Cette thèse porte sur l'étude des apports de la flexibilité dans les réseaux Smart Grids Basse Tension. Ces derniers étant fondamentalement différents des réseaux Moyennes et Hautes Tensions, la gestion des flexibilités BT ne peut être calquée sur celle des réseaux MT et HT. De nouveaux moyens de contrôle doivent donc être développés. L'apport de ces flexibilité est analysé selon deux principaux bénéfices: la gestion opérationnelle la réduction de la pointe. Le premier apport porte donc sur le maintien des variables critiques à l'interieur des contraintes admissibles. Le but est de pouvoir gérer le réseau au plus près de ses limites, et donc d'éviter d'avoir à le renouveler, nottament en cas d'insertion importante de production décentralisée ou de véhicules électriques. La flexibilité utilisée est la gestion coordonnée des production décentralisées (puissances actives, réactives et phase de connection) et d'un régleur en charge. Le second porte sur la réduction de la pointe de consommation, soit au niveau du transformateur, soit au niveau national. La flexibilité utilisée est le délestage du chauffage électrique pendant une courte durée, suivie d'un rebond de puissance lorsque le chauffage est rallumé. / This thesis investigates the potential contributions of flexibilities in Low Voltage Smart Grids. These networks are intrinsically different than Medium and High Voltages networks, so that the control of LV flexibilities cannot be directly taken from MV and HV networks, and new methods should be developed. The contribution of these flexibilities is studied through two main benefits: improved network operation and peak shaving. The first benefit focuses on maintaining the critical variables within the admissible constraints. The objective is to manage the network closer to its limits, reducing the need for margins, and therefore the need for upscaling. This is especially true in case of significant insertion of distributed generations or electric vehicles. The studied flexibility is the coordinated management of decentralized generation (active and reactive powers, phase switch) and a tap changer. The second benefit concerns the reduction of the peak consumption, either at the transformer, either at the national level. The studied flexibility is the shedding of electric heating for a short time, followed by a rebound when the heating is turned back on.

L’objet de notre projet de recherche est le développement d’un modèle de conception d’un réseau de distribution composé de trois niveaux : les usines, les centres de distribution (CD) et les clients. Nous supposons que le nombre et la localisation des usines ainsi que le nombre et la localisation des clients sont connus. Etant donné la demande des clients et une liste de CD potentiels, l’objectif est de déterminer la localisation des CD à ouvrir et d’y affecter les clients de manière à minimiser le coût total. En termes de modélisation, nous considérons divers aspects opérationnels qui sont inspirés d’une étude de cas dans l’industrie automobile. Ces aspect ont été pris en compte séparément dans la littérature mais jamais combinés dans un même modèle. Plus particulièrement, nous introduisons un « clustering » en prétraitement afin de modéliser les tournées de camions. Nous intégrons également des contraintes de volume minimum sur les axes de transport, des contraintes de volume minimum et de capacité maximale sur les centres de distribution, des contraintes de distance de couverture maximale et des contraintes d’uni-affectation. Par ailleurs, nous étudions une extension multi-périodes du problème en utilisant un « clustering » dynamique pour modéliser des tournées de camions multi-périodes. En termes de résolution, comme le problème étudié est NP-difficile au sens fort, nous proposons différentes méthodes heuristiques performantes basées sur la relaxation linéaire. A travers les tests effectués, nous montrons que ces méthodes fournissent des solutions proches de l’optimale en moins de temps de calcul que l’application directe d’un solveur linéaire. Nous analysons également la structure des réseaux de distribution obtenus et nous comparons les résultats issus de plusieurs versions du modèle afin de montrer la valeur ajoutée du « clustering » ainsi que de l’approche multi-périodes. / The purpose of our research project is to develop a distribution network design model taking into account many realistic features arising from a case-study in the field of car distribution. The overall network structure consists of three levels: plants, distribution centres (DCs) and customers. We assume that the number and location of the plants as well as the number and location of the customers are fixed. Given the demand of customers and a list of potential DCs, our main concern is to locate DCs and to assign customers to them in such a way as to minimize the total distribution costs. In terms of problem modeling, we integrate various operational features that were considered separately in the literature but have never been combined in a same model. Namely, we introduce a clustering-based approach to model vehicle routing, minimum volume constraints to ensure full truckload transport, minimum and maximum throughput constraints on DCs, maximum covering distance constraints and single sourcing restrictions. Furthermore, we study a multi-period extension of the problem using an original dynamic clustering to model multi-period vehicle routing. In terms of solution method, as the problem we study is NP-hard in the strong sense, we propose efficient heuristic procedures based on various types of linear relaxation. Through our numerical experiments, we show that the implemented heuristics offer near-optimal solutions with less computational effort than applying an exact MIP solver. We also analyze the structure of the obtained networks and compare the results of several versions of the model, highlighting the value of integrating a pre-processing clustering step and of using a multi-period approach.

