D'un point de vu général, l'épuisement prévisible des énergies fossiles, la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique, la prise de conscience pour la sauvegarde de l'environnement et enfin la prise en compte du développement durable dans les politiques énergétiques ont mis les énergies renouvelables au cœur d'un enjeu stratégique pour l'avenir de notre planète. Mais pour la République de Djibouti qui connaît actuellement une croissance économique annuelle de 3,5%, il est presque vital d'exploiter son potentiel en matière d'énergies renouvelables pour assurer sa croissance économique, réaliser des économies de devises et atteindre dans un premier temps les objectifs de développement humain du Millénaire dont le calendrier est fixé à 2015. Malheureusement, le pays connaît la même situation énergétique des pays d'Afrique subsaharienne où l'énergie est abondante mais l'électricité est rare ! En effet, la balance énergétique actuelle du pays est fortement déficitaire. Les 97% des besoins énergétiques de la population (majoritairement urbaine à plus de 85%) sont satisfaits par les importations des produits pétroliers et 90% des ménages Djiboutiens utilisent le kérosène comme combustible domestique. Le taux de couverture du réseau électrique est très bas, de l'ordre de 30%. Seulement 0,2 % de la production électrique (avec une capacité totale installée de 130 MW) est faite à partir d'une unique source d'énergie renouvelable (l'énergie solaire photovoltaïque). Et pourtant, le pays dispose d'un important potentiel en énergies renouvelables. Au niveau de l'énergie solaire photovoltaïque (PV), le potentiel solaire techniquement exploitable est évalué à 1535 GWh/jour. Au niveau de l'énergie éolienne, l'estimation du potentiel actuellement exploitable est de 8 MW et pourtant aucune forme d'énergie éolienne (que ce soit le grand ou le petit éolien) n'est exploitée dans le pays. Au niveau de l'énergie géothermique, le potentiel techniquement exploitable est actuellement estimé entre 350 et 650 MWe. Le potentiel économiquement exploitable pour la seule région d'Assal-Ghoubbet est supérieur à 150 MWe, très largement supérieur aux besoins actuels du pays. Au niveau de l'énergie marémotrice, un potentiel non encore évalué existe et pourrait être exploité au niveau de la passe du Goubbet. La planification énergétique que nous proposons pour le moyen long-terme se base sur l'intégration de l'une des énergies renouvelables potentielles et plus particulièrement la plus noble d'entre-elles : la géothermie. En effet, la géothermie possède des atouts que les autres formes d'énergies renouvelables n'ont pas : elle est une énergie de base, indépendante du climat, susceptible d'être exploitée à la fois pour la production de la chaleur et la production électrique. Le schéma électrique que nous proposons est le suivant : A l'horizon 2015, nous estimons que la demande électrique se situera aux alentours de 165 MW. De ce fait, nous préconisons 74,5% d'énergies fossiles (avec une option substituable en période chaude par l'électricité importée depuis l'Ethiopie à hauteur de 30,3%) et 25,5% d'énergies renouvelables (dont 18,2% de géothermie, 6,8% d'éolien et 0,5% de solaire)

Le développement de la production éolienne permet de satisfaire les objectifs de lutte contre le réchauffement climatique. Cependant, dans certaines zones du réseau électrique, l'intégration d'un volume important de production peut créer des congestions qui traduisent l'incapacité du réseau à évacuer cette production. Les méthodes actuelles pour gérer les congestions sont basées sur des calculs prévisionnels de restrictions de production qui peuvent entrainer des pertes de production importantes pour le renouvelable. Cependant, dans le cadre d'un développement important du renouvelable, il est nécessaire de définir une méthodologie de gestion des congestions fiable, optimale du point de vue économique et non discriminatoire pour la production renouvelable.Dans le cadre de cette thèse, la méthodologie de gestion des congestions locales proposée repose sur l'usage d'un contrôle correctif. Le contrôle correctif est basé sur une boucle de régulation et un algorithme utilisant les réseaux de Petri. Une étude de stabilité de la boucle de régulation a montré que les marges de stabilité dépendantes des gains composant la boucle sont suffisantes. L'algorithme permet de définir les groupes de production à choisir pour la gestion des congestions en considérant leur coût d'utilisation et leur impact sur la congestion. Les essais, effectués sous le logiciel EUROSTAG, ont montré la pertinence de la méthodologie proposée et sa capacité à s'adapter à l'insertion des moyens de production. De plus, des conclusions générales sur les différents coûts associés à la gestion des congestions en fonction des différentes règlementations régissant la production renouvelable ont été obtenues

