Dans le contexte de développement durable et de transition énergétique, le secteur du bâtiment représente en France une véritable mine pour mettre en œuvre les ambitions de maîtrise de la demande en énergie. Réglementations nationales et locales ont été progressivement et substantiellement modifiées, et le processus de conception des bâtiments a dû évoluer pour les respecter. La conception a ainsi été questionnée par d'ambitieuses prescriptions visant la performance énergétique.Nous nous interrogeons sur les réajustements opérés par les concepteurs de bâtiments suite à cette série de prescriptions. Nous montrons que les prescriptions énergétiques des collectivités locales passent en majeure partie par des outils relevant de l'urbanisme opérationnel. De plus, après une période d'apprentissage en raison d'une nouvelle définition de la performance énergétique, le secteur de la conception se caractérise par une certaine stabilité, caractérisée par le retour de routines, la recherche de conventions partagées entre la maîtrise d'ouvrage et la maîtrise d’œuvre et le maintien d'un désintérêt tacite pour la prise en compte des usages. Nous étudions alors comme une innovation (la performance énergétique globale) s'est développée pour être ensuite intégrée au régime de la construction.Nous mobilisons la sociologie pragmatique, et plus particulièrement le courant des économies de la grandeur développé par L. Boltanski et L. Thévenot, ainsi que les travaux du courant conventionnaliste pour analyser trois opérations immobilières en logement collectif, de taille variée mais caractérisées par la recherche de la performance énergétique : la Tour Elithis Danube (Strasbourg, 67), l'éco-quartier des Passerelles (Cran-Gevrier, 74) et Les Jardins de Mûres (Mûres, 74). / In a context of sustainable development and energy transition, the French building sector represents a lever to carry out and achieve energy demand management ambitions. National and local rules regarding construction were progressively and substantially modified, and the building design process had to evolve to abide by these rules. Building design has been called into question by requirements aimed at energy performance.We question the readjustments implemented by building designers to follow these requirements. We show that local authorities mostly use operational urban planning to carry their energy requirements. Besides, after a learning period due to the implementation of a new definition of energy performance, the building sector has known stabilisation, characterized by the return of routines and the seek for shared conventions between the project owner and the project manager team. We study how an innovation (the global energy performance) developped and has been adopted by the socio-technical regime of construction.We mobilize the pragmatic sociology; particularly the French branch of sociological economy developed by L. Boltanski and L. Thévenot, and also researches on conventionalism, in order to study three estate operations. These operations belong to multi-unit housing, are of various sizes and are all characterized by a search of energy performance. They are located in different places: in the city of Strasbourg (Alsace) and in the area of Haute-Savoie.

La transition énergétique mondiale en cours incite à l'exploration et au développement d'approches holistiques incluant la modélisation et la simulation des ressources énergétiques distribuées (RED) et des charges flexibles modernes de manière intégrée, tout en évaluant leurs impacts sur le réseau de distribution. Avec le déploiement croissant de ces technologies dites vertes ces dernières décennies, caractérisées principalement par des dispositifs intelligents et un marché énergétique transactionnel en croissance, le système énergétique a acquis une dynamique significative, en particulier du côté de la distribution. Le comportement des consommateurs intelligents et la variabilité des RED changent radicalement les paradigmes traditionnels de planification et d'opération. Cette recherche contribue au domaine de la co-simulation distribution et client (D&C) en introduisant FlexSimNet, une plateforme de simulation innovante open-source, construite autour des technologies de flexibilité et des ressources énergétiques distribuées qui seront cruciales pour fournir de l'électricité Décarbonée, Numérisée et Décentralisée (3D) de manière rentable pour permettre l'émergence de systèmes énergétiques plus verts. FlexSimNet est une plateforme de simulation multi-sectorielle conçue comme un repère pour la recherche et l'analyse de systèmes de distribution et de clients intégrés à grande échelle. FlexSimNet est développé dans un environnement Python et utilise des solveurs de systèmes tels qu'OpenDSS et EnergyPlus en co-simulation. Il comprend plusieurs modules, chacun exécutant des fonctions spécifiques avec des entrées et des sorties distinctes, et conçu pour offrir une flexibilité dans le contrôle de l'opération des charges flexibles et des RED. Ces modules incluent : - Un outil Générique Tierme-Series Pow Flow (GTSPF), qui tire parti d'OpenDSS et de Python pour la simulation dynamique des réseaux de distribution, qui est également intégré à la plateforme d'Énergie Transactionnelle ETSim, permettant un examen détaillé des échanges d'énergie transactionnelle et de leur impact sur les opérations et l'efficacité du réseau. - Un module de Modélisation de l'Énergie Domestique qui utilise EnergyPlus pour une modélisation précise de l'énergie des bâtiments, facilitant une analyse plus approfondie des modèles de consommation