage de la séparation permettent de quantifier rapidement, en 1,5 h par échantillon, U, Th, Pu, Am, Np et Sr et de gagner un facteur 20 sur les limites de détection des radio-isotopes artificiels. / The present study follows the Fukushima power plant accident and aimed to develop an analytical method to achieve, during an emergency situation, a rapid identification and quantification of alpha and beta emitters in environmental samples. The first step of this study allowed us to list the alpha and beta emitters which can be released in the environment in case of a nuclear accident. The second step aimed towards the development of a rapid analysis method to quantify 17 radionuclides of U, Th, Pu, Am, Np and Sr. The main objective was the automation of the radiochemical separation step and its coupling for the measurement. The separation is performed using columns containing extraction resins, namely TEVA®, TRU and Sr. The measurement is performed using an ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) and in some cases a gas proportional counter to quantify radiostrontium (89Sr and 90Sr). Excellent figures of merit were obtained, off line, with water (tap, river and sea water) and solid matrices (soil and aerosol filters), after a micro-wave digestion or an alkaline fusion dissolution followed by a Ca3(PO4)2 coprecipitation. The proposed analytical strategy showed yields between 70 % and 100 % and standard deviations between 5 % and 10 %. The newly developed separation method was then automated and coupled on-line to ICP-MS. The operating parameters were optimized using a design of experiments and the results were processed with Minitab®. The optimized automated separation coupled on-line to the ICP-MS allows the rapid quantification, in 1.5 h per sample, of U, Th, Pu, Am, Np and Sr with detection limits gain as high as 20 times for artificial radionuclides.

NIALM (Non-Intrusive Load Monitoring) est une technologie innovante qui permet de suivre la consommation individuelle en énergie des différents appareils électriques dans un réseau électrique grâce à un seul point de mesure. Ainsi, l’installation et la maintenance du système est très simple. Cependant, le logiciel NIALM nécessite le développement d’algorithmes sophistiqués pour identifier la consommation de chaque appareil avec une bonne précision. Par conséquent, ces algorithmes complexes nécessitent une plate-forme d’exécution puissante et coûteuse. En réponse à ce problème, cette thèse propose un système NIALM innovant fonctionnant en temps réel et à faible coût. Ce système permet de dépasser certaines limites actuelles du NIALM grâce à une extraction d’informations supplémentaires sur les signatures électriques, une détection des transitions lentes et des appareils à multi-états grâce à deux nouvelles fonctions : un algorithme de détection d'événements CUSUM et une ventilation des sommes cumulées en se basant sur un algorithme génétique. La deuxième contribution importante est de proposer une méthodologie utilisant le modèle RPN (Reactive Process Network) pour développer le système NIALM dans un SoC (System on Chip) avec une accélération matérielle de type FPGA. Ce SoC permet ainsi l'exécution en parallèle dans le FPGA de processus de traitement de données avec des algorithmes complexes tout en satisfaisant les contraintes de temps. Les avantages de notre méthode sont : la capacité de développer une spécification exécutable, d’effectuer une exploration d'architecture, et d’obtenir rapidement un prototype du système NIALM à partir d’un même modèle applicatif. / In comparison to conventional smart meters, NIALM (Non-Intrusive Load Monitoring) is an innovative technology because it can monitor power usage on individual appliances in an electrical network using only one sensing node. Thus, setting up and maintaining the system is very simple because of the few of hardware elements. In contrast, the software of NIALM is often very complex and there is still the need in developing more complex algorithms to classify appliances more accurately. These complex algorithms of NIALM require to run on a powerful and expensive hardware platform. In order to overcome this problem, the first contribution of this thesis is to propose a low cost real-time innovative NIALM system to solve some limits of NIALM design by extracting more electrical signatures, detecting slow transition and multi-state appliances, and energy disaggregation in real-time. This is possible by using two new algorithms: CUSUM event detection algorithm and disaggregation based on Genetic Algorithm. Similar to complex DSP systems, a NIALM system contains both event control processes and data streaming processes. The second important contribution of this research is to propose a methodology based on RPN model (Reactive Process Network) to develop a complex NIALM system in SoC with FPGA acceleration. Such SoC allows running data streaming processes with complex algorithms and hard timing constraints in parallel in FPGA while other processes can run in processors. The advantages of our methodology are the ability to develop an executable specification to proceed to architecture exploration, and prototype the NIALM system quickly using the same application model.

