Ce mémoire présente une synthèse des travaux de recherche que j'ai menés sur une dizaine d'années, depuis la soutenance de ma thèse de Doctorat " Conception de Marchés Efficaces pour les Secteurs Déréglementés : Le Cas des Marchés de Gros d'Electricité " en décembre 2001. L'exposé de mes travaux est construit autour de deux programmes de recherche, qui portent sur deux types de réformes complémentaires menées, depuis les années quatre-vingts, dans de nombreux pays: les réformes de libéralisation des industries d'infrastructure d'une part, et les évolutions réglementaires qui encadrent les interactions entre le secteur public et le secteur privé d'autre part. Dans mes travaux, j'emprunte deux directions traditionnelles de l'économie publique, à savoir l'analyse économique de la réglementation d'une part, et l'analyse économique des contrats publics d'autre part. J'adopte une vision d'un Etat régulateur qui s'appuie sur des contrats de régulation ou des mécanismes concurrentiels comme les enchères, pour intervenir et réguler l'activité économique. Je mobilise la théorie des coûts de transaction et la théorie néo-institutionnelle appliquée à la régulation d'une part, et la théorie des incitations appliquée à la régulation d'autre part, pour étudier les propriétés d'efficacité des mécanismes contractuels et des marchés. Enfin, je mobilise les développements récents de théorie des enchères et de l'économie du design appliqués aux secteurs que j'étudie pour comprendre l'impact des institutions de marché (notamment les enchères) sur l'efficacité des échanges. Mes travaux sont appliqués, et portent sur différents secteurs qui ont pour point commun d'être l'objet de réformes censées améliorer. Mes travaux concernent les réformes concurrentielles, quand il s'agit d'introduire la concurrence là où elle n'existait pas , ou les réformes réglementaires qui visent à modifier et encadrer les interactions public-privé. J'étudie plus particulièrement la libéralisation du secteur électrique. Dans ce programme de recherche, j'ai choisi d'étudier deux mécanismes qui participent à créer les conditions d'une concurrence effective à un niveau particulier de la filière électrique. Il s'agit d'une part des méthodes de gestion des congestions aux interconnexions transfrontalières - dispositifs cruciaux dans la perspective de la création d'un marché unique européen, et pour la sécurité d'approvisionnement à court terme - et d'autre part des mécanismes d'incitation aux investissements pour les capacités de pointe, qui viennent compléter les signaux " naturels " que sont les prix de l'électricité sur les marchés de gros, pour assurer la sécurité d'approvisionnement de long terme. Concernant le deuxième programme de recherche, mes travaux portent plus particulièrement sur deux types d'arrangements utilisés pour la commande publique qui ont fait l'objet de nouveaux textes réglementaires : les marchés publics dont les conditions d'utilisation sont définies dans les directives européennes 2004/18/CE et 2004/17/CE transposées en France dans le Nouveau Code des Marchés Publics de 2006 et les contrats de partenariat public-privé instaurés par le législateur en 2004 (ordonnance 2004-559 du 17 juin 2004 modifiée en 2008) ce qui en fait l'une des dernières formes de contrat public introduite en France.

