Cette thèse traite de la valorisation de produits dérivés du prix de l'électricité. Dans la première partie, nous nous intéressons à la valorisation par absence d'opportunité d'arbitrage de portefeuilles incluant la possibilité de transformation d'actifs par le biais d'un système de production, sur des marchés en temps discret avec coûts de transaction proportionnels. Nous proposons une condition qui nous permet de démontrer la propriété fondamentale de fermeture pour l'ensemble des portefeuilles atteignables, et donc l'existence d'un portefeuille optimal ou un théorème de sur-réplication. Nous continuons l'approche avec fonction de production en temps discret sur un marché en temps continu avec ou sans frictions. Dans le seconde partie, nous présentons une classe de modèles faisant apparaître un lien structurel entre le coût de production d'électricité et les matières premières nécessaires à sa production. Nous obtenons une formule explicite pour le prix de l'électricité spot, puis la mesure martingale minimale fournit un prix pour les contrats futures minimisant le risque quadratique de couverture. Nous spécifions le modèle pour obtenir des formules analytiques et des méthodes de calibration et d'estimation statistique des paramètres dans le cas où le prix spot dépend de deux combustibles. Dans un second temps, nous suivons la méthodologie initiée par Bouchard et al. (2009) pour l'évaluation de la prime de risque liée à un produit dérivé sur futures non disponible. Utilisant des résultats de dualité, nous étendons l'étude au cas d'un marché semi-complet, en proposant une réduction du problème et une méthode numérique pour traiter l'EDP non linéaire.

Les défis auxquels les systèmes électriques font face actuellement (intégration massive des énergies renouvelables, développement de la production distribuée, réduction des émissions CO2, etc.) donnent lieu à une intuition partagée sur la croissance des besoins en stockage d’électricité. Néanmoins, les investissements en stockage engagés par des acteurs individuels restent à ce jour très faibles, sauf pour la technologie de stockage par pompage-turbinage. Ceci s’explique potentiellement par le fait que l’usage du stockage par un seul acteur ne permet que rarement de recouvrir le coût d’investissement du stockage. En tant qu’actif multifonctionnel, le stockage est capable de fournir de nombreux services à différents acteurs. La façon dont le stockage est utilisé devrait être adaptée afin de permettre une mutualisation du coût d’investissement et des bénéfices parmi différents acteurs dans le paysage dérégulé des systèmes électriques en Europe.La thèse a permis d’étudier les mécanismes efficaces permettant 1) aux acteurs régulés et dérégulés de partager l’utilisation d’une unité du stockage, et 2) à une coordination efficace des utilisations décentralisées du stockage. A cet effet, nous proposons un design de marché qui permet d’agréger les valeurs du stockage en deux dimensions.Premièrement, des valeurs peuvent être agrégées sur plusieurs horizons temporels. Les acteurs peuvent avoir intérêt à décider l’utilisation du stockage à différents moments avant la livraison en temps réel. L’agrégation verticale est obtenue par la superposition des profils d’utilisation décidés à différents horizons temporels. Deuxièmement, les valeurs peuvent être agrégées parmi différents acteurs. Ceci consiste à coupler le stockage avec des marchés organisés de l’électricité. A un horizon donné, l’opérateur du stockage communique ses capacités disponibles à l’opérateur du marché, qui vaviincorporer ces capacités dans le processus de clearing de marché afin de maximiser le bien-être social.La thèse démontre qu’il est possible de faire partager une unité du stockage par des acteurs régulés et dérégulés d’une manière systématique. Des simulations montrent que l’agrégation des valeurs du stockage, de la façon proposé dans la thèse, peut conduire à une augmentation évidente de la rentabilité du stockage. Elles montrent aussi qu’après la clôture de toutes les activités commerciales à un horizon donné, il reste systématiquement des capacités du stockage non-utilisées, qui sont difficilement valorisables par les acteurs dérégulés, mais pourraient être servies par les acteurs régulés. Le mécanisme d’agrégation permet de capturer la valeur de ces capacités, tout en respectant le principe d’ « unbundling » du secteur électrique européen. / The challenges faced by the power systems nowadays (massive integration of intermittent energy sources, development of distributed generation, reduction of CO2 emissions, etc.) give rise to a widespread notion on the growing needs for electric energy storage (EES). In spite of this, little investment on EES, however, has been carried out by individual actors. An exception concerns pumped hydro storage technology, but the development of this technology is highly constrained by the existence of suitable sites in Europe. The lack of investments in EES, despite its general usefulness, is potentially due to the fact that the usage of storage by one individual actor generally could not allow him to recover the high investment costs involved. As a multi-functional asset, EES can provide numerous benefits to different actors. A potential means to promote EES may involve socialising the investment cost and benefits of EES among different actors in the deregulated power systems in Europe.This thesis studies how to create efficient mechanisms to allow 1) all the actors, both regulated and deregulated, to share the use of an EES unit, and 2) an effective coordination on the decentralized usages of storage by different actors. To this aim, we propose a market design that enables the aggregation of the values of EES along two dimensions, namely vertical and horizontal aggregation.Firstly, the values can be aggregated vertically upon several time horizons. Actors may have different needs for EES at different time horizons. The vertical aggregation is achieved by superposing utilisation profiles of EES decided at different moments in time. The compatibility of the different utilisation profiles is ensured by a coordination mechanism. Secondly, the values can also be aggregated horizontally among a large number of actors. The horizontal aggregation consists in coupling EES to the electricityivmarkets. At a given time horizon, the storage operator communicates the available capacities of EES to the market operator, who will incorporate these capacities in the market clearing process to maximise the social welfare.The thesis proves that it is possible for different actors, both regulated and deregulated, to share the use of storage in a systematic way. The simulation results show that the aggregation of values of EES, in the way proposed by the thesis, can lead to higher return on investment. The simulation also show that, after the closure of all commercial activities (at certain time horizon), there are systematically residual capacities of EES which are difficult to be valued by deregulated actors, but can be used by regulated actors. The value of these capacities can be effectively captured in the proposed aggregation mechanism, while respecting the unbundling principle of the European electricity sector.

