L’objectif de cette thèse est d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transitionénergétique dans les pays en développement (PED). L’apport des énergies renouvelables à latransition énergétique dans les pays en développement se justifie à deux niveaux. Dans unpremier temps il vise à étudier les conditions, moyens et conséquences de la modification desstructures de production énergétique existantes basées sur les technologies fossiles vers cellesintégrant les technologies propres qui sont plus respectueuses de la qualité de l’environnement.Dans un second temps, l’analyse de la transition énergétique propose une architectureinstitutionnelle, technologique, sociologique, réglementaire et managériale favorisant laconvergence vers un système socio-technique soutenable à travers la diffusion et l’adoption destechnologies renouvelables. Partant des approches existantes, l’idée fondatrice de cette thèse estd’insister sur la nécessité d’une mise en place d’une approche mixte de transition énergétiquedans les pays en développement en combinant une approche décentralisée (permettant de prendreen compte les caractéristiques spatiales des zones rurales enclavées) et centralisées (permettantd’insérer les PED dans un paradigme énergétique soutenable). A partir de cette orientation, nous!6proposons une approche interdisciplinaire empiriquement basée sur l’Afrique du Sud et leSénégal afin d’analyser l’apport des énergies renouvelables à la transition énergétique. Les outilsméthodologiques ont combiné la modélisation du type bottom-up et les techniques d’optimisationà travers les algorithmes de programmation linéaire. / The objective of this doctorate thesis is to investigate the contribution of renewable technologiesto energy transition in developing nations. In the theoretical framework such a contribution couldbe justified in two points. First, it analyses conditions, means and consequences of a modificationof a fuel-based energy production scheme to a new structure based on a more sustainableorientedpathway. Second, the analysis of energy transition provides institutional, technological,sociological and managerial frameworks strengthening the convergence toward a sustainableoriented energy paradigm through a diffusion and adoption of renewable technologies. From theexisting approaches, the core of this thesis is to assume a requirement to consider a mixedapproach of energy transition in developing nations through a combination of both decentralizedand centralized options. The decentralized energy transition approach allows an insertion ofspatial and geographical characteristics of remote locations in developing nations while thecentralized approach strengthens an inclusion of developing nations in a sustainable energyparadigm. From this orientation, we propose an interdisciplinary methodology, empirically basedon South Africa and Senegal in order to investigate the possible contribution of renewabletechnologies to energy transition. To investigate these questions, we combine a bottom-up energymodeling approach with optimization techniques through a linear programming algorithm.

La remise en question du mode de développement des sociétés humaines a, sur ces 40 dernières années, profondément transformé le contexte énergétique mondial, instaurant alors un nouveau cadre politique permettant l’essor spectaculaire des énergies renouvelables. Par ailleurs, si l’électricité apparaît comme un vecteur fondamental du développement humain, le contexte des populations majoritairement rurales d’Afrique subsaharienne incite à la recherche d’alternatives énergétiques adaptées. En substance, si les ressources renouvelables peuvent répondre de manière pertinente au défi de l’électrification décentralisée des zones rurales de la région, elles doivent également représenter une solution technique et économique crédible, avant d’être politique.La République de Djibouti, petit pays situé dans la corne de l’Afrique, symbolise parfaitement le défi socio-énergétique de l’ensemble de la région, et des populations rurales en particulier. Avec un pays pauvre en ressources traditionnelles mais présentant a priori un gisement solaire intéressant, nous avons alors privilégié l’étude des systèmes photovoltaïques (PV) dans le cadre de l’électrification décentralisée des populations rurales du pays. Comme d’autres ressources, ces systèmes, bien que reposant sur une technologie relativement ancienne, ont réellement pris leur essor au début des années 2000 avec les mesures incitatives du Protocole de Kyoto.