Les smart grids sont considérés comme un moyen efficace pour accueillir plus largement des énergies renouvelables, de mieux maitriser la demande, d’améliorer les conditions d’exploitation du système électrique, d’augmenter sa performance et de faciliter le développement des nouveaux usages tels que le véhicule électrique. Cependant, ces bénéfices potentiels du smart grid sont également porteurs d’incertitudes pour le système électrique ainsi que pour ses acteurs. Ces incertitudes sont de nature technologique, économique, sociale, politique, entre autres.La thèse s’inscrit dans le cadre du projet GreenLys (un démonstrateur smart grid adressant des innovations allant du producteur d’énergie jusqu’au consommateur en incluant les acteurs du réseau électrique de transport et de distribution). Elle a pour objectif de proposer des paliers techniques et économiques de transition vers le smart grid à l’horizon 2050.Dans la perspective de cette thèse, trois incertitudes qui peuvent influencer considérablement les stratégies des investissements futurs sont traitées dans trois modèles séparés. Les trois modèles sont appliqués aux scénarios de GreenLys (un scénario conservateur ‘Grenelle’ qui respecte les engagements énergétiques européens et un scénario plus ambitieux ‘100% EnR’ qui vise une production électrique totalement renouvelable) pour proposer des paliers d’investissements smart grid et des recommandations. Premièrement, l’incertitude portant sur la régulation du réseau public de distribution est étudiée dans un modèle utilisant une approche d’options réelles combiné avec un algorithme logique floue. Deuxièmement, une approche d’options réelles basée sur un arbre binomial classique est utilisée pour analyser l’incertitude sur l’évolution du gisement de flexibilité. Enfin, l’incertitude portant sur les coûts systèmes d’informations est modélisée dans un algorithme basé sur un processus de Monte-Carlo. / Smart grids are seen as an adequate way to facilitate the penetration of renewable energies, to improve the electrical power system operating conditions, to increase its performance and to promote the development of new uses such as the electric vehicle. However, the potential benefits of smart grids come with uncertainties for the electrical power system itself and for its players as well. These uncertainties are technological, economic, social, political, among others.The thesis is part of GreenLys experimentations. GreenLys is a demonstrator project which tests the operation of a smart grid over the whole electricity supply chain: from the producer to the end consumer, including all those involved in the transportation, distribution and supply of electricity. This thesis aims to provide technical and economic transition towards smart grid by 2050.In the context of this thesis, three uncertainties are considered, each within a separated model. These uncertainties can significantly influence the strategies of future investments of smart grid. The developed models are applied to GreenLys scenarios (a conservative scenario that respects the European energy commitments called 'Grenelle' and an ambitious scenario that considers electricity production is fulfilled from renewables called '100%EnR') in order to propose some investment strategies and recommendations for smart grid.Firstly, the uncertainty about the future regulation of the public distribution network is studied in a model using a real option approach combined with a fuzzy logic algorithm. Secondly, a real option approach based on the classic binomial tree is used to analyze the uncertainty about the evolution of electrical loads flexibility. Finally, the uncertainty about the costs of smart grid information systems (Software) is modeled using a statistical Monte Carlo process.The results of the models developed in this thesis are combined and analyzed within techno-economic framework in order to spot the best smart grids deployment strategy with respect to GreenLys scenarios and experimentation zone. The highlighted strategies optimize the economic value of the investment while minimizing future risks.

L'énergie éolienne est en train de se développer en conséquence des problèmes environnementaux posés par les sources d'énergie traditionnelles et du progrès technologique des aérogénérateurs. La part de ce type d'énergie dans le réseau est de plus en plus importante dans les régions ventées. Par suite, l'impact sur le réseau électrique, de la qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente. D'autre part, le coût de l'énergie éolienne est encore trop élevé pour concurrencer les sources traditionnelles sur des sites moins ventés. Plus " d'intelligence " peut être introduite dans la commande des éoliennes pour résoudre ces problèmes. Cette commande doit être faite en tenant compte du comportement de l'aérogénérateur dans son ensemble. Les perturbations provenant du vent doivent également être considérées. L'objectif de cette thèse se résume ainsi: concevoir les lois de commande d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch, en tenant compte des perturbations éoliennes et avec quatre critères d'optimisation. Ces critères sont: l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique produite, du rendement énergétique et de la robustesse des commandes et la diminution des efforts subis par le train de puissance de l'éolienne. Des modèles de simulation permettant d'étudier les lois de commande d'aérogénérateurs existent, mais l'impact des perturbations éoliennes sur le système dans son ensemble n'est en général pas considéré avec suffisamment de précision. Ici, un modèle de simulation d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch est présenté. Une attention particulière est portée à l'interaction entre le vent et la turbine. Ce modèle de simulation a été validé à l'aide de données réelles d'une éolienne de 180 kW et de données provenant de la littérature. Un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch a différentes zones de fonctionnement. Trois zones sont étudiées ici: celle correspondante à des vitesses de vent moyens où la vitesse de rotation de l'éolienne est variable, celle liée à des vitesses plus importantes où l'éolienne tourne à la vitesse nominale et celle liée aux vitesses de vent où la puissance captée par la turbine est limitée à l'aide du pitch. En plus de la stratégie de commande générale de l'éolienne, différentes conceptions de commandes dans chacune de ces zones sont examinées. Des modèles linéaires permettant d'étudier le comportement dynamique du système éolien sont obtenus sur différents points de fonctionnement à partir du modèle de simulation non-linéaire. Certains de ces modèles sont utilisés en tant que modèle de commande. Des régulateurs numériques robustes sont synthétisés dans chacune des zones de fonctionnement. Ces lois de commande sont ensuite testées sur le modèle de simulation. Différentes commandes sont comparées en observant leur comportement face aux quatre critères liés à l'objectif de thèse. Un modèle de simulation est pratique pour tester les lois de commande, mais il convient d'essayer ces lois aussi sur un banc d'essai avant de les implémenter sur une éolienne réelle. Ici, l'aérogénérateur simulé est émulé sur un banc d'essai de 15 kW. Ensuite, quelques essais expérimentaux sont réalisés sur ce banc. Les résultats obtenus en simulations et sur le banc d'essai montrent que des lois de commande avancées permettent d'améliorer le comportement d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch.