Avec l’évolution technologique, le progrès de l’électronique de puissance et surtout l’enjeu économique, l’utilisation des machines asynchrones à cages ou à rotor bobiné occupe de plus en plus de place dans tous les domaines comme les entrainements électriques et la production d’énergie, leur robustesse, leur fiabilité et leur coût moins élevé sont particulièrement appréciés. Ces deux types d’actionneur en fonctionnement générateur sont la base des éoliennes actuelles.Néanmoins, malgré les travaux de recherches effectués ainsi que les améliorations apportées, ces machines demeurent des sièges potentiels de défaillances aussi bien au niveau stator que rotor. Les défauts les plus courants qui peuvent se produire dans la génératrice asynchrone à rotor bobiné du système éolien, au niveau rotor et stator sont : a) le court circuit sur les enroulements rotoriques et statoriques, b) les défaillances de roulements, c) les irrégularités statiques ou dynamiques de l’entrefer, d) les problèmes au niveau des balais et collecteurs. Ces types de défauts doivent êtres détectés, localisés à temps car ils peuvent endommager gravement le système. Durant ces dernières années, le diagnostic des défauts affectant les systèmes éoliens a été largement étudié. Un grand nombre de méthodes est disponible visant à améliorer la conception du système, à augmenter la qualité et la production d’énergie électrique et d’en diminuer les coûts. Malgré les résultats de la recherche, ces systèmes multi-Complexes restent encore les sièges de réflexions de plusieurs laboratoires tant qu’industriels qu’académiques.Ce rapport de thèse présente une nouvelle méthodologie de diagnostic de défauts combinant la méthode à base de modèle utilisant les équations mathématiques explicites du processus et la méthode sans modèle. Les machines électriques sont modélisées analytiquement par la méthode des circuits électriques magnétiquement couplés. L’objectif est de générer des données en fonctionnement sain et en fonctionnement défaillant de ses variables d’état. Tandis que la méthode sans modèle utilisée est l’analyse en composantes principales (ACP). Les deux méthodes sont implémentées sous Matlab/ Simulink. Les données de la machine acquises sont traitées et analysées par des méthodes statistiques pour générer des résidus. La détection et la localisation de défauts sur la machine sont obtenues par l’analyse des résidus de ses variables d’état. Les résidus sont des indicateurs de défaillance ou non du système étudié. L’analyse des grandeurs caractéristiques de la machine étudiée dans ce rapport de thèse par le biais de plusieurs résultats de simulation montre l’efficacité de la méthode ACP, aussi bien sur le plan de la détection que de la localisation, par rapport aux autres méthodes de diagnostic des machines électriques. / With the technological evolution, due to the progress of power electronics and the economic issue, the use of induction machines with squirrel cage rotor or wound rotor induction machine occupies more and more places in all areas such as electric drive system and power production due to their robustness, their reliability and their lower cost which are highly appreciated. These two types of actuator in generator operation are the basis of the current wind turbine.Nevertheless, in spite of those different researches as well as those improvements, these machines remain still the potential faults both in stator and rotor levels.The most current default which may occur in the wound rotor asynchronous generator of the wind system at the rotor and stator levels are: a) Inter-Turn short circuit on the rotor and stator windings; b) The bearings failures; c) Static or dynamic irregularities of the air-Gap; d) Brushes and collectors ring problems;These types of faults must be detected and localized in time because they may damage the whole system. During these last years, the faults diagnosis affecting the wind systems was widely studied.A large number of methods are available to improve the system design, to increase the quality and quantity of the electrical energy produced and to decrease this energy production costs. In spite of the literatures research results, these multi-Complex systems still remain the reflections seats of several industrial and academic laboratories. This thesis report presents a new faults diagnosis methodology combining the method using the explicit mathematical equations model of the process and the method without a prior model of the system which is the data statistical analysis. The electrical machines are analytically modeled by the method of magnetically coupled electric circuits.The objective is to generate data in healthy and faults functioning of its variable state. Whereas the method without model used is of the principal components analysis (PCA).Both methods are implemented under Matlab /Simulink. The data of the acquired machines are handled and analyzed through the statistical method in order to generate the residues.The detection and the localization of the machine faults are obtained by the residues analysis of its variable state. Residues are faults indicators or healthy on the studied system.The analysis of the characteristic size of the machine studied in this thesis report through several simulation results shows the efficiency of the method PCA, as well as in detection and localization, when compared with other diagnosis methods of electrical machines.