La volonté de réduction des émissions de gaz à d'effet de serre est à l'origine de l'étude de la capture du CO2 dans les systèmes de production d'électricité à base de gazéification du charbon intégrée à un cycle combiné. Une étude comparative des procédés de capture de CO2 retenus dans la littérature (MEA-MDEA, AMP, N-Méthyl- Pyrrolidone et méthanol) a conduit au choix de l'absorption physique par le méthanol. La simulation du fonctionnement de l'IGCC avec capture de CO2 a été réalisée à l'aide du logiciel Aspen Plus

L'intégration de production d'électricité renouvelable dans les réseaux d'électricité est rendue difficile à cause du caractère variable et aléatoire de cette production. Le travail de cette thèse se penche sur la participation des producteurs d'énergie renouvelable aux marchés d'électricité, et plus précisément sur les coûts de régulation imputés à ces producteurs pour tout écart entre la production délivrée et la production contractée sur ces marchés. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de modéliser et d'évaluer les différentes méthodes de gestion de ces pénalisations d'écarts liées à la participation de producteurs d'énergie renouvelable dans les marchés court-terme d'électricité. Ce travail propose d'abord une classification des méthodes existantes pour la diminution de ces pénalités. Les solutions dites physiques, liées au portefeuille de production, sont distinguées par rapport aux solutions dites financières, qui sont basées sur des produits de marché tels que les options. Les solutions physiques sont abordées dans le cadre des centrales virtuelles. Un modèle générique de la pénalisation des écarts d'énergie est proposé. Le problème de prise de décision relatif à ces diverses solutions est ensuite formulé en tant que problème d'optimisation sous incertitude. Cette approche est basée sur une fonction de coût qui est exprimée à partir du modèle générique de pénalités. Enfin, l'incertitude liée à la production renouvelable est considérée à travers une méthode basée sur le risque, qui est mesuré à partir d'outils financiers. Les différentes méthodes sont illustrées avec des cas d'étude basés sur des données réelles.

Le rôle des collectivités locales dans l'organisation du service public de l'électricité est un domaine méconnu de l'action publique locale en raison du poids symbolique d'edf. Pourtant, les communes et leurs regroupements syndicaux intercommunaux, qui ont joué un rôle historique dans l'électrification du territoire national, ont su conserver d'importantes prérogatives en tant qu'autorités concédantes de ce service public. Les syndicats départementaux d'électricité sont devenus des lieux et des outils d'un pouvoir local discret pour les élus qui en ont la charge.<br />L'analyse géopolitique des relations entre les collectivités locales et l'électricité fait apparaître la diversité des acteurs et la force de leurs représentations. Prises dans le double mouvement de la libéralisation des marchés de l'énergie et de la décentralisation territoriale, les collectivités locales aspirent a renforcer leurs compétences. Par ailleurs, la décentralisation s'accompagne d'une montée en puissance des discours sur les politiques énergétiques locales et d'un conflit d'échelles et de territoires sur la " bonne " maille pour conduire ces politiques.