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.

Les services de distribution de contenus évoluent rapidement. Un axe majeur d’évolution concerne la fédération de distributeurs de contenus distincts mettant ensemble leurs ressources respectives et agissant en tant qu’entité unique par rapport aux fournisseurs de contenus (Content Providers). En particulier, nous proposons une solution technique basée sur une architecture centralisée qui permet de prendre des décisions statiques d’établissement et de provisionnement de fédérations ainsi que des décisions de contrôle dynamique de fédérations établies. Nous adressons les aspects statiques de prise de décision en introduisant un modèle d’optimisation que nous appliquons à différents scénarios de fédération d’intérêt pour le marché. Nous démontrons que, quand la demande sur le marché de distribution de contenu est élevée, les distributeurs de contenus ont intérêt, d’un point de vue économique, à fédérer. Dans le contexte de contrôle dynamique de fédérations, nous nous focalisons sur le contrôle d’événements de pointe (peak events) dans une fédération de distributeurs de contenus. Différentes approches de contrôle sont valables à ce niveau. Nous effectuons des simulations basées sur des traces de trafic réelles dans le but de comparer les différentes approches. Nous démontrons que, quand une approche jointe de contrôle d’événements de pointe est adoptée au sein d’une fédération, la fédération réagit mieux à ces événements. Ceci se traduit en un moindre volume de sessions rejetées et en une meilleure résolution vidéo ressentie par les internautes. Notre travail sur la fédération nous conduit à se focaliser sur le rôle d’un Telco dans un contexte fédéré. / Content Distribution Services are evolving fast in various directions. One of them is the federation of CDNs, referring to a number of CDN providers putting together their assets and acting as a single entity with regards to content providers. We introduce a technical solution based on a centralized architecture that allows taking static decisions of federation establishment and provisioning and dynamic decisions of federation control. Static decision-making is enabled through an optimization model that we apply to concrete use cases of federation. We demonstrate that, in case of high market demand, CDN providers always have an interest in federating. In particular, some CDN providers can double their economic gains through federating. In the context of federation dynamic control, we focus on the control of peak events within a federation of CDNs and we introduce different control frameworks at this level. We conduct trace-driven simulations in order to assess different frameworks. We demonstrate that, when a joint approach for events control is adopted within a federation of CDNs, the federation is better resilient to peak events. This translates into a higher hit ratio of the federation and a better video resolution witnessed by end users. Our work on CDN federation leads us to focus on the role of a Telco in this context. In particular, we identify three added-value services that can be proposed by a Telco to a federation of CDNs or to individual Over the Tops (OTTs).We suggest enhancements of the Telco control infrastructure and new Telco APIs in order to enable the proposed services.

Le commerce électronique a suscité une véritable révolution commerciale. En raison de sa nature dématérialisée et transfrontière, il a fait naître de nouvelles interrogations pour le juriste autour l'impact de ce type particulier de commerce sur les angles de la vie économique. Un de ces angles importants est le réseau de distribution qui organise une répartition géographique de la clientèle dans la mesure où le distributeur agréé bénéficie d'un monopole de commercialisation sur un territoire déterminé. Ainsi, la commercialisation en ligne peut constituer un frein puissant à l'exclusivité territoriale car elle constitue, par sa nature même, une distribution "sans ancrage". C'est la raison pour laquelle nous avons opté pour analyser l'impact de la commercialisation en ligne sur l'exclusivité territoriale en traitant les moyens suggérés pour contrôler celle-là afin de préserver les droits conférés par cette exclusivité territoriale. Nous étudierons dans une première partie l'impact de la commercialisation en ligne sur le respect de l'exclusivité territoriale par les parties de contrat de distribution exclusive. À un autre stade, on présentera dans une seconde partie une étude analytique de la situation juridique de tiers à l'égard de notre problématique, en distinguant entre la situation juridique des autres distributeurs agrées dans le même réseau d'une part, et la situation juridique des revendeurs parallèle sur l'Internet d'autre part. / The E-commerce has caused a true commercial revolution. Due to its dematerialized and cross-border nature, it raises new interrogations in front of the lawyers about the impact of this particular type of commerce on the angles of the economic life. One of these important angles is the distribution network which divides the client on a geographical basis to the extent that the approved distributor has a monopoly of distributing the contracted products within a fixed territory. Thus, E-commerce may constitute a powerful barrier to the territorial exclusivity because it constitutes, by its very nature, a distribution “without boundaries”. This is why we went towards analyzing the impact of online sales on the territorial exclusivity. While treating this subject we will explore the means suggested to control the online sales in order to preserve the rights conferred by the territorial exclusivity. We will study in the first part the impact of online sales on the respect of the territorial exclusivity by the parties of exclusive distribution contract. At another stage, we will present in the second part an analytical study of the legal situation of third parties with regard to our subject, while distinguishing between the legal situation of the other distributors members in the same network on one hand, and the legal situation of the parties involved in online parallel sales on the other hand.

La densité de puissance est devenue la principale préoccupation lorsqu'un circuit numérique est conçu. Comme pour tous les systèmes embarqués, chaque nouvelle génération de système numérique a plus d'applications que la précédente et exige en fin de compte une plus grande densité de puissance. C'est pourquoi de nombreux chercheurs et concepteurs industriels se sont penchés sur de nouvelles méthodes de réduction de la consommation énergétique des circuits numériques. La logique adiabatique est un style de conception prometteur qui peut réduire la dissipation d'énergie dynamique. La logique adiabatique est différente de la logique conventionnelle en deux principaux points : 1) l’alimentation d’une porte logique adiabatique est un signal à 4 phases, et 2) l’énergie stockée dans la porte est récupérée. Afin de respecter ces principes, la logique adiabatique nécessite une alimentation spéciale. Étant donné que l’objectif d’une telle alimentation est d’agir comme une horloge, elle est appelée alimentation-horloge. L'objectif de cette thèse est de concevoir et d'optimiser une alimentation-horloge ainsi que son réseau de distribution. Cette thèse a été financée par l'Agence Nationale pour la Recherche, ANR, avec le projet ADIANEMS2 (numéro de subvention : ANR-15-CE24-0013). / Power density has become the primary concern when a digital core is designed. As in any embedded systems, each new digital core generation has more applications than the previous one and ultimately demands more power density. This is why many researchers and industrial designers have been looking into novel methods for reducing power consumption of digital circuit. Adiabatic logic is a promising design style, which can reduce the dynamic energy dissipation. Adiabatic logic is different than conventional logic in two main points: 1) adiabatic gate are charged with a 4-phase power signal, and 2) the energy, which is stored in the gate, is recovered. In order to fulfill these principles, the adiabatic logic needs a special power supply. As the purpose of such supply is to act as a clock also, it is referred as power-clock supply. The aim of this thesis is to design and optimize a power-clock supply and its delivery network. This thesis has been funded by the French National Research Agency, ANR, with the project ADIANEMS2 (Grant number: ANR-15-CE24-0013).

Dans le contexte de la transition énergétique, il existe des inconnues liées à la fonctionnalité du réseau électrique futur avec l’augmentation de la consommation et l’introduction de nouvelles formes de production. L’adaptation du système actuel est inévitable, néanmoins, les solutions efficaces sont difficiles à définir. Les stratégies actuelles de la planification du réseau de distribution ne répondent pas précisément aux problématiques des nouvelles productions décentralisées, le changement du profil de la consommation, l’automation du réseau de distribution avec de nouvelles stratégies de gestion du réseau ainsi que la déréglementation du marché de l’électricité. De plus, la visibilité et la contrôlabilité du réseau de distribution est limité, l’implémentation d’une gestion active optimale n’est pas à présent une réalité. L’évaluation du réseau intelligent est critique pour comparer aux solutions traditionnelles.L’objectif principal de cette thèse est d’explorer les barrières technico-économiques pour l’intégration massive des énergies renouvelables sur le réseau de distribution. Cette thèse explore plusieurs solutions au travers d’algorithmes d’optimisation de type flux de puissance qui utilisent des relaxations convexes. Pour le cas du réseau électrique basse tension, des systèmes triphasés déséquilibrés sont considérés. Pour analyser les incertitudes associées avec la génération et la demande, des algorithmes stochastiques sont abordés. Ces outils sont utilisés pour i) l’optimisation de l’emplacement et le dimensionnement des batteries, ii) l’optimisation des stratégies de gestion de la demande, iii) l’évaluation des stratégies d’opération de flexibilité du réseau centralisé et aussi décentralisé et iv) étudier l’impact de différents scénarios de pénétration des énergies renouvelables sur les réseaux existants. / In the context of the energy transition, there are many unknowns related to the required capabilities of future electric distribution systems to meet the growing electric load and new forms of electric production. The transformation of current electric distribution systems is inevitable, however, the most cost-effective investments are difficult to evaluate. Current electric distribution grid planning strategies are inadequate to take into account the accommodation of massive decentralized production, increased electric load with higher volatility, automation of distribution grids and unbundling of electricity markets. Due to a lack of observability and controllability in the distribution grid, the feasibility of optimal power flow management is not currently a reality. The quantification of smart distribution grids is critical to evaluate the added benefit of this solution in comparison to infrastructure upgrades.The primary objective of my PhD is to explore the techno-economical barriers of massive renewable energy integration into the distribution grid. This thesis will explore different solutions through convex relaxations of optimal power flow analysis. For the low voltage distribution grid case, three-phase unbalanced power flow analysis is considered. In order to consider realistically the uncertainties related to renewable generation and demand, stochastic optimal power flow (OPF) algorithms are proposed. These tools are used among others to i) optimize placement and sizing of grid connected storage, ii) optimize demand response strategies, iii) study different operation strategies for storage devices including centralized and decentralized ones and iv) study the impact of different renewable energy integration scenarios into real-world distribution grids.