Les systèmes hybrides EnR/H2 sont une solution innovante au problème du stockage des énergies renouvelables. Ces systèmes comprennent : une ou plusieurs sources renouvelables d'énergie ; un électrolyseur pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène lorsque la source renouvelable fournit un excédent d'énergie ; à l'inverse, lorsque la demande excède la capacité de la source renouvelable, une pile à combustible consomme les gaz afin de fournir le complément d'énergie nécessaire. Afin de développer ces solutions dans le futur : il est nécessaire de constituer un ensemble de références architecturales correspondant aux applications cibles pour les systèmes hybrides EnR/H2 ; et de posséder un instrument décisionnel permettant le dimensionnement optimum des sous-systèmes selon plusieurs critères (efficacité énergétique du système ou coût du kWh). Un code numérique de dimensionnement sous langage MATLAB®, baptisé ORIENTE, a donc été développé dans le cadre des travaux de recherches qui s'inscrivent dans le projet ANR PEPITE (ANR-07-PANH-012). Les différents partenaires de ce projet sont la société HELION, l'Université De Corse, le CEA, l'INPT - LAPLACE et ARMINES. Les applications concernées par ce code, sont l'électrification de sites isolés, la gestion énergétique de micro-réseaux électriques et l'écrêtage de pointes de puissance sur un réseau électrique. La première application sera traitée via un démonstrateur qui sera installé à Cadarache début 2011, sur le site du CEA, celle-ci concerne l'alimentation d'un pylône météorologique. Cette application est labellisée par les pôles de compétitivité CAPENERGIES et TENERRDIS. La 2ème application concerne l'étude d'un micro-réseau sur le site de MAFATE (îlet de la Réunion). Cette étudie est en partenariat avec l'ARER. La dernière application, nommée projet MYRTE a été traitée à travers une plateforme technologique sur le site de Vignola (près d'Ajaccio) pour des modes de contrôle-commande répondant à de l'écrêtage de pointe et à du lissage de la production photovoltaïque. Cette plateforme est financée par la région, l'Etat et l'Europe (FEDER). Cette application a fait l'objet d'une labellisation par CAPENERGIES.

L'intégration à grande échelle de l'énergie éolienne dans les réseaux électriques peut poser des problèmes aux opérateurs de ces réseaux car, contrairement aux moyens de production conventionnels, la production éolienne est variable et non contrôlable. Pour réduire l'impact de certains de ces problèmes, les gestionnaires de réseaux expriment le besoin de prévisions à court terme (de 48 à 120 heures) de la production agrégée des parcs éoliens situés dans une région définie.<br />Le but de la thèse est de développer un cadre d'analyse et des outils permettant de faciliter la mise en place de modèles de prévision de la production éolienne régionale.<br />La thèse présente tout d'abord un cadre d'analyse permettant de caractériser la production éolienne régionale. Par ce biais, les propriétés saillantes de la production régionale, qui doivent être prises en compte lors de la conception d'un modèle de prévision régionale, sont identifiées.<br />Le problème de la prévision régionale est ensuite abordé comme un problème d'apprentissage statistique. Nous définissons trois approches de modélisation générique permettant la combinaison de sous-modèles. L'influence de ces approches sur la précision des prévisions est étudiée ainsi que celle du choix des sous-modèles. Pour permettre la comparaison de sous-modèles, nous introduisons un modèle de prévision éolienne dont la performance est comparable aux modèles de l'état de l'art.<br />Finalement, nous examinons l'impact sur la précision de prévision qu'a le choix des variables explicatives et nous proposons des règles générales de sélection dans le cadre de la prévision éolienne régionale. Pour faciliter le processus de modélisation, des méthodes de sélection automatique sont étudiées. Deux méthodes (une méthode filtre et une méthode wrapper) qui exploitent les caractéristiques propres au problème sont proposées. Nous montrons que ces méthodes sont plus performantes qu'une méthode générique de l'état de l'art.