Une prévision correcte de la consommation d'électricité est fondamentale pour le bon fonctionnement du réseau électrique français, dont Réseau de Transport d'Electricité a la charge. Les prévisions utilisées quotidiennement par RTE sont issues d'un modèle alliant une régression paramétrique non linéaire et un modèle SARIMA.Dans l'idée d'obtenir un modèle de prévision adaptatif, des méthodes de prévision non-paramétriques ont déjà été testées sans succès véritable. On sait notamment que la qualité d'un prédicteur non-paramétrique résiste mal à un grand nombre de variables explicatives, ce qu'on appelle communément le fléau de la dimension.On a proposé récemment des méthodes semi-paramétriques d'estimation d'une régression qui améliorent l'approche non-paramétrique pure. L'une d'elles, basée sur la notion de ''directions révélatrices'' appellée MAVE (Moving Average -conditional- Variance Estimation), peut s'appliquer aux séries temporelles. Nous étudions empiriquement son efficacité pour prédire les valeurs futures d'une série temporelle autorégressive.Nous adaptons ensuite cette méthode, d'un point de vue pratique, pour prédire la consommation électrique. Nous proposons un modèle semi-paramétrique semi-linéaire, basé partiellement sur la méthode MAVE, qui permet de prendre en compte simultanément l'aspect autorégressif du problème, et l'introduction de variables exogènes. La procédure d'estimation proposée se révèle efficace en pratique.

L'Analyse de Cycle de Vie a été appliquée pour évaluer les impacts environnementaux d'un quartier, sur une durée permettant d'intégrer des phases de construction et de fin de vie des bâtiments. Afin d'éviter le déplacement de pollution, cette méthode prend en compte les impacts générés par le quartier dans d'autres territoire, par exemple pour la fabrication de matériaux de construction ou la production d'électricité. L'échelle du quartier offre des degrés de liberté supplémentaires en termes d'éco-conception par rapport à celle du bâtiment, en intégrant les interactions entre constituants du système urbain étudié ainsi que la mutualisation éventuelle d'infrastructures (réseau de chaleur, production locale d'électricité, parkings...). L'évaluation environnementale du système complexe formé par un quartier nécessite de comprendre son fonctionnement. Les travaux présentés dans cette thèse visent à contribuer au développement de connaissances dans cet objectif, au moyen de la simulation numérique. Un quartier est considéré comme un système faisant intervenir de nombreux composants interagissant à des échelles variables, impliquant une modélisation multi-échelles. Parmi ces interactions, au sein du quartier mais aussi avec le territoire dans lequel il s'intègre, la forte variabilité temporelle des caractéristiques de la production et de l'usage de l'électricité met en avant l'importance d'une analyse détaillée : des variations horaires des impacts sont alors considérées au lieu d'une moyenne annuelle utilisée classiquement. La simplification de la structure des bases de données facilite la collecte des données servant à l'évaluation des impacts. Les conséquences de ces hypothèses simplificatrices sur les résultats d'ACV ont alors été évaluées. Enfin ces développements ont été mis en œuvre en s'appuyant sur des outils préexistants, appliqués à une étude de cas.

La composition des parcs électriques nationaux est basée sur le classement des différents moyens de production par rapport à leur coût marginal de génération d’électricité. Ainsi, les réserves considérables d’hydrocarbure dans les pays producteurs de pétrole ont favorisé l’usage abusif du pétrole ou du gaz naturel dans le parc de production d’électricité. L’objectif de ce travail de recherche est d’analyser des parcs de production pour ces pays producteurs en construisant le parc optimal d’électricité concernant l’usage rationnel (du point de vue économique) des différents moyens de génération d’électricité. Dans ce travail, nous évaluons la situation actuelle et future de la production d’électricité en Arabie Saoudite, en Egypte et en Iran grâce à plusieurs approches de modélisation : linéaire, dynamique et statistique. Ensuite, nous allons mener une analyse de sensibilité afin d’évaluer l’optimalité et l’efficacité de la production d’électricité en tenant compte de l’intégration des autres ressources alternatives non-carbonées. / National power generation mix composition is based on the ranking (merit-order) of the various means of production from their marginal cost of electricity generation. Thus, significant reserves of hydrocarbons in oil-producing countries favoured the abusive use of oil or natural gas in the electricity mix. The purpose of this research is to analyze the power generation mix of these countries by constructing an optimal electricity mix based on the rational use (from an economic point of view) of various electricity production means. In this work, we assess the current and future situation of electricity production in Saudi Arabia, Egypt and Iran, thanks to linear, dynamic and statistical modeling efforts. Thereafter, we will conduct sensitivity analysis to measure the optimality and efficiency of electricity generation by taking into account the integration of alternative non-fossil-fuel based resources.