L’étude des aérosols stratosphériques est importante pour comprendre le bilan radiatif terrestre. A l’heure actuelle, notre représentation des différents types de particules stratosphériques et leurs répartitions spatiale et temporelle n’est pas complète. Au cours de cette thèse, nous tentons de montrer que la mesure de la concentration en particules sous ballon météorologique au moyen d’un nouveau mini compteur de particules, le LOAC, pourrait permettre de rendre compte de la possible variabilité locale du contenu en aérosols stratosphériques dans la gamme de taille 0,2 à 100 μm en diamètre. La première partie de ce travail consiste à caractériser plus précisément les performances du LOAC sous ballon météorologique appliqué à la mesure en stratosphère. La seconde partie propose une analyse comparée du contenu en aérosols stratosphériques obtenu par LOAC, à partir de lâchers de ballons en France régulièrement depuis 3 ans et plus ponctuellement à l’étranger dans des situations particulières (volcan, mousson), et par d’autres types de données (Observations spatiales, lidar sol et simulation globale). Nous montrons alors que l’instrument possède une limite de détection rendant difficile la mesure des particules submicroniques lors de période de fond en moyenne stratosphère pour des concentrations de l’ordre d’une particule par cm3. Dans sa version actuelle, le LOAC permet de documenter les panaches volcaniques en troposphère ainsi qu’en basse stratosphère. En perspective, nous proposons des directions pour la calibration et l’analyse des futures données d’une nouvelle génération de l’instrument en développement. / The study of the stratospheric aerosols is important to our understanding of the terrestrial radiative budget. Our current comprehension of the different types of stratospheric particles and their spatial and temporal distribution is incomplete. In the present study, we try to show that measuring particle concentrations by the means of a new balloon-borne miniature particle counter, the LOAC, may allow us to determine the local variability in stratospheric aerosols in the size range 0.2 – 100 μm in diameter. In that respect, the PhD thesis consists of a first phase of a more accurate characterisation of the LOAC’s performances under balloon-borne measurement. A second phase consists of comparative analysis of stratospheric aerosol content based on a LOAC dataset obtained during a continuous campaign of balloon launches in France, along with some occasional flights abroad under particular circumstances (volcanic eruption, monsoon). Thus we show that the LOAC has a detection limit that restricts the measurement of submicronic particles in volcanic quiescent periods for concentrations lower than typically 1 particle per cm3. In its current version, the LOAC allows us to characterise aerosols in volcanic plumes in the troposphere and lower stratosphere. And, further, we propose directions concerning possible calibration and analysis strategies for the future data from the next generation of the LOAC currently in development.

Ce travail porte sur la réalisation d'un microspectromètre SWIFTS (Stationary Wave Integrated Fourier Transform Spectrometer) incluant des compteurs de photons SNSPD (Superconducting Nanowire Single Photon Detector). Il met en œuvre un interféromètre intégré à guide d'onde en arête bouclé, en SiN, sous lequel sont disposés 24 nanofils supraconducteurs SNSPD en NbN échantillonnant les interférences au pas de 160nm, à une longueur d'onde centrée sur 1.55µm. La conception, l'étude des composantes optique et électronique, la fabrication et la caractérisation à 4.2K sont décrites, jusqu'à la mise en évidence d'une modulation de puissance lumineuse dans le guide conformément à la formation attendue d'interférences. Le SWIFTS-SNSPD constitue le premier dispositif optoélectronique supraconducteur à part entière, doublement intégré. Sa capacité unique d'échantillonnage direct de franges d'interférences ouvre de nombreuses perspectives, pour des applications allant de l'astrophysique aux télécoms.