tels que les niveaux de confort et leur influence sur le système énergétique global. - La mise en œuvre de simulation de Monte Carlo pour explorer la nature stochastique de la charge et de la décharge des VE, fournissant des aperçus sur la flexibilité et les défis posés par une forte pénétration des VE. - Et, l'application de techniques d'apprentissage machine pour la prévision précise de l'irradiance solaire et de la température, démontrant le potentiel des approches basées sur les données pour améliorer la précision prédictive. Le potentiel et les capacités de FlexSimNet sont évalués de manière approfondie à travers une variété de scénarios et de configurations de simulation. Les résultats confirment l'efficacité et la fiabilité de la plateforme comme cadre robuste pour simuler les interactions entre les RED, les charges flexibles et les réseaux de distribution, offrant un nouveau repère pour l'analyse techno-économique. Les simulations démontrent la complexité supplémentaire introduite dans le réseau par la haute pénétration des ressources énergétiques distribuées et des charges flexibles. Bien que ces ressources offrent des avantages tels que l'intégration des énergies renouvelables et les services de soutien potentiels au réseau, elles défient également l'efficacité du réseau. Cela souligne l'importance d'optimiser l'opération et la coordination de ces ressources au sein du réseau de distribution pour exploiter pleinement leurs avantages tout en maintenant ou en améliorant la performance du réseau. Cela impose également des défis pour la stabilité de la tension. La gestion de ces fluctuations devient cruciale, surtout à mesure que les niveaux de pénétration de ces technologies augmentent. Les opérateurs de système doivent employer des stratégies de régulation de tension avancées et exploiter la flexibilité de ces ressources énergétiques distribuées pour maintenir la stabilité du réseau. / The ongoing global energy transition urges the exploration and development of holistic approaches that include the modelling and simulation of distributed energy resources (DER) and modern flexible loads in an integrated manner while evaluating their impacts on the distribution network. With the increasing deployment of these so-called green technologies in recent decades, characterized primarily by smart devices and a growing transactional energy market, the power system has gained significant dynamism, especially on the distribution side. The behaviour of smart consumers and the variability of DER drastically change traditional planning and operational paradigms. This research contributes to the distribution and client (D&C) co-simulation field by introducing FlexSimNet, an innovative open-source simulation platform, built around flexibility technologies and distributed energy resources that will be crucial for delivering cost-effective Decarbonized, Digitized and Decentralized (3D) electricity to enable emerging greener energy systems. FlexSimNet is a multi-sector simulation platform designed as a benchmark for the research and analysis of large-scale integrated distribution and customer systems. FlexSimNet is developed in a Python environment and employs system solvers such as OpenDSS and EnergyPlus in co-simulation. It comprises several modules, each performing specific functions with distinct inputs and outputs, and designed to offer flexibility in controlling the operation of flexible loads and DER. These modules include: - A Generic Time-Series Power Flow (GTSPF) tool, which leverages OpenDSS and Python for dynamic simulation of distribution networks which is also integrated with the transactive energy ETSim platform, enabling detailed examination of transactive energy exchanges and their impact on network operations and efficiency. - A Home Energy Modelling module which utilizes EnergyPlus for accurate building energy modelling, facilitating a deeper analysis of consumption patterns such as comfort levels and their influence on the overall energy system. - The implementation of Monte Carlo simulations to explore the stochastic nature of EV charging and discharging, providing insights into the flexibility and challenges posed by high EV penetration. - And, the application of machine learning techniques for precise forecasting of solar irradiance and temperature, demonstrating the potential of data-driven approaches inenhancing predictive accuracy. FlexSimNet's potential and capabilities are thoroughly assessed through a variety of scenarios and simulation setups. The results confirm the platform's effectiveness and reliability as a robust framework for simulating the interactions between DER, flexible loads, and distribution networks, offering a new benchmark for techno-economic analysis. The simulations demonstrate the additional complexity introduced into the network by the high penetration of distributed energy resources and flexible loads. While these resources offer benefits such as renewable integration and potential grid support services, they also challenge network efficiency. This underscores the importance of optimizing the operation and coordination of these resources within the distribution network to harness their full benefits while maintaining or enhancing network performance. It also imposes challenges for voltage stability. Managing these fluctuations becomes crucial, especially as the penetration levels of such technologies grow. System operators need to employ advanced voltage regulation strategies and leverage the flexibility of these distributed energy resources to maintain grid stability.