Afin de lutter contre le changement climatique et de préserver les ressources naturelles, de nombreux pays ont mis en place des politiques plus ou moins ambitieuses de développement des énergies renouvelables électriques à court et moyen terme, tandis que, en parallèle, des scénarii de prospective à long terme envisagent un approvisionnement électrique majoritairement d'origine renouvelable. Certaines de ces énergies sont intermittentes et non contrôlables et, du fait des faibles économies d'échelle dont elles bénéficient, peuvent être développées de manière décentralisée, intégrées au bâtiment et raccordées au réseau de distribution, à l'opposé des moyens de production actuels. Concomitamment, les pointes de consommation augmentent à un rythme soutenu et obligent les gestionnaires de réseaux et les producteurs/fournisseurs à toujours plus d'investissements dans des moyens de production et de transport qui ne seront utilisés que pendant un faible nombre d'heures par an.Les changements décrits ci-dessus vont avoir un impact sur les trois grands objectifs de la planification et de la gestion du système électrique : minimiser le coût global, assurer la sûreté de l'approvisionnement et garantir la qualité de la fourniture. Si on analyse le fonctionnement actuel du système, les transformations à venir et les possibilités offertes par l'intégration de solutions de contrôle et de gestion (compteurs électriques communicants, transformateurs régleur en charge, onduleurs PV avec gestion de réactif, stockages, etc.) au réseau de distribution, il est possible de mettre en évidence trois grands domaines d'application - et donc de valorisation - pour celles-ci. Il s'agit du déplacement temporel d'énergie, de la fourniture de services auxiliaires (régulation et suivi de charge, réserve ou gestion de tension, par exemple) et de l'optimisation de la planification et de la gestion du réseau (évitement et/ou retardement d'investissement).Cependant, l'ensemble des procédures et méthodes de planification et d'opération actuel est basé sur l'hypothèse d'une production centralisée et d'un réseau de distribution passif. Dans ce contexte, cette thèse contribue au développement d'une méthode de simulation d'un réseau de distribution actif en proposant trois avancées: une méthode de décomposition-coordination permettant la simulation intégrée du système centralisé et du réseau de distribution, un algorithme de résolution du problème des flux optimaux dans le réseau de distribution et un critère de criticité diminuant les besoins en capacité de calcul de la simulation si elle est employé dans un cadre de planification. / Many countries have set up mechanism support in favor of renewable energy development at a short or long term, while, in parallel, long-term scenarios of predominantly renewable energy provisioning are studied. Some of these energies are intermittent and non-dispatchable and, due to the low economies of scale they exhibit, can be deployed in a decentralized manner, integrated in buildings and connected to the distribution system.However, the methods and tools currently used to plan and operate the power system rely on hypothesis of centralized generation and passive distribution network. In this context, this thesis contributes to the development of a method aimed at simulated an active distribution network by proposing three novel approaches: a decomposition and coordination method allowing the integrated simulation of the centralized power system and the active distribution network, an algorithm to solve the single-stage optimal power flow in the distribution system as well as two criticality criteria allowing to decrease the computational burden of the simulation when it is used for planning purposes.