Ma thèse se compose de deux parties indépendantes. La première traite decrypto-économie et la seconde d’économétrie théorique. Dans le premier chapitre, je présente un modèle qui prédit la puissance de calcul totale déployée par les mineurs en utilisant le taux de change bitcoin / dollar. Le deuxième chapitre s’appuie sur une version simplifiée du précédent modèle pour faire le constat de l’inefficacité du protocole Bitcoin actuel et proposer un moyen simple de réduire la consommation d’électricité engendrée par cette cryptomonnaie. Le troisième chapitre explique comment identifier et estimer les bornes exactes de la région d’identification de l’effet marginal moyen dans un modèle logit avec effets fixes sur données de panel. / My dissertation concatenates two independent parts. The first one dealswith crypto-economics whereas the second one is about theoretical econometrics. In the first chapter, I present a model which predicts bitcoin miners’ total computing power using the bitcoin / dollar exchange rate. The second chapter builds on a simplified version of the preceeding model to show to which extent the current Bitcoin protocol is inefficient and suggest a simple solution to lower the cryptocurrency’s electricity consumption. The third chapter explains how to identify and estimate the sharp bounds of the average marginal effect’s identification region in a fixed effects logit model with panel data.

La représentation de la consommation d’électricité et des comportements associés est abordée sous l’angle des anticipations que l’individu met en œuvre. Selon la théorie des niveaux de construit (Trope & Liberman, 2003) nous avons demandé à des individus d’apprécier leur consommation d’électricité en termes de gestes (bas niveau de construit) et de consommation (haut-niveau de construit) à différentes échelles temporelles (d’aujourd’hui à 15 ans). Dans un premier programme de recherche, les estimations étaient exprimées en termes comparatifs (se comparer à quelqu’un de votre âge). Une distance temporelle longue entraîne des estimations plus désirables dans le sens où les individus (population étudiante et générale) déclarent davantage d’actions chez eux que leurs pairs. Les participants déclarent effectuer plus de gestes et consommer moins d’électricité à long terme plutôt qu'à court terme. Cet effet est annulé par des habitudes pro-environnementales fortes et disparait au-delà de 50 ans. Des feedbacks normatifs permettent de corriger ces estimations. Un second programme de recherche portait sur l’influence de feedbacks normatifs sur la mise en veille de son ordinateur dans un contexte professionnel. Ce type de feedback permet d’obtenir une augmentation importante de mise en veille (jusqu’à un mois après) chez les individus effectuant peu par le passé ce comportement. La promotion de la réduction de la consommation d’électricité peut être renforcée par les niveaux de construit et les feedbacks normatifs. / The representation of electric energy consumption and the-related behaviours is addressed from the perspective of the individual's forecasting. According to the construal level theory (Trope & Liberman, 2003) we asked individuals to assess their electric energy consumption in terms of actions (low level of construal) and consumption (high level of construal) at different time perspectives (from today to 15 years from now). In a first research program, the assessments were expressed comparatively (same as people of my age). A long temporal distance leads to more desirable assessments in that the individuals (students and general population) reported more actions relatively to their peers. Participants stated that they would perform more actions and consume less electric energy consumption in long term rather than short term. This effect is cancelled through strong pro-environmental habits and disappears beyond 50 years old. Normative feedbacks allow for correcting these assessments. A second research program dealt with the influence of normative feedbacks on the use of the computer sleep mode within a professional context. This type of feedback provides significant increase in setting up sleep mode (up to one month after) for individuals that previously didn't do it much. The promotion of energy conservation can be enhanced by construal levels and normative feedbacks.