Nous présentons notre contribution sur la régulation et l’optimisation de la production d’électricité.La première partie concerne l’optimisation de la gestion d’un micro réseau. Nous formulons le programme de gestion comme un problème de commande optimal en temps continu, puis nous résolvons ce problème par programmation dynamique à l’aide d’un solveur développé dans ce but : BocopHJB. Nous montrons que ce type de formulation peut s’étendre à une modélisation stochastique. Nous terminons cette partie par l’algorithme de poids adaptatifs, qui permet une gestion de la batterie du micro réseau intégrant le vieillissement de celle-ci. L’algorithme exploite la structure à deux échelles de temps du problème de commande.La seconde partie concerne des modèles de marchés en réseaux, et en particulier ceux de l’électricité. Nous introduisons un mécanisme d’incitation permettant de diminuer le pouvoir de marché des producteurs d’énergie, au profit du consommateur. Nous étudions quelques propriétés mathématiques des problèmes d’optimisation rencontrés par les agents du marché (producteurs et régulateur). Le dernier chapitre étudie l’existence et l’unicité des équilibres de Nash en stratégies pures d’une classe de jeux Bayésiens à laquelle certains modèles de marchés en réseaux se rattachent. Pour certains cas simples, un algorithme de calcul d’équilibre est proposé.Une annexe rassemble une documentation sur le solveur numérique BocopHJB. / We present our contribution on the optimization and regulation of electricity produc- tion.The first part deals with a microgrid Energy Management System (EMS). We formulate the EMS program as a continuous time optimal control problem and then solve this problem by dynamic programming using BocopHJB, a solver developed for this application. We show that an extension of this formulation to a stochastic setting is possible. The last section of this part introduces the adaptative weights dynamic programming algorithm, an algorithm for optimization problems with different time scales. We use the algorithm to integrate the battery aging in the EMS.The second part is dedicated to network markets, and in particular wholesale electricity markets. We introduce a mechanism to deal with the market power exercised by electricity producers, and thus increase the consumer welfare. Then we study some mathematical properties of the agents’ optimization problems (producers and system operator). In the last chapter, we present some pure Nash equilibrium existence and uniqueness results for a class of Bayesian games to which some networks markets belong. In addition we introduce an algorithm to compute the equilibrium for some specific cases.We provide some additional information on BocopHJB (the numerical solver developed and used in the first part of the thesis) in the appendix.

Cette thèse s'articule autour de trois propositions de représentation de la structure incitationnelle qui sous-tend les contextes de régulation environnementale dans lesquels les agents producteurs de l'externalité adoptent des comportements proactifs pour devancer et prévenir la mise en place d'une éventuelle mesure contraignante par l'autorité régulatrice. Ces trois propositions sont faites dans une perspective normative, i.e. en considérant que l'autorité régulatrice peut jouer sur les modalités et résultats de l'autorégulation des agents par le moyen de menaces, d'effets d'annonce, pour d'induire les comportements souhaités, et atteindre l'efficacité environnementale et/ou de coût. Les mécanismes étudiés sont regroupés sous une dénomination commune d' 'approche volontaire collective préventive' (AVCP). La menace, sous la forme d'une taxe unitaire en cas de non-atteinte volontaire d'un objectif environnemental, est au centre de résultats de la thèse. D'abord dans un jeu statique d'émission (premier essai), ensuite dans un jeu différentiel d'extraction (second essai), et enfin, dans un jeu général de participation à l'AVCP (troisième essai). Dans chacun des contextes de régulation environnementale décrits, cette taxe est formalisée comme endogène, ce qui permet de considérer les AVCP comme de réels instruments de régulation, rejoignant la famille des outils dits basés sur les incitations. / This dissertation consists of three essays on the specific incentive structure that underlies regulation contexts in which the agents generating an environmental externality self-regulate in order to preempt the enforcement of a mandatory policy by a regulatory agency. The three essays take a normative perspective, i.e. investigate the way the regulatory agency may induce efficient proactive behavior by the mean of purposely designed threat and announcement effects. Such mechanisms fall under the common denomination of 'collective voluntary-threat policies' (CVTP). The three essays' results focus on the threat, formalized as a unit tax that is said to be implemented by the regulator if the environmental target is not reached voluntarily : first in a two-stage and static emission game (first essay) ; then in a differential extraction game (second essay) ; finally in a general participation game to the CVTP (third essay). In each framework, the tax is considered as endogenous, and thereby, the CVTP being studied as part of the Incentive-Based Regulatory Approaches.