L’objectif de cette thèse est d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transitionénergétique dans les pays en développement (PED). L’apport des énergies renouvelables à latransition énergétique dans les pays en développement se justifie à deux niveaux. Dans unpremier temps il vise à étudier les conditions, moyens et conséquences de la modification desstructures de production énergétique existantes basées sur les technologies fossiles vers cellesintégrant les technologies propres qui sont plus respectueuses de la qualité de l’environnement.Dans un second temps, l’analyse de la transition énergétique propose une architectureinstitutionnelle, technologique, sociologique, réglementaire et managériale favorisant laconvergence vers un système socio-technique soutenable à travers la diffusion et l’adoption destechnologies renouvelables. Partant des approches existantes, l’idée fondatrice de cette thèse estd’insister sur la nécessité d’une mise en place d’une approche mixte de transition énergétiquedans les pays en développement en combinant une approche décentralisée (permettant de prendreen compte les caractéristiques spatiales des zones rurales enclavées) et centralisées (permettantd’insérer les PED dans un paradigme énergétique soutenable). A partir de cette orientation, nous!6proposons une approche interdisciplinaire empiriquement basée sur l’Afrique du Sud et leSénégal afin d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transition énergétique. Les outilsméthodologiques ont combiné la modélisation du type bottom-up et les techniques d’optimisationà travers les algorithmes de programmation linéaire. / The objective of this doctorate thesis is to investigate the contribution of renewable technologiesto energy transition in developing nations. In the theoretical framework such a contribution couldbe justified in two points. First, it analyses conditions, means and consequences of a modificationof a fuel-based energy production scheme to a new structure based on a more sustainableorientedpathway. Second, the analysis of energy transition provides institutional, technological,sociological and managerial frameworks strengthening the convergence toward a sustainableoriented energy paradigm through a diffusion and adoption of renewable technologies. From theexisting approaches, the core of this thesis is to assume a requirement to consider a mixedapproach of energy transition in developing nations through a combination of both decentralizedand centralized options. The decentralized energy transition approach allows an insertion ofspatial and geographical characteristics of remote locations in developing nations while thecentralized approach strengthens an inclusion of developing nations in a sustainable energyparadigm. From this orientation, we propose an interdisciplinary methodology, empirically basedon South Africa and Senegal in order to investigate the possible contribution of renewabletechnologies to energy transition. To investigate these questions, we combine a bottom-up energymodeling approach with optimization techniques through a linear programming algorithm.

Le développement de la production éolienne permet de satisfaire les objectifs de lutte contre le réchauffement climatique. Cependant, dans certaines zones du réseau électrique, l'intégration d'un volume important de production peut créer des congestions qui traduisent l'incapacité du réseau à évacuer cette production. Les méthodes actuelles pour gérer les congestions sont basées sur des calculs prévisionnels de restrictions de production qui peuvent entrainer des pertes de production importantes pour le renouvelable. Cependant, dans le cadre d'un développement important du renouvelable, il est nécessaire de définir une méthodologie de gestion des congestions fiable, optimale du point de vue économique et non discriminatoire pour la production renouvelable.Dans le cadre de cette thèse, la méthodologie de gestion des congestions locales proposée repose sur l'usage d'un contrôle correctif. Le contrôle correctif est basé sur une boucle de régulation et un algorithme utilisant les réseaux de Petri. Une étude de stabilité de la boucle de régulation a montré que les marges de stabilité dépendantes des gains composant la boucle sont suffisantes. L'algorithme permet de définir les groupes de production à choisir pour la gestion des congestions en considérant leur coût d'utilisation et leur impact sur la congestion. Les essais, effectués sous le logiciel EUROSTAG, ont montré la pertinence de la méthodologie proposée et sa capacité à s'adapter à l'insertion des moyens de production. De plus, des conclusions générales sur les différents coûts associés à la gestion des congestions en fonction des différentes règlementations régissant la production renouvelable ont été obtenues

Les systèmes hybrides EnR/H2 sont une solution innovante au problème du stockage des énergies renouvelables. Ces systèmes comprennent : une ou plusieurs sources renouvelables d'énergie ; un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène lorsque la source renouvelable fournit un excédent d'énergie ; à l'inverse, lorsque la demande excède la capacité de la source renouvelable, une pile à combustible consomme les gaz afin de fournir le complément d'énergie nécessaire. Afin de développer ces solutions dans le futur : il est nécessaire de constituer un ensemble de références architecturales correspondant aux applications cibles pour les systèmes hybrides EnR/H2 ; et de posséder un instrument décisionnel permettant le dimensionnement optimum des sous-systèmes selon plusieurs critères (efficacité énergétique du système ou coût du kWh). Un code numérique de dimensionnement sous langage MATLAB®, baptisé ORIENTE, a donc été développé dans le cadre des travaux de recherches qui s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-07-PANH-012). Les différents partenaires de ce projet sont la société HELION, l'Université De Corse, le CEA, l'INPT - LAPLACE et ARMINES. Les applications concernées par ce code, sont l'électrification de sites isolés, la gestion énergétique de micro-réseaux électriques et l'écrêtage de pointes de puissance sur un réseau électrique. La première application sera traitée via un démonstrateur qui sera installé à Cadarache début 2011, sur le site du CEA, celle-ci concerne l'alimentation d'un pylône météorologique. Cette application est labellisée par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. La 2ème application concerne l'étude d'un micro-réseau sur le site de MAFATE (îlet de la Réunion). Cette étudie est en partenariat avec l'ARER. La dernière application, nommée projet MYRTE a été traitée à travers une plateforme technologique sur le site de Vignola (près d'Ajaccio) pour des modes de contrôle-commande répondant à de l'écrêtage de pointe et à du lissage de la production photovoltaïque. Cette plateforme est financée par la région, l'Etat et l'Europe (FEDER). Cette application a fait l'objet d'une labellisation par CAPENERGIES.