En France, la transition énergétique apparaît comme consensuelle. Elle s’appuie à la fois sur un argument moral (la nécessité de diminuer les émissions de gaz à effet de serre à l’échelle mondiale), sur une injonction légale (la loi de transition énergétique pour une croissance verte parue en 2015) et sur les intérêts économiques des groupes techno-industriels. Pourtant, la mise en place de la transition se ne fait pas sans frictions : des contestations s’expriment, sur le littoral, lorsque sont discutées les infrastructures d’énergies marines sur la façade atlantique. Pourquoi des projets qui se réclament d’un processus de transition énergétique porteur d’intérêt général sont-ils en fait source de conflits ? Nous verrons que ces conflits sont révélateurs de représentations différentes des territoires maritimes sur lesquels les nouvelles infrastructures énergétiques s’implantent. Ils reposent également sur des conceptions différentes d’une transition énergétique qui souffre d’un manque de définition claire. Ces différentes visions de ce que doit être une « réelle transition » s’expriment à propos de la dimension territoriale et de la dimension énergétique de la transition : constitue-t-elle une rupture territoriale dans l’aménagement du littoral ? À quel agencement du bouquet énergétique la transition énergétique peut-elle aboutir, au cœur d’un système énergétique qui possède une inertie importante et qui reste fortement marqué par les logiques nucléaires ? Derrière ces conceptions variées de la transition énergétique se nouent, sur les littoraux, des rapports de forces entre acteurs. Les groupes techno-industriels (EDF, EDF Énergies marines, Engie, Iberdrola) et les autorités publiques sont amenés, pour faire accepter les nouvelles infrastructures énergétiques, à négocier avec les pêcheurs et les associations locales de protection de l’environnement ou de loisirs. Ils développent notamment des stratégies d’acceptabilité pour gérer les conflits qui s’expriment : recours à des compensations territoriales, mise en place de dispositifs participatifs, utilisation de la fiscalité locale, promotion d’un imaginaire acquis à la technique. / In France, the energy transition appears to be consensual. It is based on a moral argument (the need to reduce greenhouse gas emissions worldwide), a legal injunction (the energy transition law for green growth published in 2015) and the economic interests of techno-industrial groups. However, the transition is not without friction: there are disputes on the coastline when discussing marine energy infrastructures on the Atlantic coast. Why are projects that claim to be part of an energy transition process of general interest in fact creating conflicts? We will see that these conflicts reveal different representations of the maritime territories on which the new energy infrastructures are being built. They are also based on different conceptions of an energy transition that suffers from a lack of clear definition. These different visions of what a "real transition" should be express themselves in terms of the territorial and energy dimensions of the transition: does it constitute a territorial break in coastal development? What arrangement of the energy mix can the energy transition lead to, at the heart of an energy system that has a significant inertia and remains strongly marked by nuclear logic? Behind these various conceptions of the energy transition, on the coastlines, there is a balance of forces between actors. Techno-industrial groups (EDF, EDF Energies marines, Engie, Iberdrola) and public authorities are led to negotiate with fishermen and local associations for the protection of the environment or leisure activities in order to gain acceptance for new energy infrastructures. They develop acceptability strategies to manage conflicts that are expressed: resorting to territorial compensation, setting up participative mechanisms, using local taxation, promoting an imaginary acquired through technology.

