La transition vers les énergies renouvelables implique deux types de préoccupations environnementales. Les combustibles fossiles sont épuisables et leur utilisation génère des externalités négatives à travers des dommages environnementaux irréversibles. En outre, il existe des possibilités de synergies entre les mesures d'efficacité énergétique et l’adoption de l'énergie renouvelable dans la mesure où les premières réduisent la demande d'énergie de sorte que la dernière puisse commencer à réduire les émissions futures de gaz à effet de serre. L'objectif principal de cette thèse est d'analyser la transition énergétique optimale dans un contexte de survenance certaine et incertaine d'une catastrophe environnementale et de déterminer les instruments incitatifs au niveau des ménages en vue de stimuler la transition énergétique.La thèse est composée de quatre chapitres qui traitent indépendamment des différentes questions de la transition énergétique. Le premier chapitre met l'accent sur la transition énergétique optimale impliquant des décisions à la fois sur l'adoption de l'énergie renouvelable et de l'investissement dans les technologies d'économie d'énergie, quand il y a un seuil de pollution certain qui déclenche une catastrophe environnementale. Le deuxième chapitre étudie la transition optimale vers les énergies renouvelables quand la survenance de la catastrophe environnementale est incertaine. Le troisième chapitre cherche à comprendre le comportement des ménages par rapport à leurs décisions d'adopter simultanément les énergies renouvelables et à investir dans l'efficacité énergétique. Finalement, le quatrième chapitre examine le rôle des réseaux intelligents dans l'intégration de l'énergie renouvelable intermittente afin de faciliter la transition énergétique. / The transition to renewable energy involves two kinds of environmental concerns. First, fossil fuels are exhaustible and second, their use generates negative externalities through irreversible environmental damage. Furthermore, there are possible synergies between energy efficiency measures and renewable energy adoption in the sense that the former reduces the energy demand so that the latter can begin to cut future greenhouse gases emissions. The main objective of this dissertation is to analyze the optimal energy transition under certain and uncertain occurrence of environmental catastrophe and to determine incentive-based instruments at the household level in order to boost the energy transition. The dissertation consists of four chapters that independently present and discuss different issues of energy transition. The first chapter focuses on the optimal energy transition involving decisions about both renewable energy adoption and investment in energy saving technologies, when there is a certain pollution threshold that triggers the occurrence of environmental catastrophe. The second chapter investigates the optimal transition to renewable energy under uncertain occurrence of environmental catastrophe. The third chapter is devoted to understanding household behavior regarding energy transition. The fourth chapter explores the role of smart-grids in integrating intermittent renewable energy to facilitate the energy transition

Dans le contexte économique et énergétique actuel, la mise en œuvre de technologies à l'aide de l'énergie renouvelable comme source de chauffage offre un double avantage: la réduction de la pollution et des coûts de carburant. Il y a un besoin de promouvoir les sources renouvelables d'énergie comme les sources significatives de production d'énergie pour les systèmes décentralisés. Une première étude bibliographique a été fait sur les technologies existantes pour la production d'énergie électrique à partir du solaire. Cette étude consiste dans la recherche d’une nouvelle solution de conversion de l’énergie solaire pour la production d’électricité de faible puissance. L'un des objectifs de cette thèse a été la construction d'un moteur Stirling de type gamma fonctionnant à basse différence de température, adapté à un circuit solaire (capteur plan). Le moteur Stirling a été testé en vue de comparer les résultats expérimentales avec les résultats d’un model Schmidt, fait dans le logiciel, Matlab. Un autre cycle thermodynamique étais étudie dans cette travail, le Cycle Organique Rankine (ORC). Un modèle mathématique a été développé et vérifie dans les logiciels, Thermoptim et EES (Engineering Equation Solver) avec les résultats expérimentaux pour étudier les performances d'installation avec des différentes températures de fonctionnement. La méthode exergétique et la méthode du Pincement sont utilisée pour évaluer les performances du système comme irréversibilité, destruction d’exergie et phénomènes qui se produisent dans toutes les composantes du système ORC pour améliorer son fonctionnement. / In the current economic and energy context, implementation of technologies using renewable energy as heat source has two advantages: reducing pollution and fuel costs. There is a need to promote renewable energy sources such as significant sources of power generation for decentralized systems. In the first part, it was made a literature review on existing technologies for the production of electricity with solar energy. One of the objectives of this thesis was to build a Stirling engine gamma type suitable to use solar energy (flat plate collator). The Stirling engine was tested to compare the experimental results with the results of Schmidt model, realized in the software, Matlab. Another thermodynamic cycle was studied in this work, the Organic Rankine Cycle (ORC). A mathematical model was developed and verified in software, Thermoptim and EES (Engineering Equation Solver) with experimental results to study the installation performance function of different operating temperatures. The entire system and each subsystem are analyzed according to the first and the second law of thermodynamics. The exergy method and Pinch analysis are used to evaluate the performance of the system like irreversibility and exergy destruction, phenomenon that occurs in all components of the ORC system. This analysis is to improve the operation.

