Notre travail s'intègre dans le cadre d'un programme de recherche relatif à l'amélioration des performances environnementales des appareillages de distribution électrique du centre de recherche et distribution de l'entreprise AREVA T&D. Il s'agit de développer une démarche d'éco-conception adaptée à ses produits et aux besoins de l'équipe de conception et consolidée sur le plan environnemental. Notre démarche s'est basée sur l'analyse du besoin des différents acteurs de l'équipe de conception, l'évaluation environnementale des produits existants et l'étude du processus de conception utilisé pour le développement de ces produits et de la stratégie d'éco-conception de l'entreprise. D'abord, nous avons identifié les outils d'éco-conception indispensables pour l'équipe de conception. Ensuite, l'étude du processus de conception existant nous a permis de déterminer des pistes d'intégration des paramètres environnementaux et des outils d'éco-conception durant les différentes phases de conception. Par ailleurs, nous avons étudié une série d'analyses de cycle de vie de produits de moyenne tension de catégories différentes ce qui nous a permis de déterminer la distribution des impacts environnementaux dans les phases de cycle de vie. Il en sort que la phase d'utilisation est la phase la plus polluante néanmoins très difficile à améliorer. La phase de distribution présente un impact très faible. Cela nous a permis de focaliser notre démarche sur les phases de fabrication et de fin de vie qui présentent un potentiel d'amélioration environnementale plus important. Notre approche d'éco-conception s'intègre au système existant et se base sur l'association du respect de la réglementation, la satisfaction des besoins de l'équipe de conception et l'amélioration des aspects environnementaux à forte marge d'amélioration.Nos travaux de recherche nous ont permis de développer un outil d'éco-conception (DECOD permettant d'assister le concepteur tout au long du processus de conception et plus particulièrement pour les arbitrages écologiques. L'application de notre outil sur un cas d'étude nous a permis de confirmer la fiabilité de notre démarche.

La stimulation cérébrale profonde (SCP) du globus pallidus interne (GPi) est une technique neurochirurgicale établie pour le traitement des mouvements anormaux. Malgré l'effet bénéfique de la SCP du GPi chez les patients porteurs d'un syndrome dystono-dyskinétique (SDD) primaire généralisé, le degré d'amélioration varie d'un patient à l'autre. Nous proposons un modèle anatomique computationnel basé sur l'IRM stéréotaxique mis en concordance avec un modèle de la distribution électrique du système de SCP qui peut être appliqué en pré- et postopératoire sur des patients déjà implantés. Le but de ce modèle est d'optimiser la localisation de la cible au moment de la planification chirurgicale, permettant une localisation des contacts de l'électrode après la chirurgie et d'ajuster les paramètres électriques en routine clinique et pour chaque patient. Nous avons appliqué le modèle à des données cliniques enregistrées de patients avec un SDD primaire généralisé qui ont été traités par l'implantation bilatérale d'électrode dans le GPi. Cette thèse discute les effets des variables liniques, anatomiques (volume du GPi) et électriques (volume stimulé) sur le score moteur postopératoire de l'échelle Burke-Fahn-Marden Dystonia rating scale (BFMDRS) afin d'identifier les facteurs pouvant prédire le degré d'amélioration. En utilisant ces résultats, nous avons modélisé une nouvelle électrode théorique pour optimiser la délivrance du courant, améliorer le bénéfice thérapeutique, minimiser les effets de bord de la SCP et obtenir une distribution du champ électrique plus homogène.