Un rattachement ou une formation disciplinaire, pas plus que la relation à des espaces de travail et des instruments spécialisés, ne suffisent seuls à définir une culture scientifique. Ce sur quoi des chercheurs issus d’horizons divers travaillent, construit un mode singulier de conception de leurs activités, pratiques et rapport au monde. Leur réussite est irrémédiablement liée à un sujet, à la fortune que rencontre celui-ci comme innovation dans un contexte social qui le borne et qu’il crée simultanément. Comment s’organise cette (re)conversion vers une nouvelle thématique, alors que l’évolution des modes de financement privilégie aujourd’hui précisément ce cadrage ? Cette thèse propose une enquête sur la notion de « domaine de recherche », que nous définissons a priori comme le cadre des interactions entre l’activité professionnelle de chercheurs et la société autour d’un thème partagé ; elle défend sa dimension épistémique.Ce manuscrit décrit en parallèle le développement des bioénergies, une des principales formes d’énergie dites renouvelables ou encore durables, issue de la biomasse, ses acteurs et leurs jeux d’actions, dans un contexte de forte incitation à conduire une transition énergétique globale, mais aussi de controverses sociales vives. Les deux objectifs de cette thèse convergent :décrire le style de pensée inhérent à un domaine de recherche particulier est nécessaire à l’appréhension, au-delà des seuls discours et promesses, des modes effectifs de développement d’une innovation (ici la mobilisation à grande échelle de végétaux, microorganismes ou déchets pour produire des biocarburants) et donc in fine, à l’évaluation par tout un chacun, de sa pertinence. / Neither academic training within scientific disciplines, nor the daily work in the lab involving specialised equipments, define alone a scientific culture. What diverse researchers from various backgrounds work on, builds a specific way of designing their own activities, practices and relationships with the world. Their individual success is irrevocably bound to a subject, to its fortune as an innovation within the boundaries of a social context it simultaneously changes. How do they perform this (re)conversion to a new domain, as funding agencies nowaday favor this thematic framing? This thesis proposes an investigation into the notion of “research area”, which we a priori define as the frame of interactions between the professional activity of researchers and society around a shared theme; it stands up for its epistemic dimension.This manuscript parallelly describes the “bioenergy” development, a major form of renewable or sustainable energy derived from biomass, its social actors and their interrelations, as strong incentives towards a global energy transition meet sharp social controversies. The two objectives of this thesis meet: describing the inherent style of thinking within a particular research area is required to grasp, beyond the hopes and promises, the actual patterns of development of an innovation (in this case, the large-scale mobilisation of plants, microorganisms or waste to produce biofuels) and thus, ultimately, to collectively evaluate its relevance.

L’objet de cette thèse est d’étudier le rôle de l’énergie dans la croissance économique de long terme. Le chapitre 1 décrit les quatre principaux faits de la croissance : la transition de la stagnation au régime soutenu, la Grande Divergence, l'interdépendance entre consommation d'énergie et progrès technique, et la dynamique en cycles imbriqués et hiérarchisés. Les différentes causes lointaines de la croissance (biogéographie, culture, institutions et contingence) sont ensuite étudiées. Le chapitre 2 présente les théories faisant appel à des causes dîtes proches, telles que le progrès technique et l'accumulation de capital physique et humain. La théorie de la croissance unifiée (UGT) est également analysée. Le chapitre 3 présente les lois fondamentales de la thermodynamique et les concepts associés d'exergie et d’entropie. Il est alors démontré que seule la consommation de services exergétiques constitue une cause fondamentale de croissance. Dans le chapitre 4, il est établi que les productions mondiales de pétrole et de gaz (mais pas de charbon) ont déjà dépassées leur taux de retour énergétique (EROI) maximum, si bien que les productions conventionnelles futures se feront avec un EROI décroissant. Le chapitre 5 démontre que les besoins plus importants en métaux des technologies renouvelables pourraient constituer un frein à la bonne faisabilité de la transition énergétique. Le chapitre 6 montre que la contrainte d’énergie nette se matérialise dans le court terme par le biais des dépenses énergétiques (part du produit économique consommé pour obtenir de l'énergie). Le chapitre 7 présente un modèle théorique de croissance endogène intégrant l’approche biophysique. / This PhD thesis investigates the role of energy in long-term economic growth. Chapter 1 focuses on the description of the four main hard facts of economic growth: transition from stagnation to sustained growth, Great Divergence, interdependence of energy consumption and technological change, and hierarchized-nested adaptive cycles dynamics. Then, the role of different deep-rooted causes of growth (biogeography, culture, institutions, and contingency) are studied. Chapter 2 reviews modern growth theories that focus on proximate causes such as technological change and the accumulation of physical and human capital. Unified Growth Theory (UGT) is also analyzed in this chapter. Chapter 3 presents the fundamental laws of thermodynamics and associated concepts such as exergy and entropy. It is shown that only useful exergy consumption can be considered as the fundamental cause of economic growth. Chapter 4 presents the concept of energy-return-on-investment (EROI). It is shown that maximum EROIs have already been reached at global scale for oil and gas (but not coal), so that future conventional productions will have declining EROIs. Chapter 5 shows that the higher metal requirements of renewable technologies could be potentially detrimental to the energy transition. Chapter 6 shows how the net energy constraint materializes in the short-run through energy expenditure, which is the fraction of economic output diverted to obtain energy. Chapter 7 builds a bridge between the endogenous economic growth theory and the biophysical perspective. Research started in this thesis will need further work in order to develop an UGT respecting the biophysical constraints of the real world.