Le paradigme des systèmes multi-agents (SMA), qui propose une manière originale de modéliser le monde, est considéré comme un mode pertinent de représentation des connaissances. Mais les potentialités des SMA ne doivent pas cacher les difficultés qui guettent le modélisateur et qui peuvent remettre en cause sa légitimité scientifique. La question de la validation sert alors de fil directeur de cette thèse qui décrit un cadre méthodologique pour concevoir des modèles plus fiables. Car, contrairement aux modèles mathématiques, un SMA ne peut pas prouver ses résultats ni s'abstraire de la simulation. De plus, les probabilités de faire apparaître des erreurs ou des biais ne sont pas négligeables. De sa conception à son implémentation, de nombreux artefacts peuvent apparaître. On peut alors légitimement s'interroger sur la fiabilité des simulateurs. Or il s'agit moins d'erreurs de codage que de problèmes de gestion approximative des interactions ou d'activation des agents qui peuvent remettre en cause cette fiabilité. Cette thèse éclaire donc les zones sensibles susceptibles de générer des artefacts. Car la modélisation des socio-éco-systèmes n'est pas juste une spécialité informatique, mais demande un véritable savoir-faire et le modélisateur doit garder un regard critique sur ses outils. Non seulement il faut connaître par avance les points sensibles des SMA mais il faut également s'assurer de la robustesse de ses résultats en montrant que le simulateur exhibe des comportements relativement stables. Au-delà de la phase d'élaboration, la thèse souligne le rôle des analyses exploratoires pour mieux expliquer le comportement global d'un modèle, hiérarchiser l'influence des paramètres et tester la robustesse des hypothèses. Elle montre l'intérêt de la réplication et la nécessité de présenter un SMA de façon claire et non ambiguë. Après la mise en place d'un simulateur, un travail de re-présentation reste à mener pour proposer des diagrammes réorganisés qui mettent la lumière sur les points essentiels et autorisent des discussions et des critiques. Nous défendons l'idée d'une modélisation exposée, qui doit assumer ses choix sans imposer ses points de vue. Il est urgent d'abandonner la vision naïve qui consiste à penser qu'un modèle est objectif. La notion de modèle neutre qui ne serait qu'une copie du réel in silico, impliquerait que le modélisateur n'a aucun présupposé sur le système qu'il étudie et que le monde se reflète dans sa pensée comme une image dans un miroir. Or, que ce soit intentionnel ou non, un modèle est forcément une représentation subjective. Il faut donc expliciter ses choix et les présenter de la façon la plus lisible possible pour qu'ils puissent être compris, partagés ou critiqués. Suite aux défauts de fiabilité des SMA et aussi à cause de démarches naïves de la modélisation, il est préférable, dans l'état actuel des SMA, d'opter pour des modèles simples plutôt qu'une approche descriptive qui chercherait à introduire dans le modèle le maximum d'informations considérées comme données par nature.