Cette thèse a pour objet l'évolution de l'optimum économique sous contrainte d'équité territoriale de l'industrie électrique, industrie de réseau fixe présentant une hétérogénéité spatiale forte de ses conditions d'offre. Cette problématique porte sur l'analyse de l'évolution du régime de l'électrification rurale en France en termes d'efficacité économique et sociale. Il s'agit de prolonger une longue tradition de recherche du CIRED initiée au début des années 1980 par Louis Puiseux, dont les principaux développements ont été la thèse de Colombier (1992) puis l'évaluation des écarts entre coûts de développement des réseaux ruraux et tarifs par De Gouvello (1996). Ce programme de recherche met en lumière les contradictions entre équité redistributive et équité territoriale, c'est-à-dire entre les visions aspatiales de l'économie théorique (Ponsard, 1988) et les dynamiques territoriales de développement, notamment en mettant l'accent sur les médiations institutionnelles.<br>Notre question de départ porte donc sur la rationalité de l'élargissement de la démarche de l'optimisation sectorielle sous contrainte d'équité à la rationalisation des usages de l'électricité dans l'espace hétérogène de la fourniture d'électricité en zones rurales. La dérive des besoins de renforcement de réseaux ruraux a conduit ainsi à partir de 1995 le régulateur à encourager les collectivités qui sont les propriétaires et investisseurs en réseaux ruraux à rechercher des alternatives moins coûteuses du côté de la demande pour deux raisons économiques. D'abord les réseaux basse tension ruraux sont généralement très longs et comptent peu de clients desservis, par conséquent, l'optimisation des usages chez les clients peut s'avérer beaucoup moins coûteuse que le simple renforcement du réseau. Ensuite cette optimisation permet de rétablir l'équité de la qualité de fourniture entre les clients par le biais de la baisse des besoins d'investissement mais aussi par la réduction du temps d'attente pour les plus défavorisés, autrement dit, les clients situés sur les réseaux les plus coûteux à renforcer.<br>Cette question conduit à analyser d'abord historiquement les institutions de l'électrification rurale dans le contexte évolutif de consolidation de l'industrie électrique en régime de monopole public pour repérer les structures d'intérêts inhérentes à cette organisation qui conduisent à une inefficience sociale à la fois en termes d'efficacité économique et en termes d'équité. Ce qui mène à un double questionnement : <br>- comment compléter les institutions de l'électrification rurale pour modifier les incitations des propriétaires de réseaux ruraux à investir au-delà du compteur chez l'usager ?<br>- comment, dans une situation de forte hétérogénéité spatiale des fonctions locales d'offre et de demande d'électricité dans l'espace rural, repérer les points de réseaux en sous-optimalité économique ?<br>Dans un chapitre liminaire nous définirons précisément l'objet de la thèse à partir du repérage des difficultés d'application de l'innovation réglementaire que constitue la MDE dans la distribution d'électricité en zones rurales. Ce repérage s'effectue par l'analyse de l'organisation de la distribution rurale et de la place du régime d'électrification dont on peut déduire les intérêts des agents économique et des acteurs politiques qui constituent les barrières à cette innovation réglementaire.<br>Dans la première partie on caractérise dans le premier chapitre la trajectoire institutionnelle de l'électrification rurale à partir du projet initial de solidarité nationale sous l'effet de la dynamique des consommations rurales puis de la diffusion des usages thermiques de l'électricité sur les réseaux ruraux induit par des stratégies de développement commercial totalement extérieures au dispositif de solidarité nationale. L'introduction de la MDE s'inscrit dans une mouvement de correction et d'adaptation de ce régime.