Afin de répondre à une demande de soins et traitements toujours mieux adaptés et plus performants, des dispositifs médicaux implantables (DMI) ont vu le jour. Il s’agit actuellement de dispositifs isolés et autonomes à l’intérieur de l’organisme hôte, dont la fonction ne nécessite pas d’interaction avec celui-ci, ou uniquement dans un sens (par la libération de molécules par exemple). Une nouvelle génération de DMI dont le fonctionnement s’appuie sur des échanges continus avec l’organisme vivant est toutefois en cours de développement, et un des points clefs de leur élaboration est l’enrobage. En effet, l’interface entre le DMI et le corps joue un rôle primordial puisqu’elle doit assurer une symbiose parfaite entre ces derniers. Les mécanismes inflammatoires et immunitaires étant si complexes et puissants, il est nécessaire de protéger ces dispositifs tout en leur permettant de communiquer avec l’organisme hôte. En outre, cette barrière protège aussi le corps d’éventuels éléments agressifs libérés par l’implant. Ainsi, le travail de recherche décrit dans ce manuscrit concerne la fabrication et la caractérisation d’un matériau qui peut être utilisé pour enrober des dispositifs symbiotiques implantables.Dans ce contexte, les hydrogels d’alcool polyvinylique (Polyvinyl alcohol) : PVA) polymérisés physiquement par un procédé de congélation/décongélation se sont révélés particulièrement intéressants. En effet, leur structure semi-cristalline permet de modifier leur porosité et leurs propriétés mécaniques en faisant varier les paramètres de fabrication. Nous avons donc caractérisé physico-chimiquement les hydrogels de PVA (propriétés mécaniques, porosité, diffusivité), avant d’étudier leur biocompatibilité in vitro et in vivo. Pour finir, nous nous sommes concentrés sur un DMI particulier qu’est la biopile à glucose implantable, en analysant les performances du PVA en tant qu’enrobage d’électrodes.Ainsi, nous avons déterminé un procédé de fabrication permettant d’obtenir une membrane enrobante solide et facile à manipuler, poreuse afin de laisser diffuser le glucose et l’oxygène de manière optimale jusqu’à l’électrode, et protectrice vis-à-vis des protéines de l’organisme de plus grandes tailles. / The development of implantable medical devices (IMD) provides for more efficient treatment in specific healthcare applications. Such devices are isolated and autonomous within the host organism. Their function does not usually require any input from the host, with the main function of the IMD being typically to stimulate tissues (e.g. muscles, nerves) or to release molecules (e.g. osmotic pump). New generations of IMD that rely on the on continuous duplex interactions with the living organism are being developed. The key aspect of such IMD is the interface with the internal environment of the body. This interface plays a crucial role because it must ensure a perfect symbiosis between the IMD and the host. For example, the interface must both protect the IMD from the complex and powerful inflammatory and immune mechanisms in addition to providing an efficient communication pathway with the host organism. Furthermore, this interface also protects the body from the potentially aggressive elements that can be released by the IMD. The research described in this manuscript is focused to the manufacture and characterisation of a material that can be used to coat IMD so as to optimise both the biocompatibility and efficient functions of the IMD.In this context, the research described here has focused on hydrogels of polyvinyl alcohol (PVA) physically polymerized by a freeze/thaw method. Indeed, the semi-crystalline structure of PVA allows modification of the porosity and mechanical properties by varying the parameters of the production process. We therefore performed physico-chemical characterisations of PVA hydrogels (mechanical properties, porosity and diffusivity) before studying in vitro cytotoxicity and in vivo biocompatibility. We tuned the PVA membranes to a specific IMD that relied upon duplex communication for its function (i.e. the implantable glucose biofuel cell) and analyzed the performance of PVA to provide an optimised coating. The results report an optimised manufacturing process for PVA that provides for the IMD (i) a solid and easily handled membrane, (ii) a porous membrane optimised for the diffusion of glucose and oxygen to the IMD bioelectrodes, and (iii) a protective membrane against proteins of larger dimension.