En Europe, la transition énergétique du secteur électrique est unique à la fois d'un point de vue géographique et historique. D'une part, elle s'inscrit dans un double processus d'addition et de substitution technologique. Par ailleurs, elle appelle les électriciens à sortir du paradigme thermique et à mobiliser de nouvelles connaissances pour cela. L'objet de ce travail de recherche est de caractériser les stratégies d'innovation mises en œuvre au niveau des six plus importants groupes électriciens européens (EDF, Enel, Engie, E.ON, Iberdrola et RWE) et à l'échelle du secteur. En nous appuyant sur les brevets déposés entre 2007 et 2013 et sur les projets collaboratifs conduits dans le cadre du 7eme PCRD, nous analysons les stratégies technologiques qui concernent la direction du progrès et les stratégies d'acquisition des connaissances qui concernent la démarche mobilisée par les électriciens pour introduire les technologies bas carbone. Nous mettons en évidence qu'à l'échelle du secteur, les technologies d'addition sont privilégiées aux technologies de substitution et que ces dernières font l'objet d'une démarche d'ouverture moins marquée que les technologies d'addition. En outre, il apparaît que les électriciens les plus émetteurs ne sont pas ceux qui mobilisent une stratégie de substitution technologique la plus marquée. En revanche, ils mettent en œuvre une démarche d'ouverture la plus prononcée pour acquérir les nouvelles connaissances. / In Europe, the energy transition of the power sector is unique both from a geographical and historical standpoint. First, it is part of a two-way process of technological addition and substitution. Furthermore, it calls power corporations to exit the thermal paradigm and, in this perspective, gain new knowledge. The purpose of this research work is to characterize the innovation strategies implemented by six of the major European power companies (EDF, Enel, Engie, E.ON, Iberdrola and RWE) and by the industry. Based on the registeted patents between 2007 and 2013 and collaborative projects conducted in the frameword of the 7th PCRD, we will analyze the technology strategies relating to direction of progress and strategies relating to knowledge acquisition implemented by power companies in order to introduce low carbon technologies. We will highlight that at industry level, addition technologies are favoured in comparison with substitution technologies. We will also demonstrate that the latter shall be less prone to an open approach than addition technologies. Moreover, it seems that power companies with the largest emissions are not those who develop the most significant technology substitution strategy. However, they carry out the most openness based strategy in order to gain new knowledge.

Face à l'urgence dans la lutte contre le réchauffement climatique, la transition énergétique bas carbone est une transition sociétale constituant un véritable défi du fait de ses singularités. Les conditions de sa réalisation résident dans un pilotage politique multi-niveaux afin d'agir dès à présent sur les différents leviers d'action possibles. En effet les Etats interviennent d'une part lors des négociations internationales afin de parvenir à un accord universel sur le climat, et d'autre part dans la législation de leur cadre réglementaire national. Les collectivités locales interviennent également du fait de leurs compétences leur conférant un pouvoir d'influence conséquent sur les modes de production décentralisés et sur la consommation d'énergie. L'échelle locale joue un rôle de premier ordre car elle bénéficie des liens de proximités et de confiance qui favorisent l'action collective et constitue un véritable effet de levier. C'est au niveau des territoires que les projets de la transition énergétique émergent et que la lutte contre le réchauffement climatique se concrétise. C'est pourquoi il est nécessaire de comprendre quels types de projets locaux pour la transition énergétique émergent, et quelle est leur performance tant d'un point de vue économique, que social et environnemental. Cela permettra d'une part aux pouvoirs publics d'identifier les types de projets performants pour impulser leur développement, et d'autre part quels sont les freins à lever le cas échéant pour faire émerger des projets innovants. Sur le long-terme, il s'agit de comprendre quels types de projets se déploieront et se généraliseront dans le cadre de la transition énergétique en fonction du type de valeur qu'ils parviendront à générer. Pour répondre à cela, l'approche des business models est pertinente : elle constitue en effet une grille d'analyse permettant de déterminer les caractéristiques de chaque projet, en décrivant sa proposition de valeur et la configuration de cette