L'objet de cette thèse est une analyse comparative des deux principaux modes de gestion qui polarisent<br />l'organisation institutionnelle des services d'eau potable et d'assainissement au Brésil depuis le début des années 70, cherchant à comprendre leurs différentes logiques de fonctionnement et de régulation, leurs contraintes et leurs effets contraignants respectifs tels qu'ils se manifestent sur le terrain municipal

Nous assistons depuis quelques années à une mutation profonde du domaine des réseaux électriques. Cette modification a pour origine la dérégulation du secteur électrique. C'est dans ce contexte que se développent de petits groupes de production raccordés aux réseaux de distribution. Cette production est appelée "production décentralisée" ou "dispersée". Cependant, les réseaux de distribution n'ont pas été conçus pour recevoir une grande quantité de production. Dans ce contexte, l'insertion de cette production aura un impact certain sur la conduite et le fonctionnement de ces-réseaux de distribution. Pour étudier les différents impacts, attendus ou non, il faut disposer de modèles qui permettent de représenter le comportement des différents groupes susceptibles d'être connectés sur ce réseau. Nous avons ainsi développé un modèle pour un moteur Diesel turbocompressé. Ce modèle est du type "couple moyen". Sa structure est générique sous forme modulaire et chaque module représente une fonctionnalité du moteur. L'approche fondamentale consiste à prendre en compte uniquement les dynamiques mécaniques du moteur, les différentes variables thermodynamiques étant déterminées en cours de simulation par une méthode quasi-statique. Des simulations de raccordement sur un réseau de distribution réel (55 noeuds) ont été réalisées et ont montré les apports de ce modèle par rapport aux modèles existants.

Réglage Coordonné de Tension dans les Réseaux de Distribution à l'aide de la Production Décentralisée<br />Les réseaux électriques français et européen connaissent depuis quelques années de profondes mutations dues à des bouleversements à l'échelle internationale des politiques énergétiques. Celles-ci conduisent aujourd'hui à une accélération du phénomène d'insertion de production décentralisée d'électricité, généralement désignée sous le terme de "génération d'énergie dispersée", ou GED, dans les réseaux de distribution. Dans cette thèse, une analyse des méthodes de réglage de tension existantes au niveau du réseau de transport, ainsi que des moyens de réglage actuels dans les réseaux de distribution, est à l'origine du développement d'un nouveau système de réglage coordonné de tension pour les réseaux de distribution (D-RCT) utilisant les GED. Ce réglage, basé sur la mutualisation des capacités individuelles des GED, permet de réguler la tension de certains nœuds stratégiques du réseau dénommés "nœuds pilotes" par une gestion optimale de l'énergie réactive. Cette gestion, qui repose sur une optimisation multi objectifs des consignes de tension des GED à l'aide de matrices de sensibilité, présente l'avantage de soulager l'action de réglage de tension du réseau de transport en limitant les transits de puissance réactive entre le transport et la distribution. La validation du D-RCT par application sur un réseau test et par une série d'études paramétriques, ainsi qu'une comparaison avec un réglage local auto – adaptatif, laissent entrevoir la possibilité d'une nouvelle stratégie de réglage de tension hybride.