Les réglementations thermiques successives poussent les bâtiments à consommer de moins en moins d’énergie. Les performances énergétiques accrues des bâtiments passent notamment par une bonne utilisation du rayonnement solaire en tant que source de chaleur (en évitant les surchauffes), de lumière ou d’énergie pour les panneaux solaires. Si les principes de conception permettant de bien profiter de ce rayonnement sont connus à l’échelle d’un bâtiment, les travaux portant sur la recherche des bonnes configurations de bâtiments à l’échelle du quartier sont en plein développement. A mesure que les logiciels de simulation du rayonnement solaire ou des besoins énergétiques s’améliorent et prennent mieux en compte la dimension urbaine, de nombreuses études sur la ville voient le jour. Les outils d’optimisation, par ailleurs largement utilisés dans le cadre du dimensionnement des systèmes du bâtiment et des matériaux composant son enveloppe ont cependant été peu utilisés dans l’étude des formes urbaines. Ceux-Ci présentant cependant l’avantage de pouvoir explorer de grands espaces de paramètres de manière intelligent. Ce travail de thèse a porté sur l’optimisation de formes urbaines par rapport au potentiel solaire. Dans ce cadre, un outil reposant sur un algorithme évolutionnaire a été mis en place. Celui-Ci permet de trouver le positionnement optimal de volumes correspondant à des bâtiments soumis au rayonnement solaire. Pour cela, différents types de paramètres sont associés aux bâtiments (hauteur, orientation, position), tandis que le contexte urbain du quartier peut être considéré de plusieurs manières : dégagé, fixe (quartier pré-Existant), ou périodique. Les essais d’optimisation effectués cherchent à maximiser l’exposition au soleil pour des latitudes comprises entre 40° et 60°N, différentes périodes de temps et densité bâties. Une extension est de plus réalisée pour étudier les quartiers minimisant les besoins en énergie pour le chauffage. Dans l’ensemble des cas, les résultats montrent qu’il existe de nombreuses configurations quasi-Optimales dont l’analyse permet d’identifier des comportements généraux du quartier en fonction du critère d’optimisation. Tous ces résultats sont encourageants et ouvrent des perspectives pour de futurs travaux. / The recent thermal regulations lead to more efficient buildings. Their design includes a good use of sunlight as a heat source (while avoiding overheating), light or energy for solar panels. If the principles of design to make the most of this radiation are known at the building scale, studies are still under development at the district level. As the software tools for the simulation of solar radiation or energy needs improve and better reflect the urban dimension, numerous studies at the district scale emerge. The optimization methods, although widely used to size the building systems and materials, are not common in the study of urban forms. However, these have the advantage of being able to explore large parameter spaces. This thesis focuses on the urban form optimization with respect to the solar potential. For this purpose, a tool based on an evolutionary algorithm is implemented. Its goal is to find the optimal positioning of volumes corresponding to buildings subjected to sunlight. Different types of parameters are associated with buildings (height, orientation, position), while the urban context can be considered in several ways : open, fixed (pre-Existing neighborhood), or periodic. Optimization tests seek to maximize exposure to the sun for latitudes between 40° and 60°N, different time periods and built densities. An extension is further performed to investigate neighborhoods minimizing energy requirements for heating. In all cases, the results show that there are many near-Optimal configurations that can be analyzed to identify general features of the good neighborhoods for each optimization criterion. All these results are inspiring and open perspectives for future works.

Les besoins en électricité des populations ivoiriennes vivant en milieu rural non couvert par le réseau électrique interconnecté sont satisfaits par des groupes électrogènes fonctionnant au gazole. L’utilisation de cette source d’énergie fossile comporte des risques à savoir la menace sur l’approvisionnement en électricité de ces zones et l’accroissement des émissions de gaz à effet de serre. Face à ces risques, la recherche de sources d’énergies alternatives reste une préoccupation majeure. Parmi les solutions, nous proposons comme source d’énergie d’utiliser le biodiesel de jatropha pour alimenter ces groupes électrogènes en zones rurales isolées. Cependant, avant d’envisager un tel projet, il importe d’en étudier la faisabilité et la pérennité. C’est le travail abordé dans cette thèse où les performances environnementales et énergétiques du biodiesel de jatropha utilisé comme combustible par un groupe électrogène servant à produire de l’électricité pour une localité ivoirienne isolée ont été étudiées à partir de la méthode de l’analyse du cycle de vie complétée par une analyse exergétique et une analyse technico-économique. / Some remote areas in Côte d’Ivoire are not covered by the interconnected grid. For these areas, the electricity needs of people are met by diesel generators. There are some risks with the use of diesel as fossil fuel such as the threat to the electricity supply of these areas and the increase of greenhouse gas emissions. These risks make alternative energy a major concern. Among the solutions that could be considered, we propose the jatropha biodiesel as energy source used in the diesel generators to produce electricity in these remote areas. However, it’s important before considering such a project to study its feasibility. It is the work dedicated to this thesis where the environmental and energy performances of jatropha biodiesel used as fuel by diesel generator have been studied through the life cycle assessment completed by an exergy analysis, technical analysis and economical analysis.