valeur, et de déterminer sa viabilité et sa durabilité en fonction de la création (ou destruction) de valeurs (économique, financière, sociale, environnementale) qu'il génère. La thèse propose ainsi une typologie des business models de la transition énergétique à l'échelle locale, une grille d'analyse de projet adaptée à l'enjeu sociétal que représente la transition énergétique et propose enfin des recommandations pour la politique publique en matière d'évaluation de la performance économique, sociale et environnementale de projets locaux de transition énergétique. / To face the climate change, energy transition is required. Energy transition is a societal transition, which is really challenging because of its singularities. The multi-level governance is necessary in order to act now for the energy transition. Indeed States take action by negotiating international agreements for the climate on the one hand, and on the other hand by legislating their national regulatory framework. Local authorities intervene too owing to their competencies which give them a high influence power on decentralized production system and on energy consumption. The local scale plays a major role because they benefit from closed and trustful relationships which foster collective action and act as a real leverage. It is at the territories level that energy transition projects emerge and that fight against global warming become true. That's why it is necessary to understand what types of local projects for the energy transition arise, and what is their economic, social and environmental performance. This can allow public authorities to identify what are the performant projects and to encourage to replicate them on the one hand, and on the other hand to remove barriers in order to make arise innovant projects. In the long run, we must understand what kinds of projects will unfold and generalize as part of the energy transition depending on the value they will generate. To answer this, the business models perspective is highly appropriate: it constitutes an analytical framework which allows to describe the project features (its value proposition, its value configuration) and to determine its viability and sustainability according to the (economic, financial, social, environmental) values creation it builds. The thesis puts forward a typology of energy transition business models at the local scale, an analytical framework for projects adapted to the energy transition societal stake. Finally the thesis suggests some public policy recommandation in terms of assessment of the economic, social and environmental performance of the local projects for the energy transition.

De 2001 à 2020, la Chine s’est donnée pour objectif «la réalisation des sociétés harmonieuses et socialistes » (社会主义和谐社会). À partir de 2016, la gouvernance des entreprises publiques chinoises a profondément été réformée par le comité du conseil d’État de Chine (SASAC), leur permettant l’accès aux marchés extérieurs (BRI) suivant en cela la diplomatie des « pays avoisinants (Yīquān « 一圏 »). Cette expansion des « marchés socialistes de Chine » touche particulièrement les pays d’Asie du Sud-Est ; les réseaux tracés par la Chine en Malaisie et au Cambodge en sont la démonstration.A partir de l’identification des entreprises publiques chinoises selon les activités ciblées pour préparer le « Made in China 2025 », nous caractérisons l’implantation, les pratiques et les réseaux établis par les entreprises spécialisées dans les énergies renouvelables. Les politiques de transition énergétique en ASEAN servent les stratégies de la Chine et de ses entreprises publiques, ouvrant les territoires au développement de l’interconnectivité en ASEAN, selon les concepts de la société chinoise(Shèhuì社会). / From 2001 to 2020, China set the goal of "achieving harmonious and socialist societies" (社会主义和谐社会). As of 2016, the governance of Chinese State-Owned-Enterprises (SOEs) has been profoundly reformed by the State Council Committee of China (SASAC), allowing them access to external markets (BRI) following the diplomacy of "neighboring countries" ( Yīquān "一圏"). This expansion of the "socialist markets of China" particularly affects the countries of Southeast Asia; the networks drawn by China in Malaysia and Cambodia are the demonstration. From the identification of the Chinese public companies according to the activities by the "Made in China 2025"policy, we describe the establishment, practices and networks established by companies specialized in the renewable energies. Energy transition policies in ASEAN serve the strategies of China and Chinese SOEs, opening the territories to the development of interconnectivity in ASEAN, according to the concepts of Chinese society (Shèhuì社会).