Comme nombre d'autres Etats aux ressources insuffisantes, le Cameroun, pour satisfaire sa demande croissante en électricité, est à la recherche des solutions novatrices en terme de coûts et de garanties dans l'optique d'assurer le développement durable de son secteur énergétique. Les énergies renouvelables y contribueront certainement étant donné la prise de conscience des impacts négatifs sur l'environnement des systèmes actuels et l'existence d'un potentiel important, équivalent pour les trois filières étudiées (gazéification de la biomasse ligneuse, biométhanisation de la biomasse humide et la microhydroélectricité) au moins à la consommation actuelle prélevée du réseau national. La question de fond est de savoir comment cet accroissement indispensable devrait s'effectuer ?, selon quelles modalités ?, quelles rythmes ?, et suivant quels choix ? La contribution de cette thèse est le développement d'un modèle d'analyse permettant d'intégrer les critères environnementaux et économiques dans le processus de décision lors de la définition des politiques d'électrification. L'application du modèle au secteur électrique camerounais montre en tenant compte de l'évolution de la consommation en électricité (2006-2025) que l'intégration de l'électricité verte améliore le bilan financier du secteur électrique malgré le surcoût d'investissement qu'elle engendre. L'appel de fonds nécessaire à l'investissement peut trouver auprès des organismes financiers une réponse d'autant plus favorable aux énergies renouvelables qu'au delà de l'amélioration du bilan financier, l'effet favorable pour l'environnement peut générer des recettes supplémentaires via les mécanismes de Kyoto et d'autres fonds internationaux en faveur de la protection de l'environnement mondial car ce scénario permet d'éviter environ 6 millions de tonnes de CO2 équivalent sur la période analysée.

Comme nombre d'autres Etats aux ressources insuffisantes, le Cameroun, pour satisfaire sa demande croissante en électricité, est à la recherche des solutions novatrices en terme de coûts et de garanties dans l'optique d'assurer le développement durable de son secteur énergétique. Les énergies renouvelables y contribueront certainement étant donné la prise de conscience des impacts négatifs sur l'environnement des systèmes actuels et l'existence d'un potentiel important, équivalent pour les trois filières étudiées (gazéification de la biomasse ligneuse, biométhanisation de la biomasse humide et la microhydroélectricité) au moins à la consommation actuelle prélevée du réseau national. La question de fond est de savoir comment cet accroissement indispensable devrait s'effectuer ?, selon quelles modalités ?, quelles rythmes ?, et suivant quels choix ? La contribution de cette thèse est le développement d'un modèle d'analyse permettant d'intégrer les critères environnementaux et économiques dans le processus de décision lors de la définition des politiques d'électrification. L'application du modèle au secteur électrique camerounais montre en tenant compte de l'évolution de la consommation en électricité (2006-2025) que l'intégration de l'électricité verte améliore le bilan financier du secteur électrique malgré le surcoût d'investissement qu'elle engendre. L'appel de fonds nécessaire à l'investissement peut trouver auprès des organismes financiers une réponse d'autant plus favorable aux énergies renouvelables qu'au delà de l'amélioration du bilan financier, l'effet favorable pour l'environnement peut générer des recettes supplémentaires via les mécanismes de Kyoto et d'autres fonds internationaux en faveur de la protection de l'environnement mondial car ce scénario permet d'éviter environ 6 millions de tonnes de CO2 équivalent sur la période analysée.

Si lors de l'introduction des éoliennes dans le paysage de Midi Pyrénées, les acteurs des politiques destinées à développer les énergies renouvelables étaient plutôt novices quant à leur mise en oeuvre, cela a bien changé à l'heure du photovoltaïque. Les conflits et difficultés qu'ils ont expérimentés dans la réalisation de projets d'éoliennes (contestation), de bois énergie (prégnance des industriels du bois), ou de photovoltaïque (préservation des terres agricoles), leur ont permit de se forger une expérience qui les a peu a peu mené à une autre perception des enjeux inhérents. Les coalitions menées au départ de ces politiques entre les experts techniques et les acteurs publics se délient peu à peu et de fait traduisent l'inscription de ces derniers sur le chemin de l'autonomie. Divisée entre différents type de savoirs, les ressources qui permettent cette progressive indépendance des acteurs publics face à ceux émanant des sphères scientifiques et techniques, ne sont pour autant pas réductibles à cette même dimension technique. En effet, la connaissance des référentiels locaux mais aussi celle relative à l'ingénierie des projets font peu à peu concurrence aux savoirs techniques. Une évolution qui modifie finalement le système institutionnel dans lequel émerge les énergies renouvelables. La dynamique, mais aussi les éléments qui composent ce dernier, changent au fil de l'expérimentation des acteurs, ce qui se traduit finalement par l'émergence d'une nouvelle réalité. C'est la mise en perspective de ce processus sur l'ensemble des départements de Midi Pyrénées et concernant les trois types d'énergies renouvelables qui feront l'objet de notre attention dans cette thèse. Nous constaterons via les différences existantes entre les territoires considérés et les similarités prenant forme parmi les trois secteurs étudiés, que les politiques publiques, si elles sont le résultat d'interactions entre des acteurs, des ressources, des règles et des discours, résultent également des caractéristiques du territoire dans lesquels elles s'inscrivent ainsi que de l'action d'acteurs intermédiaires.