<br>Dans la seconde partie d'analyse économique normative, le constat précédent conduit à identifier les défauts d'incitation à la MDE qui sont sous-jacents aux institutions de l'électrification rurale et à la structuration de ses acteurs pour repérer comment contourner cet obstacle. Ce constat conduit aussi à imaginer une méthode de calcul économique permettant de prendre en compte les paramètres d'hétérogénéité spatiale de la demande et des coûts de réseau en développement pour répondre à l'évolution de la fonction de demande spatialisée.<br>Au premier niveau d'analyse, on procède dans le quatrième chapitre à une analyse microéconomique du comportement des différents types d'acteurs de l'électrification rurale en partant de leur fonction : régulateur, propriétaire-investisseur ou exploitant, du type de choix qui relève de leurs fonctions et de leurs contraintes pour analyser la structure d'incitations à l'investissement en réseau et à la MDE. On insiste plus particulièrement sur la nature d'acteur politique de l'agent investisseur que sont les collectivités locales, nature qui éloigne du comportement de l'agent économique rationnel. On examine en particulier la relation d'asymétrie d'information entre propriétaires-investisseurs et le régulateur qui répartit les aides à l'investissement. Cette asymétrie porte sur les coûts ex-ante et ex-post des projets. Dans la relation principal-agent, la structure informationnelle est compliquée dans le cas réel par l'imperfection même de l'information que détiennent les agents sur leurs projets. Ces défauts de la structure informationnelle expliquent la dérive du régime d'électrification rurale et les défauts d'allocation des ressources.<br>A ce même niveau d'analyse, on propose dans le cinquième chapitre des correctifs afin d'améliorer l'allocation des ressources du régime d'électrification rurale. On identifie des règles visant à inciter à la MDE les propriétaires investisseurs en recherche récurrente de subventions. Nous utilisons une méthode de calcul du surplus social des actions de MDE et d'identification de sa répartition en termes d'avantages-coûts entre les différents agents parties prenantes : les consommateurs, les propriétaires investisseurs et l'exploitant vendeur d'électricité (ici EDF). L'idée est de sortir du seul mode d'évaluation en cours qui ne regarde que l'avantage net pour les collectivités qui investissent alors que les autres agents bénéficient des actions de MDE. Ceci conduit à définir un mode de réallocation d'une partie des externalités positives des actions de MDE sur l'agent investisseur. On teste ainsi le principe de versements incitatifs à la MDE sous la forme de dotations supplémentaires sous réserve de certification des gains en investissement dégagés par les collectivités.<br>Au second niveau d'analyse normative, dans le sixième chapitre, on se confronte à l'obstacle de l'hétérogénéité des actions de MDE dans le but d'éviter le coût administratif très élevé d'une multitude d'actions dispersées spatialement pour définir une méthode d'évaluation des potentiels de MDE par repérage des configurations les plus intéressantes. Le fondement de cette approche propose de dépasser le caractère aspatial de l'analyse économique (Ponsard, 1986, 1988) par le biais d'une articulation entre deux catégories d'hétérogénéités spatiales : d'une part celle du réseau électrique (Juricic, 1975) et d'autre part celle des déterminants de la demande. Nous supposons que les lieux sont porteurs de sens sur le plan économique, au travers des caractéristiques du réseau et de la demande, ce qui nous conduit à construire un zonage géographique comme moyen de faire apparaître simultanément les attributs économiques pertinents associés aux lieux (Beguin et Thisse, 1979).<br>L'objectif de cette méthode est de permettre de concevoir des projets de MDE d'ampleur significative à l'échelle d'un département. Il s'agit donc d'une méthodologie de recherche des potentiels économiques de MDE qui repose sur une approche d'analyse statistique spatialisée dont le but est de produire un zonage de l'espace pertinent sur le plan des projets de MDE. Le zonage est ensuite mobilisé pour proposer des paniers d'actions et sélectionner des zones d'intervention de MDE dont le montant des économies d'investissement en renforcement de réseaux est calculé.