Le parc électrique français, caractérisé par une part élevée d’électricité nucléaire, est à l’aube d’une période de transition qui s’étendra au-delà de 2050. Cette transition est caractérisée par une augmentation de la part de l’éolien et du solaire et, en parallèle, une réduction de la part du nucléaire dans le mix électrique, laquelle devrait rester toutefois significative. L’intégration de l’éolien et du solaire dans un mix nécessite de mobiliser des moyens de flexibilité supplémentaires pour maintenir le niveau de fiabilité objectif du système, tant dans le court terme que dans le long terme. L’ensemble des leviers du côté de l’offre et de la demande électrique devra être mis en oeuvre pour répondre à ces nouveaux besoins de flexibilité. Le parc nucléaire aura son rôle à jouer.Dans ce contexte, comment la France peut-elle adapter son parc électrique vers plus de flexibilité, tout en conservant un mix bas carbone et en maîtrisant les coûts associés ? L’objectif de la thèse est d’apporter des éclairages à cette question, par l’intermédiaire d’analyses technico-économiques.Les interactions entre énergie nucléaire et énergies renouvelables variables sont analysées grâce à deux approches complémentaires : l’une, essentiellement technique, confronte les sollicitations futures du parc nucléaire à ses possibilités théoriques ; l’autre, technico-économique, évalue le coût pour le système électrique de voir assurée une partie de la flexibilité par le nucléaire et examine des leviers pour réduire ce coût et rendre compétitif un parc nucléaire fonctionnant en mode flexible. Ces deux approches sont basées sur la construction de scénarios aux horizons 2030 et 2050.Nous montrons que les sollicitations en suivi de charge du parc nucléaire croîtront fortement avec l’augmentation de l’éolien et du solaire. Même si le parc possède des marges de manoeuvre pour réaliser plus d’opérations de suivi de charge, celles demandées au parc nucléaire en présence de solaire et d’éolien à des taux supérieurs à 30% de la demande électrique paraissent difficilement soutenables techniquement par lui seul. Du point de vue de la gestion opérationnelle du parc nucléaire, nous remarquons qu’il est souhaitable de favoriser le développement de l’éolien par rapport à celui du solaire, puisque c’est ce dernier qui induit les sollicitations extrêmes en puissance.Le coût de production du nucléaire pourrait augmenter significativement avec la réduction de l’utilisation du parc. Il apparaît alors essentiel de promouvoir un remplacement progressif du parc pour réduire l’impact économique d’une participation à la flexibilité dans la période de transition. Dans le cas de nouveaux investissements nucléaires, une augmentation du prix de la tonne de CO2 pourrait rendre le back-up nucléaire compétitif face aux centrales à gaz à cycle combiné. Par ailleurs, anticiper le développement de nouveaux débouchés devient crucial pour éclairer les choix d’investissements électriques bas-carbone.Pour contourner la difficulté posée par la réduction du taux d’utilisation du nucléaire, nous examinons la flexibilité du nucléaire comme un levier d’offre de service énergétique plus vaste, tout en contribuant à la fiabilité du système électrique. La production d’hydrogène permet des synergies entre renouvelables et nucléaire pour valoriser ses surplus de production. Cette solution paraît intéressante dès 2030 si les capacités du parc nucléaire sont conservées et que l’opérateur choisit une stratégie économique adaptée pour s’ouvrir à de nouveaux débouchés. Le développement des exportations ou des usages de la chaleur sont aussi des options envisageables pour l’utilisation des surplus.Au global, nous recommandons, afin d’encourager les synergies possibles entre énergies bas-carbone, d’appréhender la part du nucléaire en France dans une dynamique adaptée à la pénétration des renouvelables, et au déploiement des marchés des coproduits nucléaires, dont l’hydrogène. / The French power system is transitioning towards a more diversified low carbon mix. The power mix is characterised by a high nuclear share which is to remain significant and the target to increase variable renewables (wind and solar) by 2050. When introduced massively, wind and solar trigger new needs for back-up power, both in the short and long term, to answer the flexibility required in order to maintain the reliability target level of the power system. All flexibility options should be complementarily developed, given their characteristics, and nuclear will have a role to play in this context.How could the French power mix be adapted towards more flexibility while maintaining a low-carbon level and mastering associated costs? The purpose of this PhD thesis is to shed light on this issue thanks to a techno-economic analysisAt first, interactions between nuclear and variable renewables are analysed thanks to two complementary approaches. On the one hand, a technical perspective is adopted by confronting prospective nuclear load-following requirements to the fleet theoretical capabilities. On the other hand, thanks to a techno-economic approach, we evaluate the additional cost of ensuring part of the flexibility requirements with the nuclear fleet and examine options to reduce this cost to make nuclear back-up competitive. These two approaches are based on the construction of realistic scenarios by 2030 and 2050.The French