La thèse est consacrée à l'étude de jeux dynamiques dans le domaine climatique. Pour lutter contre l'accumulation de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, la mise en place d'une taxe carbone est une solution possible. Toutefois on suppose ici que cette taxe carbone a pour les pays consommateurs d'énergie fossile des motivations qui ne se limitent pas à l'internalisation du dommage environnemental : il s'agit par un comportement stratégique d'essayer de capturer une partie de la rente des producteurs. On aboutit à la possibilité d'une taxe carbone à finalité Pigouvienne mais aussi stratégique. Des jeux dynamiques non coopératifs entre pays producteurs supposés cartellisés et pays consommateurs supposés également cartellisés peuvent être alors être envisagés dans ce contexte. Une littérature de jeux différentiels non coopératifs s'est d'ailleurs développée depuis une vingtaine d'années autour de cette idée d'une taxe carbone à visée stratégique. Dans l'introduction on rappelle le cadre économique de ces jeux, leur cadre analytique (jeux différentiels) et la littérature théorique afférente. On présente trois jeux qui forment le corps de la thèse. Chacun des trois chapitres suivants est consacré à un jeu différentiel original. Le premier jeu est un jeu non coopératif entre un bloc de consommateurs et un bloc de producteurs avec un plafond de pollution comme contrainte environnementale principale. L'existence de ce plafond modifie les conclusions classiques de ce type de jeu. Dans le deuxième jeu il y a également un jeu non coopératif entre un bloc de consommateurs (pays riches) et un bloc de producteurs mais il y a en plus un second bloc de consommateurs (pays pauvres et émergents), qui ne joue pas dans le jeu mais met en place la taxe carbone résultant à chaque instant du jeu en contrepartie d'un transfert de la part du premier bloc de consommateurs. Il apparaît que sous certaines conditions le second bloc a intérêt à ce schéma « taxe carbone contre transfert ». Dans le troisième jeu il y a aussi deux zones de consommation mais elles jouent maintenant un jeu non coopératif entre elles, les producteurs étant passifs. Il y a une taxe carbone par bloc et pas mondiale et pourtant le jeu fait apparaître sous certaines conditions une situation meil1eure pour les blocs de consommation qu'une situation de passivité face aux producteurs. La conclusion d'ensemble de ces trois jeux est que sous certaines conditions les pays consommateurs peuvent avoir intérêt à un comportement stratégique et pas seulement Pigouvien en matière de taxe carbone. / The world we are in : dynamic games relative to climate change. In these games the setting up of a carbon tax has Pigouvian grounds (to take into account the damage resulting of the accumulation of Green House Gas in the atmosphere due to the consumption of fossil energy) but it has also other aims that are strategic. For fossil energy consuming countries, indeed, a carbon tax can be a way to "eat" a part of the producing countries' rent. Then the resulting carbon tax has a Pigouvian part but also a strategic part. The literature developed during the last twenty years in this field is all about non cooperative games between an area of cartelized consuming countries and an area of cartelized producing countries. In the introduction, we lay out the economic framework of this type of games, their analytical framework (differential games) and the theoretical literature. Then the three original games that make up the bulk of the present work are introduced. Each of the three following chapters is devoted to one of these three games. The first one is a non-cooperative game between an area of consuming countries and an area of producing countries but with an upper limit of atmospheric carbon concentration as the main environmental constraint. This new type of constraint changes the classical results of this type of game. The second one is also a non-cooperative game between an area of consuming countries (here the old rich countries) and an area of producing countries but there is also another area of consuming countries (poor and emergent countries) that does not play the game while it sets up the tax resulting of the game. The setting up of such a tax in this area is the consequence of a transfer from the other consuming area. The conclusion is that under specific conditions this area (but also the financing area) wins some welfare in this framework versus a passive behavior in front of the producers. In the last game, there are also two consuming areas but now they play a non-cooperative game between themselves, while the producing area is passive. In consequence there is not a worldwide carbon tax but two regional carbon taxes. However, under some specific conditions, this framework is better for the two consuming areas than the passive attitude in front of the producers. The main conclusion of the three games is that in some circumstances the consuming countries can get some extra welfare from a strategic stance when setting up a carbon tax.