Dans un contexte de forte compétitivité économique et de respect de l’environnement, de nombreuses actions sont entreprises chaque année dans le but d’améliorer la performance énergétique des bâtiments. En phase de conception, le recours à la simulation permet d’évaluer les différentes alternatives au regard de la performance énergétique et du confort des occupants et constitue ainsi un outil d’aide à la décision incontournable. Toutefois, il est courant d’observer des écarts entre les performances énergétiques réelles et celles prévues lors de la conception. Cette thèse porte sur l’amélioration du processus de conception de l’isolation dans le but de limiter les déviations des consommations réelles par rapport à celles prévues lors des simulations. Dans un premier temps, nous situons le contexte énergétique actuel puis nous présentons les différentes sources d’incertitudes qui affectent les résultats des simulations. Dans ce travail, nous nous intéressons particulièrement à la variabilité des propriétés thermophysiques des isolants, au caractère variable de la mise en œuvre et à l’impact du changement climatique. Des études expérimentales ont permis de quantifier l’incertitude associée à la performance des matériaux sains d’une part, et celle associée à des isolants défectueux d’autre part. Un couplage entre des techniques de thermographie infrarouge et des modèles éléments finis ont permis de proposer des modèles paramétriques permettant d’évaluer la performance effective d’un isolant défectueux, en fonction du type et de la taille du défaut dans l’isolant. Pour une bonne estimation à long terme de la performance de l’isolation, il est nécessaire d’intégrer les prévisions météorologiques. Ces dernières sont généralement estimées sur la base des données historiques de la région. Toutefois, il est encore difficile de prévoir avec exactitude l’évolution climatique car elle dépend de nombreux facteurs socio-économiques, démographiques et environnementaux. Dans ce travail, nous proposons de considérer les différents scénarios climatiques proposés par les climatologues et de prendre en compte leur variabilité de manière à vérifier la fiabilité de l’isolation. Enfin, nous proposons d’utiliser des approches probabilistes pour intégrer ces différents types d’incertitudes dans le processus de simulation. Pour optimiser le dimensionnement de l’isolation, nous proposons une méthodologie de conception basée sur la fiabilité. Un nouveau modèle de coût est également proposé dans le but d’améliorer l’aide à la décision, en considérant les pertes indirectes, jusqu’à présent négligées dans la conception. / In the context of growing world energy demand and environmental degradation, many actions are undertaken each year to improve the energy performance of buildings. During the design stage, the use of building energy simulations remains a valuable tool as it evaluates the possible options in terms of energy performance and comfort. However, as precision requirements increase, it becomes essential to assess the uncertainties associated with input data in simulation. This thesis focuses on the insulation design process under uncertainty, in order to limit gaps between real and predicted performance for better control of energy consumptions. This work firstly presents the current alarming energy context. We consider the main uncertainties that affect the insulation, mainly the variability of the thermophysical properties, the uncertainty on climate and the uncertainties due to workmanship defects. Experimental studies were carried out to evaluate the uncertainty associated to the intrinsic performance of healthy insulation materials on one hand, and those associated to defects in insulations on the other hand. A coupling between thermography techniques and finite element models was used to provide analytical models that assess the effective thermal performance of a defective insulation, according to the type and size of the defect. As the performance of insulation also depends on climate, it is necessary to integrate future weather data to evaluate the energy consumption. These weather data are generally estimated based on the historical climatic data of the region. However, it is still difficult to predict climate change as it depends on many uncontrollable factors. In this work, we consider the different climate scenarios proposed by climate expert groups, and the uncertainty associated to each scenario to evaluate the reliability of the insulation and to improve the decision making process. Finally, we propose a probabilistic approach to integrate uncertainties in simulation and an optimization methodology based on reliability. A new cost formulation is also proposed to improve the decision-making, through indirect losses related to comfort, pollution and living space losses.