L’intérêt pour les électrodes transparentes (TEs) concerne un large spectre de domaines technologiques, tels que les dispositifs optoélectroniques (cellules solaires, LEDs, écrans tactiles), les films chauffants transparents, ou les applications électromagnétiques. Les TEs de nouvelle génération auront à combiner à la fois un très haut niveau de conduction électrique, de transparence optique, mais aussi de flexibilité mécanique. L’oxyde d’Indium dopé Etain (ITO) domine actuellement le marché des matériaux transparents conducteurs (TCMs). Cependant, la rareté de l’Indium, combinée à ses faibles performances en flexion mécaniques et ses coûts de fabrication élevés ont orienté les recherches vers des TCMs alternatifs. Les réseaux percolants de nanofils métalliques, en particulier les nanofils d’argent (AgNWs), se sont imposés comme l’une des alternatives les plus sérieuses à l’ITO, en raison de leurs propriétés physiques très attractives. Ces réseaux interconnectés offrent également la possibilité d’utiliser des méthodes de synthèse en voie chimique et d’impression à bas coût, sur de grandes surfaces. De manière générale, les premières estimations concernant les coûts de fabrication sont inférieures à celles de l’ITO. De plus, grâce au très haut facteur de forme des nanofils et à la nature percolante des réseaux, les besoins en quantité de matières premières nécessaires pour atteindre un haut niveau de performance sont moindres.Ce travail de thèse s’intéresse à l’étude des propriétés physiques fondamentales – inexplorées ou non encore suffisamment étudiées – des réseaux d’AgNWs, afin d’améliorer la robustesse, la fiabilité et la compatibilité de ce type d’électrodes avec les critères de performance industriels. La première partie est consacrée à l’étude des méthodes d’optimisation utilisées pour diminuer au mieux la résistance électrique des électrodes. Les mesures électriques in situ effectuées au court d’un recuit thermique et/ou après traitement chimique fournissent de précieuses informations concernant les mécanismes d’activation au niveau des jonctions entre nanofils. A l’échelle du réseau, notre capacité à distinguer les zones qui participent efficacement à la conduction électrique de celles qui seraient potentiellement inactives est un défi majeur. Pour les réseaux dont la densité en nanofils est proche du seuil de percolation, un processus d’activation discontinu de chemins efficaces de percolation à travers le réseau a pu être mis en évidence. De manière générale, l’influence de plusieurs paramètres (densité du réseau, tension, niveau d’optimisation) sur l’homogénéité et la stabilité électrique et thermique des électrodes a été étudiée, à l’aide de techniques de cartographie électrique et de simulations. A tension élevée, un processus d’emballement thermique conduisant à la formation d’une fissure physique à travers un réseau d’AgNWs soumis à des plateaux de tension croissants a pu être détecté visuellement. Des modèles de simulation via les logiciels Matlab et Comsol ont aussi été construits afin de confirmer, voire anticiper, les phénomènes observés expérimentalement. Par ailleurs, encouragés par la demande croissante pour les dispositifs électroniques portatifs en toute circonstance, des tests préliminaires ont été conduit pour évaluer le comportement des réseaux d’AgNWs sous contrainte d’étirement mécanique lorsqu’ils sont transférés sur des substrats élastiques. Ce travail de thèse a également donné lieu à l’intégration de réseaux d’AgNWs dans des dispositifs. Des études ont été menées afin d’améliorer la stabilité des films chauffants transparents à base d’AgNWs et de mieux appréhender les mécanismes favorisant l’émergence de défauts. L’utilisation des réseaux d’AgNWs pour des applications électromagnétiques (antennes, blindage) a également fait l’objet de tentatives préliminaires dont les résultats sont commentés à la fin du manuscrit. / Transparent electrodes attract intense attention in many technological fields, including optoelectronic devices (solar cells, LEDs, touch screens), transparent film heaters (TFHs) and electromagnetic (EM) applications. New generation transparent electrodes are expected to have three main physical properties: high electrical conductivity, high transparency and mechanical flexibility. The most efficient and widely-used transparent conducting material is currently indium tin oxide (ITO). However the scarcity of indium associated with ITO’s lack of flexibility and the relatively high manufacturing costs have prompted search into alternative materials. With their outstanding physical properties, silver nanowire (AgNW)-based percolating networks appear to be one of the most promising alternatives to ITO. They also have several other advantages, such as solution-based processing, and compatibility with large area deposition techniques. First cost estimates are lower for AgNW based technology compared to current ITO fabrication processes. Unlike ITO, AgNW are indeed directly compatible with solution processes, never requiring vacuum