La thèse étudie le rôle que les centrales nucléaires pourraient jouer dans la décarbonisation des secteurs du chauffage en Europe et en France. Un réacteur nucléaire est d’abord une source de chaleur à longue durée de vie qui peut produire de l’électricité grâce à un turboalternateur. Mais il peut également être utilisé en mode cogénération en produisant à la fois de l’électricité et de la chaleur. Cette option présente plusieurs avantages dont celui de fournir une chaleur exempte d’émissions de gaz à effet de serre (GES) et celui d’offrir de la flexibilité au réseau électrique.Aujourd’hui, l'exploitation la plus courante des centrales nucléaires est la fourniture exclusive d’électricité. Cependant, cela entraîne le rejet dans l'environnement de grandes quantités de chaleur issues de la conversion en électricité. Le transfert d'une partie de cette chaleur aux puits industriels ou aux systèmes de chauffage urbain à proximité réduirait la consommation de combustibles fossiles et les émissions de GES. Si cette chaleur venait en substitution de combustibles fossiles importés, cela permettrait également d'améliorer l’indépendance énergétique, favorisant ainsi la stabilité des prix à long terme. / The Ph.D. Thesis studies the role that nuclear plants could play in decarbonizing the European and French heating sectors. A nuclear power plant is basically a thermal plant that convert the nuclear heat into electricity using a turboalternator. But it could also be used in a cogeneration mode producing simultaneously power and heat. The latter offers many advantages including the low carbon profile and the ability to provide flexibility to the power grid.The most widely spread operation of nuclear plants today is electricity only production, which imply the dumping into the environment a large amount of heat that has not been converted to electricity. Transferring part of this heat to nearby industrial sinks or district heating systems would reduce fossil fuel consumption and greenhouse gases emissions. If this heat is replacing imported fossil-fuels that would also improve energy self-sufficiency, favouring long-term price stability.

L’utilisation d'énergie en milieu urbain est essentielle pour le bon fonctionnement de notre société, en particulier pour les besoins de chauffage qui est un élément central de notre système énergétique souvent considéré comme allant de soi. Dans ce cadre, les systèmes énergétiques urbains et en particulier les réseaux de chaleur urbains ont besoin d’évoluer pour s'adapter à la transition à venir vers un système énergétique durable. Ce travail de recherche a pour objectif de présenter, de discuter et d’évaluer, du point de vue technico-économique, le concept de micro-réseaux de chaleur urbains basse température comme réseaux secondaires de distribution de chaleur actifs. Dans cette thèse, une approche méthodologique mixte basée sur la simulation analytique pour l'évaluation des alternatives est développée et discutée pour étudier une combinaison de technologies associées aux sous-stations basse température. Les principaux résultats de ce travail couvrent : le développement d’un modèle amélioré de charges thermiques agrégées ; la comparaison des performances des réseaux basse température ; l’analyse des avantages et des inconvénients des sous-stations actives couplées à des sources de chaleur ou du stockage distribuées ; et les effets d’une température de retour du réseau primaire plus basse. Les conclusions révèlent que la conception et le fonctionnement intégrés du micro-réseau de chaleur urbain actif ont le potentiel d'améliorer les performances de l'ensemble du système, afin de relever ses défis d'une manière efficace et rentable. Ce travail fait progresser les connaissances actuelles sur le chauffage urbain en identifiant les synergies et les enjeux associés, en vue de que ces technologies jouent un rôle clé dans le futur système énergétique intelligent et durable. / Energy use in the urban environment is vital for the proper functioning of our society, and in particular, comfort heating –and cooling– is a central element of our energy system that is often taken for granted. Within this context, district energy systems and especially, district heating (DH) systems must evolve to adapt to the upcoming decades-long transition towards a sustainable energy system. This dissertation seeks to introduce, discuss, and asses from a techno-economic perspective, the concept of low-temperature based thermal micro-grids (subnets) as active distribution thermal networks. For this purpose, a mixed methodological approach based on analytical simulation for the assessment of alternatives is developed and discussed to evaluate a set of technologies. Key findings of this research include: an updated and improved model of aggregated heat loads; the identification of differences in load and temperature patterns for certain LT subnets; the analysis of benefits and drawbacks of active substations with distributed heat sources and/or storage; and the impact of the reduction of the primary network return temperature, which leads to lower generation & operating costs. These outcomes reveal that the integrated design and operation of the active thermal micro-grid have the potential to improve the performance of the entire system, to address the matter of providing comfort heating in an effective and cost-efficient manner. This work advances the current DH knowledge by identifying synergies and challenges that arise with these new developments, in order for DH to play a key role in the future smart and sustainable energy system.