Évaluer la pertinence de la technologie photovoltaïque nécessitait, dans un premier temps, d’estimer le niveau et la répartition de la ressource solaire au sein du pays. Pour cela, nous avons construit un atlas de l’irradiation solaire horaire incidente sur le territoire, pour la période 2008-2011, à partir d’un modèle satellitaire de rayonnement. Afin de valider les estimations issues de cet atlas, nous les avons comparées aux mesures in situ relevées par deux stations météorologiques temporaires déployées, entre 2010 et 2013, sur quatre sites présentant des caractéristiques distinctes. Finalement, la carte annuelle extraite de l’atlas a confirmé que le gisement solaire du pays, avec une irradiation moyenne de 5,87kWh/m² par jour, constituait l’un des plus importants au monde.Si les modèles utilisant des données satellitaires permettent de retrouver le flux solaire incident au sol, ils ne tiennent en revanche pas compte des effets du relief local sur ce dernier. Ainsi, afin de tenir compte des effets d’ombrage engendré par le terrain, nous avons développé une procédure dite de désagrégation, couplant l’utilisation d’un maillage numérique d’altitude aux cartes de rayonnement issues du modèle satellite. Pour ce faire, nous avons élaboré un modèle théorique pour retrouver l’horizon autour d’un point donné, et validé celui-ci à l’aide d’une campagne de mesures topographiques en Corse. En corrigeant ensuite le rayonnement à l’aide de cet horizon pour chaque pixel du maillage d’altitude, nous avons pu enrichir le niveau de l’information fournie par la cartographie de l’irradiation globale.Bien que le gisement solaire soit l’indicateur principal du potentiel photovoltaïque, il est également nécessaire de considérer des paramètres secondaires, éléments de technologie et caractéristiques environnementales, qui permettent d’évaluer avec précision l’énergie électrique produite par un système PV quelconque. En combinant l’utilisation de différents modèles, nous avons ainsi pu intégrer à l’estimation finale du productible l’influence du rayonnement et de la température sur le rendement de conversion d’un module photovoltaïque. Nous avons ainsi construit une cartographie du productible PV qui, couplée à une évaluation multicritère de la pertinence de la technologie PV vis-à-vis des alternatives énergétiques classiques en matière d’électrification rurale, est destinée à faciliter la prise de décision pour les différents acteurs, publics ou privés, du domaine de l’énergie. / Over the 40 past years, growth of renewable energies benefited of the new world energy frame, which resulted of the questioning about what development of human societies had to be. Furthermore, although human development comes with electricity, the rural condition of many populations of sub-Saharan Africa incites us to look for suitable power supply alternatives. Eventually, in this specific context, renewable energies can represent a reliable solution to the off-grid electrification of rural peoples. However, this solution has to be economical and technical, and not only political.The Republic of Djibouti is a little developing country located in the Horn of Africa which perfectly symbolizes the social and energy challenges of rural populations in Sub-Saharan Africa. Instability and limitation of the existing electrical grid, fuel cost and lack of fossil resources point to the geographically diffused solar resource as probably the best way to improve human development and reduce poverty of Djiboutian rural peoples. Therefore, we have considered the study of photovoltaic (PV) systems within the rural off-grid electrification frame.Firstly, in order to evaluate relevance of these systems, it was necessary to estimate level and repartition of the solar resource across the country. So we developed a solar atlas, i.e. cartography of the hourly solar irradiation reaching the ground, based on satellite-derived irradiance estimates retrieved between 2008 and 2011. For assessing the atlas quality, we compared irradiation estimates with ground measures retrieved on 4 different sites by 2 temporary weather stations deployed between 2010 and 2013. Finally, yearly map extracted from the atlas showed that, with a daily mean irradiation of 5,87kWh/m².day, the solar potential of Djibouti is one of the most significant in the world.Satellite models are useful for determining solar irradiance at ground level but they don’t take into account local topography effects. In order to incorporate these shading effects to the satellite-derived irradiance maps, and so improve irradiance accuracy and spatial resolution, we used a Digital Elevation Model (DEM). Firstly, this disaggregation process was based on the development of a new fast horizon algorithm which was assessed by means of topographic measures in Corsica Island. Then, by correcting irradiance with this horizon for each pixel of the DEM, we improved geographic information of the solar irradiation atlas.Although solar resource is the first indicator of the photovoltaic potential, other elements, as environmental parameters or endogenous characteristics of photovoltaic modules, also have to be taken into consideration for precisely estimating energy produced by a PV system. Hence, by means of different models, we evaluated influence of irradiance and temperature onto the conversion efficiency of a PV generator to finally retrieve the atlas of the PV potential across the country. In conclusion, by combining this cartography to a multi-criteria approach comparing relevance between PV systems and classical power supply systems within the rural electrification scheme, we developed the first photovoltaic decision making tool of the country intended for all officials who are acting in the energy field.

