Cette thèse s'intéresse à plusieurs aspects des marchés de gros de l'électricité. L'achat et vente d'électricité se négocient sur les marchés à terme et sur le marché day-ahead. Sur ce dernier se pratique un type d'enchère très spécifique, où les enchères des acteurs prennent la forme de fonctions d'offre et de demande. Chapitre 2 prend comme point de départ un résultat de Zachmann et von Hirschhausen (2008) qui constatent une réponse asymétrique du prix de gros de l'électricité en Allemagne au changement du prix des permis d'émission négociable ( EUA ). Cependant, en contradiction avec les résultats existants, il est démontré que l'asymétrie a disparu suite à la publication d'un rapport d'enquête par l'autorité de la concurrence. Chapitre 3 porte sur l'interaction des marchés à terme et day-ahead dans un jeu d'oligopole répété. L'effet du marché à terme sur la stabilité des collusions est étudié dans le cas où les stratégies sur le marché spot prennent la forme des fonctions d'offre. Il est démontré que la simple existence d'un marché à terme peut élargir l'intervalle des valeurs du facteur d'actualisation pour lesquelles la collusion est soutenable. Chapitre 4 examine si une réaction asymétrique au changement du prix du C02 est également présente dans les fonctions d'offre du marché d'électricité day-ahead. À cette fin, les outils de l'analyse des données fonctionnelles sont adoptés et appliquées à des données des enchères. Chapitre 5 développe un test pour l'auto-corrélation dans un panel d'observations fonctionnelles. Une simulation Monte-Carlo montre une bonne puissance du test dans des échantillons de taille habituellement utilisé dans la recherche appliquée. / This thesis addresses aspects of interacting markets in electricity wholesale. Electricity is traded in forward markets and in day-ahead auctions, which implement a very specifie market design. The bids of market participants take the fonn of supply and demand functions. Chapter 2 builds upon a finding of Zachmann and von Hirschhausen (2008) who report an asymmetric response of electricity wholesale prices for Gennany to changes in the price of EV Emission Allowances (EVA). ln contrast to the fonner contribution, it is shown that the asymmetry disappeared in response to a report on investigations by the competition authority. Chapter 3 addresses the interaction offorward markets and day-ahead auctions in a repeated oligopoly game. The effect offorward trading on the sustainability of collusion is studied for the case that spot market strategies take the fonn of supply functions. It is shown that the existence of forward markets enlarges the range of discount factors for which collusion can be sustained. Chapter 4 examines if an asymmetric reaction to EVA prices can also be found in the supply functions from the day-ahead market. To this end, tools from the field of functionaJ data analysis are adopted and applied to observed bids from the day-ahead auction. Chapter 5 develops a test for autocorrelation in functional panel data. Asymptotic nonnality of the statistic is proved, and Monte-Carlo simulation sho\l good power of the test in sample sizes which frequently prevail in applied research.

L’achèvement du marché intérieur de l’électricité réside dans la construction effective d’un ordre concurrentiel. Le droit de la concurrence constitue, en principe, l’unique norme d’encadrement du marché. Or, les nombreux dysfonctionnements concurrentiels dévoilent un bilan contrasté de la libéralisation. Ces résultats sont imputés à l’existence et à l’introduction de règlementations nationales, à l’instar de la tarification, qui affectent la transition concurrentielle du marché. Vingt ans après la décision d’ouvrir le marché à la concurrence, il n’existe pas un marché de l’électricité mais des marchés de l’électricité. Des normes de régulation sont donc introduites, en tant que technique d’accompagnement du phénomène d’ouverture à la concurrence et instrument correctif aux différentes failles de marché. S’ensuit un droit de la régulation de l’électricité aux côtés d’un droit de la concurrence. Mais cette régulation résulte également d’impératifs exogènes et endogènes au marché. L’électricité n’est pas une marchandise comme les autres. L’essentialité du bien électrique et ses externalités environnementales induisent un encadrement spécifique du marché. La protection du consommateur, la protection de l’environnement et la sécurité d’approvisionnement sont donc régies par des normes de régulation, voire des règlementations, aux incidences sur la transition concurrentielle. Source de complexité et d’incohérences juridiques, la plurifonctionnalité de l’électricité affecte le projet d’un ordre strictement concurrentiel du marché / The completion of the internal electricity market depends on the effective construction of a competitive order. Competition law acts therefore as the sole market framework standard. However, the numerous competitive inefficiencies reveal a mixed record of liberalisation. These results are attributed to the existence and introduction of national regulations, such as pricing, which affect the competitive transition of the market. The electricity market is thus marked by a dispute between member states and the European Union. Twenty years after the decision was made to open the market to competition, there is not an electricity market but several electricity markets. Regulatory standards are therefore introduced to complement the opening to competition and fix the various market failures. Introduced ab initio as a transitional and supplementary law, the multiplication of regulatory standards and the enhancement of their scope of application give them a market framework role. This creates a regulation law alongside competition law on the electricity market. But this regulation also results from exogenous and endogenous imperatives to the market. Electricity is not a commodity like others. The essentiality of the electric good and its environmental externalities shape a specific market framework. Consumer protection, environmental protection and security of supply are therefore governed by regulatory standards, or even regulations, which have an impact on the competitive transition. The electricity market is thus confronted with many legal inconsistencies. The multifunctionality of electricity affects the project of a strictly competitive market order