conditions. Moreover, due to very large aspect ratio of the NWs, smaller quantities of raw materials are needed to reach industrial performance criteria.The present thesis aims at investigating important physical assets of AgNW networks – unexplored (or not explored enough) so far – in order to increase the robustness, reliability, and industrial compatibility of such technology. This thesis work investigates first optimization methods to decrease the electrical resistance of AgNW networks. In situ electrical measurements performed during thermal ramp annealing and/or chemical treatments provided useful information regarding the activation process at the NW-NW junctions. At the scale of the entire network, our ability to distinguish NW areas taking part in the electrical conduction from inactive areas is a critical issue. In the case where the network density is close to the percolation threshold, a discontinuous activation process of efficient percolating pathways through the network was evidenced, giving rise to a geometrical quantized percolation phenomenon. More generally, the influence of several parameters (networks density, applied voltage, optimization level) on the electrical and thermal homogeneity and stability of AgNW networks is investigated via a dual approach combining electrical mapping techniques and simulations. A thermal runaway process leading to a vertical crack and associated to electrical failure at high voltage could be visually evidenced via in situ electrical mapping of AgNW networks during voltage plateaus. Moreover many efforts using Matlab and Comsol softwares were devoted to construct reliable models able to fit with experimental results. Due to the increasing demand for portable and wearable electronics, preliminary tests were also conducted to investigate the stretching capability of AgNW networks when transferred to elastomeric substrates. Finally, integrations of AgNW networks in several devices were performed. Specifically, studies were conducted to understand the mechanisms leading to failure in AgNW-based transparent film heaters, and to improve their overall stability. Preliminary investigations of the benefits of incorporating of AgNW networks into electromagnetic devices such as antennas and EM shielding devices are also discussed at the end of the manuscript.

Une infrastructure robuste de surveillance basée sur des mesures numériques classiques est souvent utilisée pour permettre une gestion efficace du réseau de distribution électrique, néanmoins les mesures de phaseurs synchronisés, également connu comme synchrophaseurs, sont particulièrement efficaces pour améliorer la capacité de gestion et la surveillance de ces réseaux. Le synchrophaseur est un phaseur numériquement calculé à partir des échantillons de données en utilisant une source temporelle absolue pour un horodatage extrêmement précis des mesures effectuées.De ce fait, les applications des synchrophaseurs sont très nombreuses dans les réseaux électriques, en particulier dans les réseaux de transport. Ils permettent notamment de mesurer la différence angulaire entre les noeuds, l'estimation d'état linéaire, détecter l'îlotage, surveiller la stabilité oscillatoire, et détecter et identifier les défauts. Ainsi, nous pourrions être amenés à croire que pour apporter les avantages bien connus des mesures synchronisées vers les réseaux de distribution électriques, il serait seulement nécessaire de placer les Unités de Mesure de Phaseur, également connu par l'abréviation anglophone PMU, d'une manière directe dans l'environnement de la distribution électrique. Malheureusement, cette tâchen'est pas aussi évidente qu'elle n'y paraît.Les réseaux de distribution électriques et les réseaux de transport ont des caractéristiques opérationnelles différentes, donc les PMUs dédiées aux réseaux de distribution doivent avoir des caractéristiques différentes de celles consacrées aux réseaux haute tension. Les réseaux de distribution intelligents possèdent des longueurs de ligne plus courtes en produisant une ouverture angulaire plus petite entre les noeuds adjacents. En outre, le contenu harmonique élevé et la déviation en fréquence imposent aussi des défis pour l'estimation des phaseurs. Les appareils synchronisés avancés dédiés pour la surveillance du réseau de distribution doivent surmonter ces défis afin de mener la précision des mesures au-delà des exigences actuelles.Cette problématique globale est traitée et évaluée dans la présente thèse. La précision de l'estimation de phaseur est directement liée à la performance de l'algorithme utilisé pour traiter les données. Une grande robustesse contre les effets pernicieux qui peuvent dégrader la qualité des estimations est fortement souhaitée. De ce fait, trois algorithmes adaptifs en fréquence sont présentés en visant l'amélioration du processus d'estimation des mesures de phaseurs dans les réseaux de distribution actifs. Plusieurs simulations en utilisant des signaux corrompus sont réalisées pour évaluer leurs performances dans des conditions statiques