nuclear fleet will be asked for a strong increase of the load following operations with growing wind and solar shares. Even if the nuclear fleet can enable higher power ramps and amplitude variations, when wind and solar account for more than 30% in the total demand, compensating for the power variations induced would require complementary means. From a fleet management perspective, it would be beneficial to favour wind compared to solar in the power mix. The latter induces extreme power ramps and amplitudes for the nuclear fleet.The nuclear production cost could be significantly increased with the decrease of the nuclear utilisation rate. In the transition phase, it would be of great importance to promote a progressive replacement of the nuclear fleet to compensate for the production cost increase. In the case of new nuclear investments, a carbon price increase could make nuclear back-up able to compete with combined-cycle gas turbine plants as the alternative back-up option. Anticipating the development of new outlets becomes crucial to guide future investments in low-carbon power plants.To bypass the issue of the nuclear utilisation rate reduction, it would be worth considering taking advantage of the available excess energy to produce valuable products while providing flexibility services to the grid. Hydrogen production, as a flexible power demand, could enhance synergies between nuclear and variable renewables through new markets to valorise the excess nuclear energy. When wind and solar shares increase, along with the hydrogen market expected growth driven by mobility uses, opportunities are created for the nuclear operator. If the French nuclear capacities are maintained and if an adapted business model is developed, nuclear-hydrogen coproduction could answer the hydrogen demand by 2030. Other options could be considered to find outlets to the excess power such as the development of power exportations or the coproduction of heat and electricity.Overall, in order to foster synergies between low-carbon power plants, the change of the nuclear share in the French power mix should be apprehended through dynamics adapted to the penetration of renewables as well as to the deployment of hydrogen markets, and new markets in general.

En 30 ans, les batteries Li-ion ont littéralement colonisé notre environnement depuis et leur déploiement s’accélère. Puissante, efficace, légère et compacte, cette technologie présente des problèmes de sécurité. C’est pourquoi la plupart de ces batteries sont équipées de systèmes de gestion. Ils nécessitent l’accès à certains états internes qui ne sont pas tous mesurables. Cette thèse se propose d’estimer les variables en question à l’aide d’observateurs non-linéaires. Un observateur permet d’estimer des états inaccessibles à la mesure, à partir des mesures disponibles et d’un modèle mathématique des dynamiques mises en jeu. Les transports électrochimiques à l’œuvre dans les batteries sont responsables de leur comportement. Nous en proposons un modèle électrochimique adapté à l’observation. Celui-ci repose sur la discrétisation spatiale des équations aux dérivées partielles décrivant ces phénomènes et sur une série d’hypothèses. Présenté comme un système sous forme de représentation d’état, les dynamiques sont affines et l’équation de sortie est non-linéaire. Parmi les observateurs de systèmes à sortie non-linéaire dont nous avons connaissance, aucun ne peut s’appliquer directement au modèle proposé. Nous en avons donc développé de nouveaux dont la stabilité est garantie lorsqu’une inégalité matricielle est satisfaite. Nous avons ensuite confronté ces observateurs à des données expérimentales d’éléments commercialisés. Le comportement de l’observateur est encourageant et semble être un bon compromis entre sens physique et complexité numérique / Developed in the nineties, lithium batteries have colonized our environment in less than thirty years and they keep spreading faster and faster. Powerful, efficient, light and compact, this technology remains hazardous. In order to limit the danger and slow the aging of lithium cells, most of such batteries embed a management system. The latter needs to access some internal states, which are not directly measurable. This thesis intends to estimate these variables using a nonlinear observer, which is based on an electrochemical model. The behavior of the battery is driven by the transportation phenomenon of its main electrochemical species. We therefore built a finite dimensional electrochemical model of these adapted to estimation. It relies on the spatial discretization of the partial differential equations, which describe these transportation phenomena. It also formulates some assumptions, such as the fact that an electrode globally behaves like a single particle of its active material. The obtained state space model has affine dynamics and a nonlinear output. Among the existing observers for such systems that we are aware of, none can be applied directly to the developed model. Hence, we developed new ones whose stability is guaranteed provided a linear matrix inequality holds, which is used to construct the observation gain. We then confront these observers to experimental data acquired on commercialized batteries. The obtained results are encouraging and the observer seems to be a fair compromise between physical meaning and numerical complexity