Cette thèse est consacrée à l'analyse variationnelle des problèmes d'équilibre avec contraintes d'équilibre (problème d'optimisation bi-niveaux). Ce travail tire sa motivation de modèles de marchés de l'électricité issus de la théorie des jeux non coopératifs. Dans de tels marchés, un régulateur, appelé ISO (Independant System Operator), gère le clearing et les flux d'électricité entre zones d'enchère. Nous avons développé cette analyse variationnelle selon différents axes. Tout d'abord et sur un modèle spécifique, nous avons analysé de façon exhaustive la notion de meilleure réponse d'un producteur, grâce à la détermination d'une formule explicite pour l'unique solution du problème de bas niveau de l'ISO. Puis, pour un modèle plus général de marché, la stabilité des points M(ordukhovitch)-stationnaires a été étudiée via la notion de codérivée limiting de second ordre des opérateurs multivoques. En fin, le concept d'opérateur normal limiting a été introduit et des règles de calcul ont été obtenues, fournissant ainsi un nouvel outil performant pour l'analyse quasiconvexe. L'idée de base a été l'utilisation, pour des cônes normaux à des sous-niveaux d'une fonction, de la construction limiting classiqueen analyse variationnelle moderne. Cette approche est motivée par l'hypothèse de la quasiconvexité des fonctions de coût généralement faite dans de nombreux jeux non-coopératifs. / This thesis is focused on nonsmooth variational analysis of equilibrium problems with equilibrium constraints. Such an eff ort is directly motivated by a model of electricity markets encountered in non-cooperative game theory. In such a marketthere is the so-called Independent System Operator (ISO), a regulator entity that manages the market clearing and the electricity dispatch. This market structure makes the problem of electricity markets challenging from the mathematicalpoint of view. In this area, we discovered several possibilities for further development. First, the best responses of producers in a speci fic variant of a model are fully analysed. This progress was due to an analytical formula for a uniquesolution to the lower level ISO problem. Then, for a more general model of the market, stability of the so-called M(ordukhovich)-stationarity points is provided based on the concept of coderivatives. To this end, the respective second order limiting coderivative was computed. Finally, the concept of limiting normal operator is proposed, a new tool for quasiconvex analysis exhibiting workable calculus rules. The basic idea is to employ the same limiting construction that is used in modern variational analysis in connection with normal cones to sets. This topic is motivated by the classical assumption in many non-cooperative games where the loss function of players is often assumed to be quasiconvex.

L’objet de cette thèse est l’intégration des parcs photovoltaïques intelligents au marché de l’électricité dans un environnement de libre concurrence. Les centrales photovoltaïques intelligentes sont celles qu’incluent systèmes de stockage pour réduire sa variabilité et en plus fournir à l’ensemble une plus grande contrôlabilité. Ces objectives techniques sont obtenues grâce à la capacité bidirectionnelle d’échange et stockage d’énergie qu’apportent les systèmes de stockage, dans ce cas, les batteries. Pour obtenir la rentabilité maximale des systèmes de stockage, le dimensionnement doit être optimisé en même temps que la stratégie de gestion avec laquelle le système de stockage est commandé. Dans cette thèse, une fois la technologie de stockage plus adapté à l’application photovoltaïque est sélectionnée, à savoir la technologie de lithium-ion, une participation innovatrice de part des parcs photovoltaïques intelligents dans le marché de l’électricité est proposée qui optimise à la fois le dimensionnement et la stratégie de gestion d’une manière simultanée. Ce processus d'optimisation ainsi que la participation au marché de l'électricité a été appliquée dans un cas d’étude réel, ce qui confirme que cette procédure permet de maximiser la rentabilité économique de ce type de production. / The present PhD deals with the integration of intelligent photovoltaic (IPV) power plants in the electricity markets in an environment subject to free competition. The IPV power plants are those that include energy storage systems to reduce the variability and to provide the entire group a controllability increase. These technical objectives are obtained thanks to the bidirectional exchanging and storing capability that the storage system contributes to, in this case, battery energy storage system (BESS). In order to obtain the maximum profitability of the BESS, the sizing must be optimized together with the control strategy that the BESS will be operated with. In the present PhD, once the most performing battery energy storage technology has been selected, the lithium-ion technology, an innovative IPV power plant electricity market participation process is proposed which optimizes both the sizing and the energy management strategy in the same optimization step. This optimization process together with the electricity market participation has been applied in a real case study, confirming that this procedure permits to maximize the economic profitability of this type of generation.