Comme nombre d'autres Etats aux ressources insuffisantes, le Cameroun, pour satisfaire sa demande croissante en électricité, est à la recherche des solutions novatrices en terme de coûts et de garanties dans l'optique d'assurer le développement durable de son secteur énergétique. Les énergies renouvelables y contribueront certainement étant donné la prise de conscience des impacts négatifs sur l'environnement des systèmes actuels et l'existence d'un potentiel important, équivalent pour les trois filières étudiées (gazéification de la biomasse ligneuse, biométhanisation de la biomasse humide et la microhydroélectricité) au moins à la consommation actuelle prélevée du réseau national. La question de fond est de savoir comment cet accroissement indispensable devrait s'effectuer ?, selon quelles modalités ?, quelles rythmes ?, et suivant quels choix ? La contribution de cette thèse est le développement d'un modèle d'analyse permettant d'intégrer les critères environnementaux et économiques dans le processus de décision lors de la définition des politiques d'électrification. L'application du modèle au secteur électrique camerounais montre en tenant compte de l'évolution de la consommation en électricité (2006-2025) que l'intégration de l'électricité verte améliore le bilan financier du secteur électrique malgré le surcoût d'investissement qu'elle engendre. L'appel de fonds nécessaire à l'investissement peut trouver auprès des organismes financiers une réponse d'autant plus favorable aux énergies renouvelables qu'au delà de l'amélioration du bilan financier, l'effet favorable pour l'environnement peut générer des recettes supplémentaires via les mécanismes de Kyoto et d'autres fonds internationaux en faveur de la protection de l'environnement mondial car ce scénario permet d'éviter environ 6 millions de tonnes de CO2 équivalent sur la période analysée.

Comme nombre d'autres Etats aux ressources insuffisantes, le Cameroun, pour satisfaire sa demande croissante en électricité, est à la recherche des solutions novatrices en terme de coûts et de garanties dans l'optique d'assurer le développement durable de son secteur énergétique. Les énergies renouvelables y contribueront certainement étant donné la prise de conscience des impacts négatifs sur l'environnement des systèmes actuels et l'existence d'un potentiel important, équivalent pour les trois filières étudiées (gazéification de la biomasse ligneuse, biométhanisation de la biomasse humide et la microhydroélectricité) au moins à la consommation actuelle prélevée du réseau national. La question de fond est de savoir comment cet accroissement indispensable devrait s'effectuer ?, selon quelles modalités ?, quelles rythmes ?, et suivant quels choix ? La contribution de cette thèse est le développement d'un modèle d'analyse permettant d'intégrer les critères environnementaux et économiques dans le processus de décision lors de la définition des politiques d'électrification. L'application du modèle au secteur électrique camerounais montre en tenant compte de l'évolution de la consommation en électricité (2006-2025) que l'intégration de l'électricité verte améliore le bilan financier du secteur électrique malgré le surcoût d'investissement qu'elle engendre. L'appel de fonds nécessaire à l'investissement peut trouver auprès des organismes financiers une réponse d'autant plus favorable aux énergies renouvelables qu'au delà de l'amélioration du bilan financier, l'effet favorable pour l'environnement peut générer des recettes supplémentaires via les mécanismes de Kyoto et d'autres fonds internationaux en faveur de la protection de l'environnement mondial car ce scénario permet d'éviter environ 6 millions de tonnes de CO2 équivalent sur la période analysée.