Les composés électrochomes changent de couleur en fonction d'une tension qui leur est appliquée. La tenue en cyclage de couches minces à base de NiO, électrochrome cathodique, dépend fortement de la température et de la pression de dépôt. D’autre part la proportion de phase électrochimiquement active dépend fortement de l’épaisseur des couches. Selon le modèle proposé NiO en milieu KOH se transforme en hydroxyde de nickel Ni(OH)2 puis dans la phase de coloration en oxyhydroxyde NiOOH avant de revenir à sa forme réduite durant la phase décoloration. À la fin de ce cycle, des traces de phase colorée persistent. Nous avons développé des nouvelles méthodes numériques d’analyse des spectres d'absorption de rayons X, caractérisant la structure locale autour du nickel dans ces phases non cristallisées, afin de déterminer les concentrations des diverses espèces au cours du cycle. Aucune des méthodes habituellement pratiquées, comme la combinaison linéaire d’espèces modèles par la méthode des moindres carrés linéaire, et la méthode d’Analyse en Composantes Principales, ne sont adaptées aux cas de spectres fortement corrélés comme les oxydes-hydroxydes de nickel. Nous montrons qu’il est possible d’améliorer la méthode des moindres carrés en utilisant un algorithme original : « la méthode des Moindres Carrés Linéaire Progressive ». La base de cette méthode est fondée sur l’étude statistique des erreurs et corrélations. Ce travail a permis de valider le modèle électrochimique et d’évaluer pour la première fois la concentration en NiOOH dans la phase réduite, signature de l'irréversibilité. Seule, la présence avant cyclage de Ni(OH)2 dans les films de NiO n'a pu être expliquée / Electrochromic materials change their color versus an applied electric voltage. The electrochemical study of NiO thin films, which are cathodic electromic materials, shows an important oxidationreduction cycles lifetime dependance on thin films deposition temperature and pressure. The proportion of electrochemically active material depends on the film thickness. The proposed model suggests that in KOH NiO is transformed first to nickel hydroxide Ni(OH)2, and to nickel oxihydroxide in the coloration process, before returning to Ni(OH)2 in the decoloration step. At the end of the cycle, traces of the colored phase are still observed. We have developed a new X-Ray absorption spectroscopy numerical analysis method in order to characterize the concentration of each species present in these non crystalline materials. Mixed Ni oxides and hydroxides XAS spectra are highly correlated and Linear Least Squares and Principal Component Analysis methods proved to be totally inefficient. In order to improve the linear least squares method, we have developed a home-made algorithm named « Progressive Linear Least Squares method ». This method is based on the use of statistical errors and correlations evaluation of the spectra. It was then possible to valid the electrochemical model and to evaluate for the first time the concentration of residual NiOOH in the reduced thin film phases, related to the irreversibility of the electrochromic process. However, we were unable to explain the presence of a small amount of de Ni(OH)2 in the NiO films prepared at room temperature, prior to any electrochemical treatment

Nous présentons une contribution expérimentale à l’étude des propriétés structurales et magnétiques de ferrites de gallium substituées par des terres rares. Ce travail s’inscrit dans la thématique plus générale des multiferroïques magnétoélectriques dont fait partie le composé Ga2-xFexO3 qui est ferrimagnétique et présente une polarisation spontanée à température ambiante. On s’intéresse à l’influence de la substitution d’atomes de gallium ou de fer par des éléments de terres rares (Sc, Yb, Er, Sm) sur les paramètres structuraux de Ga2-xFexO3 avec 0,9  x  1,2 et à l’effet de la substitution par Sc et Yb sur la température de transition magnétique et l’aimantation à saturation. On présente une étude expérimentale du magnétisme du composé Ga0.99Yb0.01FeO3, réalisée à partir de mesures de la susceptibilité alternative et de l’aimantation en fonction du champ magnétique, H, et de la température T. Un large domaine d’irréversibilité magnétique est observé dans le diagramme de phase H–T. Les résultats suggèrent que Ga0.99Yb0.01FeO3 constitue un verre de spin Heisenberg tridimensionnel. / We present an experimental contribution to the study of structural and magnetic properties for gallium ferrites substituted by rare earth elements. This work is part of the more general theme of magnetoelectric multiferroïc which includes the Ga2-xFexO3 compound ferrimagnetic and with a spontaneous polarization at room temperature. We study the influence of the substitution of gallium or iron atoms with rare earth elements (Sc, Yb, Er, Sm) on the structural parameters of Ga2-xFexO3 with 0.9  x  1.2 and the effect of the substitution by Sc and Yb on the magnetic transition temperature and the saturation magnetization. We present an experimental study of magnetism Ga0.99Yb0.01FeO3 compound, realized from alternative susceptibility and magnetization measurements as a function of magnetic field, H, and the temperature T. A wide irreversible magnetic area is observed in the phase diagram H–T. The results suggest that Ga0.99Yb0.01FeO3 is a three-dimensional Heisenberg spin glass.