et/ou dynamiques.Prenant en compte l'estimation précise des phaseurs, quatre applications potentielles sont présentées pour augmenter la perception, la compréhension et la projection des actions dans les réseaux de distribution. Des contributions sont apportées concernant le circuit équivalent de Thévenin vu par le point de couplage commun (PCC) entre la production décentralisée et les réseaux de distribution. Des contributions sont également apportées pour les équivalents dynamiques externes et l'évaluation de la chute de tension dans les réseaux moyenne-tension radiaux, ainsi que l'évaluation de la problématique des harmoniques pour l'amélioration de la méthode classique nomée PH (puissance active harmonique) pour détecter à la fois la principale source de pollution harmonique et le vrai flux de puissance harmonique sous déviation en fréquence.Le sujet des mesures de phaseurs synchronisés dans le réseaux électrique de distribution est encore peu exploré et les questionnements quant à son applicabilité sont communs, néanmoins cette thèse vise à fournir des propositions pour contribuer à l'avènement de mesures de phaseurs dans l'environnement de la distribution électrique. / Robust metering infrastructure based on classical digital measurements has been used to enable a comprehensive power distribution network management, however synchronized phasor measurements, also known as synchrophasors, are especially welcome to improve the overall framework capabilities. Synchrophasor is a phasor digitally computed from data samples using an absolute and accuracy time source as reference. In this way, since the absolute time source has sufficient accuracy to synchronize voltage and current measurements at geographically distant locations, it is possible to extract valuable informations of the real grid operating status without full knowledge of its characteristics.Due to this fact, applications of synchronized phasor measurements in wide-area management systems (WAMSs) have been achieved. Angular separation, linear state estimation, islanding detection, oscillatory stability, and disturbance location identification are some of the several applications that have been proposed. Thus, we could be lead to believe that to bring the well-known benefits of the synchronized measurements toward electric distribution grids it is only required to place in a straightforward manner conventional Phasor Measurement Units (PMUs) into the electric distribution environment. Unfortunately, this is not as simple as it seems.Electric power distribution systems and high-voltage power systems have different operational characteristics, hence PMUs or PMU-enabled IEDs dedicated to distribution systems should have different features from those devoted to the high-voltage systems. Active distribution grids with shorter line lengths produce smaller angular aperture between their adjacent busbars. In addition, high harmonic content and frequency deviation impose more challenges for estimating phasors. Generally, frequency deviation is related to high-voltage power systems, however, due to the interconnected nature of the overall power system, frequency deviation can be propagated toward the distribution grid. The integration of multiple high-rate DERs with poor control capabilities can also impose local frequency drift. Advanced synchronized devices dedicated to smart monitoring framework must overcome these challenges in order to lead the measurement accuracy beyond the levels stipulated by current standard requirements.This overall problematic is treated and evaluated in the present thesis. Phasor estimation accuracy is directly related to the algorithm's performance used for processing the incoming data. Robustness against pernicious effects that can degrade the quality of the estimates is highly desired. Due to this fact, three frequency-adaptive algorithms are presented aiming to boost the phasor estimation process in active distribution grids. Several simulations using spurious and distorted signals are performed for evaluating their performances under static and/or dynamic conditions.Taking into account accurate phasor estimates, four potential applications are presented seeking to increase situational awareness in distribution environment. Contributions are presented concerning online Thévenin's equivalent (TE) circuit seen by the Point of Common Coupling (PCC) between DERs and the grid side, dynamic external equivalents and online three-phase voltage drop assessment in primary radial distribution grids, as well as assessment of harmonic issues for improving the classical PH method (harmonic active power) to detect both the main source of harmonic pollution and true power flow direction under frequency deviation.The issue of synchronized phasor measurements in electric power distribution systems is still underexplored and suspicions about its applicability are common, however this thesis aims to provide propositions to contribute with the advent of phasor measurements in electric distribution environment.