Ce travail de recherche interroge la notion du développement durable, et la façon dont ce concept se traduit dans le domaine des énergies renouvelables et du « tourisme durable » du niveau international au niveau local. A partir de cette question de départ, nous avons souhaité analyser les enjeux de la « durabilité » des énergies renouvelables par rapport à l’activité touristique et comprendre les leviers et les mécanismes qui participent à l’instauration d’un nouveau statut énergétique compatible avec le « développement durable ». Le développement durable n’étant pas un concept accepté de manière uniforme par tous les chercheurs, notre étude met en évidence la diversité des enjeux selon les échelles géographiques et repose sur des sources d’information variées, en essayant de distinguer les analyses théoriques et empiriques, et d’approcher la réalité de l’Europe par les réalités nationales et locales. Comme champ d’application de notre recherche nous avons choisi les îles de la Grèce, et nous avons cherché à voir comment les décideurs politiques de ce pays ont essayé de développer les énergies renouvelables en leur attribuant le statut de «formes énergétiques fondamentales » selon les lignes européennes. Nous avons cherché à élargir et valider nos conclusions par l’évaluation des « meilleures et des plus mauvaises pratiques » parmi diverses îles du monde. Nous avons revelé qu’il existe plusieurs dimensions du problème : - le jeu entre acteurs d'échelles différentes, aux enjeux souvent différents - le jeu et les interactions entre logiques sectorielles - le jeu des logiques spécifiques à certains milieux géographiques. Après des recommandations qui insistent sur l’importance de facteurs institutionnels et organisationnels dans le processus d’un développement durable, on parvient à conlure que, même si la multiplicité des échelles implique une grande complexité du développement durable, il y a toujours un espoir pour faire passer le message de Bruxelles à l’échelon local, sous la condition que certains paramètres soient pris en considération. / This research discusses the notion of sustainable development, and the way in which this concept is translated in the fields of renewable energies and “sustainable tourism” from the international to the local level. From this starting question, we wished to analyze the challenges of renewable energies regarding sustainability within tourist activity and understand the mechanisms which participate in the introduction of a new energy status compatible with “sustainable development”. The sustainable development not being an accepted concept in a uniform way by all the researchers, our study highlights the diversity of challenges met to various geographical scales. Our work is based on multiple information sources, while trying to distinguish theoretical and empirical analyses and to approach European reality through national and local realities. As field of application in our research, we have chosen the islands of Greece and we sought to see how political decision makers of this country have tried to develop renewable energies allocating them the status of “fundamental energy forms” in compliance with European guidelines. We sought to widen and validate our conclusions through the evaluation of “better and worst practices” among various islands of the world. We revealed that there are several dimensions of the problem: - interactions between actors of different scales, with often different challenges to meet - interactions between sectorial logics - interactions between specific logics applied to certain geographical environments. After our recommendations which insist on the importance of institutional and organisational factors in the process of sustainable development, we conclude that, even if the multiplicity of the scales implies a great complexity in the implementation of sustainable development practices, there is always a hope to transmit the message from Brussels to the local level, under the condition that certain parameters are taken into account.