Ce travail de recherche interroge la notion du développement durable, et la façon dont ce concept se traduit dans le domaine des énergies renouvelables et du « tourisme durable » du niveau international au niveau local. A partir de cette question de départ, nous avons souhaité analyser les enjeux de la « durabilité » des énergies renouvelables par rapport à l’activité touristique et comprendre les leviers et les mécanismes qui participent à l’instauration d’un nouveau statut énergétique compatible avec le « développement durable ». Le développement durable n’étant pas un concept accepté de manière uniforme par tous les chercheurs, notre étude met en évidence la diversité des enjeux selon les échelles géographiques et repose sur des sources d’information variées, en essayant de distinguer les analyses théoriques et empiriques, et d’approcher la réalité de l’Europe par les réalités nationales et locales. Comme champ d’application de notre recherche nous avons choisi les îles de la Grèce, et nous avons cherché à voir comment les décideurs politiques de ce pays ont essayé de développer les énergies renouvelables en leur attribuant le statut de «formes énergétiques fondamentales » selon les lignes européennes. Nous avons cherché à élargir et valider nos conclusions par l’évaluation des « meilleures et des plus mauvaises pratiques » parmi diverses îles du monde. Nous avons revelé qu’il existe plusieurs dimensions du problème : - le jeu entre acteurs d'échelles différentes, aux enjeux souvent différents - le jeu et les interactions entre logiques sectorielles - le jeu des logiques spécifiques à certains milieux géographiques. Après des recommandations qui insistent sur l’importance de facteurs institutionnels et organisationnels dans le processus d’un développement durable, on parvient à conlure que, même si la multiplicité des échelles implique une grande complexité du développement durable, il y a toujours un espoir pour faire passer le message de Bruxelles à l’échelon local, sous la condition que certains paramètres soient pris en considération. / This research discusses the notion of sustainable development, and the way in which this concept is translated in the fields of renewable energies and “sustainable tourism” from the international to the local level. From this starting question, we wished to analyze the challenges of renewable energies regarding sustainability within tourist activity and understand the mechanisms which participate in the introduction of a new energy status compatible with “sustainable development”. The sustainable development not being an accepted concept in a uniform way by all the researchers, our study highlights the diversity of challenges met to various geographical scales. Our work is based on multiple information sources, while trying to distinguish theoretical and empirical analyses and to approach European reality through national and local realities. As field of application in our research, we have chosen the islands of Greece and we sought to see how political decision makers of this country have tried to develop renewable energies allocating them the status of “fundamental energy forms” in compliance with European guidelines. We sought to widen and validate our conclusions through the evaluation of “better and worst practices” among various islands of the world. We revealed that there are several dimensions of the problem: - interactions between actors of different scales, with often different challenges to meet - interactions between sectorial logics - interactions between specific logics applied to certain geographical environments. After our recommendations which insist on the importance of institutional and organisational factors in the process of sustainable development, we conclude that, even if the multiplicity of the scales implies a great complexity in the implementation of sustainable development practices, there is always a hope to transmit the message from Brussels to the local level, under the condition that certain parameters are taken into account.