La complexité des projets d'infrastructure en mer, notamment l'installation de centrales électriques, du fait d'un cadre légal non adapté en matière d'électricité et en matière d'exploitation de l'espace maritime et des ressources marines et de la complexité de relations bilatérales existantes entre les pays riverains du golfe du Mexique, sert d'argument en faveur du recours à des partenariats public-privé plutôt qu'à d'autres formes traditionnelles de partenariats, d'autant plus que l'on vient d'avoir des réformes structurelles du secteur mexicain de l'énergie qui ont changé notamment les paradigmes, sa structure, la législation et la régulation applicable et le rôle des autorités auparavant existantes. Or, dans son état actuel, le marché mexicain de l'électricité demeure susceptible d'empêcher une libre et saine concurrence et met l'accent sur l'importance de préserver la sécurité juridique des investisseurs, notamment pour des cas d'infrastructures complexes. Conçu dans le cadre des partenariats public-privé, l'on propose un mécanisme de financement basé sur le recours à des instruments financiers dérivés ayant pour actif sous-jacent des indices sur l'électricité, accompagné d'un encadrement législatif formulé sur la base des textes européens. En effet, puisque la transversalité qui caractérise le droit de l'électricité ne se limite pas à la seule mise en place des projets d'infrastructures matérielles, elle doit servir aussi à justifier la création d'un marché de gros de l'électricité et la négociation sur des instruments financiers nouveaux. / The complexity of infrastructural offshore projects, in particular the installation of electric utilities, as a consequence of a non-adapted legal framework applicable to both electricity and to the exploitation of the maritime space and of marine resources, as well as the complexity of bilateral relations existing between the neighboring countries of the Gulf of Mexico, should be seen as an argument in favor of the use of public private partnerships rather than traditional forms of partnerships, especially because the Mexican energy market's structure has just been reformed, giving thus place to changes in existing paradigms, in the applicable legislation and regulation and in the role of existing authorities. Nevertheless, in its current state, the Mexican electricity market remains likely to impede a free and healthy competition, situation that emphasizes the importance of preserving investors' legal security, especially in the case of complex infrastructural projects. Conceived within the framework of public private partnerships, it is proposed a financial scheme based on the use of financial derivatives having for underlying asset electricity indexes, accompanied by its legal framework conceived on the basis of European texts. In fact, because of the cross-cutting nature that characterizes the right of electricity, its study should not be limited to the mere installation of material infrastructures, but should also justify the creation of a wholesale electricity market and the setting of bases for the negotiation of new financial instruments.

Une crise de grande ampleur laisse supposer d’importants changements en politiques publiques.Toutefois, les multiples accidents nucléaires ont souligné l’effet d’inertie du système de l’électricité en France comme au Japon et du maintien des acteurs dominants au sein de ce système. Le particulier focusing event que constitue Fukushima apparaît toutefois comme un vecteur important de changement dans un système fortement soumis à la dépendance au sentier et à un bouleversement des rapports de force,dépassant par là même les enjeux énergétiques. Au delà des questions de gouvernance de l’énergie, ce travail vise en outre à souligner les importantes transformations qui touchent le marché de l’électricité sous les effets d’une libéralisation toujours plus poussée. Dès lors cette analyse s’attache à fois à l’étude de la gouvernance de la politique de l’énergie mais également aux conséquences d’une ouverture plus progressive du marché sur les acteurs concernés dans une perspective principalement nationale mais aussi européenne. / While a widespread crisis would cause significant changes in public policies, nuclear accidents underline an inertia effect in the energy system in France and Japan. These cases lay out the maintenance of the position of dominant stakeholders within the system. Nevertheless, the particular focusing event of Fukushima appears to be an important driver of change in a system with strong path dependency, and disrupts the power balance of stakeholders. The change then goes beyond energy issues. In addition to the governance stakes, this thesis examines the significant alterations of the electricity market under the liberalisation dynamics . It also analyses the governance of energy policy and the consequences of the electricity market from domestic and European perspectives.