Le raccordement des énergies renouvelables (ENR) aux réseaux de distribution peuvent nécessiter des travaux de renforcement coûteux et long à mettre en œuvre. Différentes solutions alternatives peuvent dans certains cas limiter l'ampleur des travaux à réaliser et donc leur montant et/ou leur durée. L’utilisation de telles solutions nécessite au préalable de réviser les méthodes de planification du réseau pour qu’elles puissent analyser leurs impacts technico-économiques. Cette thèse a pour objet d’apporter un cadre adapté à l’étude des leviers d’intégration des ENR à l’aide de nouvelles méthodes pour la planification pluriannuelle des réseaux de distribution. Comparée à l’état de l’art, l’approche adoptée présente l’avantage d’estimer les performances de ces leviers à moyen/long terme en considérant : 1) le comportement du gestionnaire de réseau de distribution, modélisé sous la forme d’une stratégie de planification multi-variables, 2) les interactions entre les réseaux de moyenne et basse tension, et 3) les incertitudes sur l’arrivée des ENR. Ces trois axes d’amélioration ont pu être abordés grâce à des méthodes de maîtrise du temps de calcul appliquées à l’estimation pluriannuelle de l’état électrique du réseau. Le potentiel de l’approche proposée est illustré via l’analyse technico-économique de plusieurs stratégies de planification incluant des leviers traditionnels et/ou des leviers d’effacement de production. Les travaux se concluent sur une première contribution sur l’optimisation des stratégies de planification compte tenu des incertitudes sur l’arrivée des ENR / The integration of Renewable Energy Sources (RES) into the distribution networks may require network reinforcements that can be expensive and take time. Different alternative solutions can limit the amount of work to be carried out and thus reduce their cost and/or duration. The use of such solutions requires modifying the network planning methods so as to analyze their techno-economic impacts. This research aims to provide a suitable framework for the study of RES-integration solutions using novel methods for the multi-year planning of distribution networks. Compared to the state of the art, the proposed approach provides the advantage of assessing the performance of these solutions in the medium/long run by considering: 1) the behavior of the distribution system operator, which is modeled as a multi-variable planning strategy, 2) the interactions between medium- and low-voltage networks, and 3) the uncertainties on the arrival of new RES. These three points could have been addressed by applying methods of reducing computation time to the multi-year estimation of the electrical network state. The potential of the proposed approach is illustrated through the techno-economic analysis of several planning strategies including traditional solutions and/or generation curtailment. The research concludes with a first contribution to the planning strategy optimization by taking into account the uncertainties on the arrival of new RES.

L'augmentation de la contribution des énergies renouvelables (solaire ou éolien) et une évolution majeure du parc électrique français et s'inscrit dans le cadre de la transition énergétique. Il est prévu que la part de ces énergies dans le mix passe de 6% actuellement à 30% d'ici à 2030. Cette augmentation en revanche laisse entrevoir d'importants déséquilibres entre l'offre et la demande, et les autres moyens de production, l'énergie nucléaire en tête, devront donc s'adapter. Ce travail vise à augmenter la disponibilité de suivi de charge des centrales, en améliorant leur pilotage durant tout le cycle d'exploitation. Parmi l'ensemble des réacteurs du parc nucléaire français, les réacteurs à eau pressurisées d'une puissance électrique de $1300$ MW sont choisis en raison de leur capacité de suivi de charge déjà accrue. Dans un premier temps, un modèle multi-physique et de type simulateur de la centrale est développé, permettant de prendre en arguments les paramètres principaux des barres de commande, et permettant de déterminer en quelques dizaines de minutes de calcul, les critères d'intérêt dont le premier est en lien avec le diagramme de pilotage et le second avec le volume d'effluents. Le problème d'optimisation est alors résolu grâce à des algorithmes évolutionnaires parallèles asynchronesde type maître-esclave, et les mode de pilotage obtenus sont commentés. / The increase of the renewable energies contribution (as wind farms, solar energy) is a major issue in the actual context of energetic transition. The part of intermittent renewable energies is indeed forecast to be around 30% of the total production in 2030, against 6% today. On the other hand, their intermittent production may lead to an important imbalance between production and consumption. Consequently, the other ways of power production must adapt to those variations, especially nuclear energy which is the most important in France. This work aims at increasing the availability of thepower plants to load-follow, by optimizing their manageability all along their operation cycle. Among the French nuclear fleet, the pressurized water reactors(PWR) producing $1300$ electrical MW and operated in the "G" mode are considered as they show the higher capability to load-follow. In a first step, a multi-physics PWR model is designed taking as inputs the main parameters of the control rods, and computing in few minutes the criteria of interest whichare linked to the control diagram and to the effluents volume. The optimization problem which consists in minimizing those two values of interest is then solved thanks to a parallel asynchronous master-worker evolutionary algorithm. Finally, the efficient operating modes are discussed.