Cette thèse comporte trois essais en économie des ressources naturelles. Le Chapitre 2 analyse les effets du stockage d’une ressource naturelle sur le bien-être et sur le stock de celle-ci, dans le contexte de la rizipisciculture. La rizipisciculture consiste à élever des poissons dans une rizière en même temps que la culture du riz. Je développe un modèle d’équilibre général, qui contient trois composantes principales : une ressource renouvelable à accès libre, deux secteurs de production et le stockage du bien produit à partir de la ressource. Les consommateurs stockent la ressource lorsqu’ils spéculent que le prix de cette ressource sera plus élevé dans le futur. Le stockage a un effet ambigu sur le bien-être, négatif sur le stock de ressource au moment où le stockage a lieu et positive sur le stock de ressource dans le futur. Le Chapitre 3 étudie les effects de la migration de travailleurs qualifiés dans un modèle de commerce international lorsqu’il y a présence de pollution. Je développe un modèle de commerce à deux secteurs dans lequel j’introduis les questions de pollution et de migration dans l’objectif de montrer que le commerce interrégional peut affecter le niveau de pollution dans un pays composé de régions qui ont des structures industrielles différentes. La mobilité des travailleurs amplifie les effets du commerce sur le capital environnemental. Le capital environnemental de la région qui a la technologie la moins (plus) polluante est positivement (négativement) affecté par le commerce. De plus, je montre que le commerce interrégional est toujours bénéfique pour la région avec la technologie la moins polluante, ce qui n’est pas toujours le cas pour la région qui a la technologie la plus polluante. Finalement, le Chapitre 4 est coécrit avec Yves Richelle. Dans ce chapitre, nous étudions l’allocation efficace de l’eau d’un lac entre différents utilisateurs. Nous considérons dans le modèle deux types d’irréversibilités : l’irréversibilité d’un investissement qui crée un dommage à l’écosystème et l’irréversibilité dans l’allocation des droits d’usage de l’eau qui provient de la loi sur l’eau (irréversibilité légale). Nous déterminons d’abord la valeur de l’eau pour chacun des utilisateurs. Par la suite, nous caractérisons l’allocation optimale de l’eau entre les utilisateurs. Nous montrons que l’irréversibilité légale entraîne qu’il est parfois optimal de réduire la quantité d’eau allouée à la firme, même s’il n’y a pas de rivalité d’usage. De plus, nous montrons qu’il n’est pas toujours optimal de prévenir le dommage créé par un investissement. Dans l’ensemble, nous prouvons que les irréversibilités entraînent que l’égalité de la valeur entre les utilisateurs ne tient plus à l’allocation optimale. Nous montrons que lorsqu’il n’y a pas de rivalité d’usage, l’eau non utilisée ne doit pas être considérée comme une ressource sans limite qui doit être utilisée de n’importe quelle façon. / This thesis consists of three essays in resource economics. Chapter 2 analyzes the effects of resource storage on welfare and on the resource stock, in the context of rice-fish culture. I develop a simple general equilibrium model, that has three central components: one open access renewable resource with logistic natural growth, two production sectors and storage of the good produced with the resource. Consumers store the resource when they speculate that the price of the resource will be higher in the future. Storage has an ambiguous effect on welfare, has a negative impact on resource stock at the period the storage takes place and has a positive impact for all following periods. Chapter 3 examines the effects of migration of skilled workers in a model of interregional trade in the presence of pollution. I develop a two-sector model of trade that incorporates both pollution and migration issues to show that interregional trade can affect the pollution level of a country composed of regions with different industrial structures. The mobility of workers amplifies the effects of interregional trade on the environmental capital. The region with the less (more) polluting technology is affected positively (negatively) by trade. Migration doesn’t affect the trade pattern. The region with the less polluting manufacturing industry always gains from trade. If the preferences over manufactures is relatively low, the region with the more pollutant technology can experience a loss from trade in the long run. Finally, Chapter 4 is co-authored with Yves Richelle. In this chapter, we consider the problem of efficiently allocating water of a lake among different potential users. We consider two types of irreversibility: the irreversibility of an investment that creates a fixed damage to the ecosystem and the irreversibility of the right to use the resource that comes from the legislation (legislative irreversibility). First of all, we determine the value of water for users. Then, we characterize the optimal allocation of water among users. With legislative irreversibility, we show that it is sometimes optimal to reduce the amount of water allocated to the firm, even though there is no rivalry in use. Moreover, we show that it is not always optimal to prevent the damage created by the irreversible vi investment. We define the context, in which it is optimal to intervene to prevent the damage. Furthermore, with irreversibility, we prove that the marginal value of water at the efficient allocation for users is not equalized. Overall, we show that in the case of no rivalry in use, unused water should not be seen as a limitless resource to be used in any way whatever.