L'efficacité énergétique du bâtiment occupe une place importante dans les projets de construction. La façade, intermédiaire entre l'environnement et l'intérieur, joue un rôle clé pour déterminer les performances énergétiques du bâtiment. Les systèmes de fenestration complexes sont généralement utilisés pour améliorer son efficacité. L'étude des performances de la façade inclut généralement la consommation d'énergie, l'éclairage naturel et les aspects de confort visuel et thermique. Les efforts récents s'orientent vers l'utilisation de modèles intelligents tels que le Building Information Modeling. CFS pourraient être facilement comparées dans la phase de conception du bâtiment afin d'optimiser ses performances. Nous présentons une méthodologie pour transformer le modèle architectural du BIM en modèle énergétique ainsi que des modèles optique et thermique du CFS compatibles avec le BIM. Ces modèles sont validés par une comparaison avec des données expérimentales et les normes actuelles. / The energy efficiency of the building occupies an important place in construction projects. The facade plays a key role in determining the performance of the building. Complex fenestration systems (CFS) are therefore generally used to improve its efficiency. The facade's performance evaluation usually includes energy consumption, natural lighting, visual and thermal comfort aspects in order to choose the optimal CFS. Recent efforts have focused on using rich models such as Building Information Modeling (BIM). These models provide an opportunity for automation and cost savings. Several CFS models could easily be compared to optimize the building's performance. In this thesis, we present a methodology to transform the architectural model of the BIM into a Building Energy Model compatible with several simulation software. We also present optical and thermal models compatible with BIM. These models are validated by comparison with experimental data and current standards.

Les bâtiments commerciaux et industriels présentent une part non négligeable de la demande énergétique. L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier par des simulations numériques, le comportement thermoaéraulique des bâtiments de grand volume à usage commercial ou industriel et d’améliorer leurs performances afin de réduire leurs consommations énergétiques tout en assurant le confort thermique des occupants. La première partie de l’étude consiste à définir et à évaluer les paramètres d’enveloppe et de ventilation qui affectent la consommation d’énergie et le confort thermique de ce type de bâtiment. À travers des modèles développés (multizone et zonal) sur un bâtiment « générique », nous présentons l’impact des paramètres les plus importants (orientation du bâtiment, isolation thermique de l’enveloppe, propriétés radiatives de la toiture, sol, inertie thermique interne, diffusion de l’air…) sur la consommation énergétique et le confort. Ces paramètres sont déterminants surtout dans la conception de la toiture et du plancher de par leur influence sur les performances énergétiques du bâtiment étudié. Cette modélisation thermoaéraulique est ensuite appliquée à un bureau-entrepôt commercial existant. L’exploitation du modèle, dont les résultats sont confrontés aux mesures, et des études paramétriques permettent de démontrer l’efficacité de stratégies de ventilation naturelle nocturne. Dans la deuxième partie, nous évaluons certaines solutions de rafraîchissement passif (isolation thermique, ventilation naturelle nocturne, revêtement de toiture « cool roof ») permettant de maintenir le confort thermique en hiver aussi bien qu’en été tout en minimisant la consommation énergétique. Enfin, une étude d’optimisation nous permet de déterminer les paramètres optimums en fonction des conditions climatiques et des deux objectifs de confort et de performance énergétique. Ce travail ouvre de nombreuses perspectives sur la méthodologie de conception des enveloppes et l’adaptation du fonctionnement des installations de ventilation pour le rafraîchissement passif des bâtiments. / Commercial and industrial buildings represent a significant part of total energy demand. The objective of this thesis is to study the thermal behavior and airflows of commercial or industrial buildings (low-rise and large volume) by numerical simulations, to improve their thermal performance in order to reduce their energy consumption while maintaining thermal comfort of the occupants. The first part of this study consists in identifying and evaluating the keys factors that affect the energy demand and thermal comfort of these buildings. Using the developed models (multizone and zonal), we present the impact of the most important parameters (building orientation, thermal insulation, radiative properties of the roof, soil, internal thermal inertia, air diffusion…) on energy consumption and thermal comfort. We have identified here that the main influencing parameters can be found in the design of the roof and the ground floor considering the energy performance of the studied building. The developed model is then applied to a real commercial building. Results showed that the predictions are in good agreement with the measurements and that night-time natural ventilation can be an efficient passive cooling technique to avoid overheating in summer. In the second part, we evaluate the efficiency of different passive cooling techniques (thermal insulation, night-time natural ventilation, cool roof…) applied to ensure the thermal comfort in winter as well as in summer while minimizing the energy consumption. Finally, an optimization study is proposed to determine the optimal set of parameters for both objective functions considering the passive cooling techniques and the energy demand according to different climatic zones.