La Frise du Nord est une région de la mer des Wadden située en Allemagne, à la frontière avec le Danemark. Depuis 1991 des agriculteurs et des habitants se sont associés pour acheter et gérer eux-mêmes des éoliennes. Ils ont nommé leurs entreprises « parcs éoliens citoyens ». Elles représentent en 2018, 90% de la capacité éolienne installée en Frise, soit près de 2000MW. Cette thèse est une enquête avec ce, celles et ceux qui ont fabriqué ce paysage énergétique. L’enquête est prise comme méthode pragmatiste qui veut que la solution émerge au fur et à mesure que le problème se précise. Ce faisant, la thèse parcourt, depuis 1975, 40 années de l’expérience des parcs éoliens, qui propose une vision renouvelée des liens entre projets d’énergie et changements climatiques. Ces paysages de l’éolien citoyen, pensés comme une expérience d’habiter le climat, sont tour à tour observés dans leurs dimensions sensible (intensités relationnelles à l’environnement), pratique (processus sociotechniques des montages de projet) et politique (structurations collectives entre citoyens et administrations pour résoudre un problème). La thèse en propose une reformulation pragmatiste et écologiste (John Dewey, Daniel Céfaï et Tim Ingold) comme la fabrique collective des paysages climatiques. Dans cette voie, la thèse explore la notion d’assemblée paysagère, comme forme de paysage, au sens politique inspiré des anciens Landschaften (Kenneth Olwig), pour décrire une figure capable de mener cette expérience, dans ses ancrages, ses montées en échelle et ses ouvertures, et d’en rendre compte. Ce dernier aspect est également discuté en termes d’opportunités démocratiques (Joëlle Zask) et de responsabilité relationnelle (Joan Tronto) pour questionner les manières d’appréhender les changements climatiques. / Northern Friesland is a region on the Wadden Sea shores in Germany, on the border with Denmark. Since 1991 farmers and locals have partnered to buy and manage wind turbines themselves. They named their companies "citizens wind parks". In 2018, they represent 90% of the installed wind capacity in Friesland, ie around 2000 MW. This thesis is an inquiry with those who made this energy landscape. The “inquiry” is here conceived as method stating that the solution emerges as the problem be-comes clearer. In doing so, the thesis scours from 1975, 40 years of experience with collectively developing and managing wind farms, an experience which suggests renewing our understanding of the relations between energy projects and climate change. Taken as an experience of dwelling the climate, these citizen wind landscapes are successively observed along their sensitive (relational intensities to the environment), practical (socio-technical processes of project set-ups) and political dimensions (collective structuring between citizens and administrations to solve a problem). The thesis proposes a pragmatist and ecologist reformulation (together with John Dewey, Daniel Céfaï and Tim Ingold) of this experience as the collective making of climatic landscapes. The thesis also puts forward the concept of landscape assembly, as a form of landscape, in the political sense inspired by the ancient Landschaften (Kenneth Olwig), to describe a plastic figure, heterogeneous and situated, capable of conducting this experience and of giving an account of it. This last aspect is also discussed in terms of democratic opportunities (Joëlle Zask) and relational responsibility (Joan Tronto) to question the ways of apprehending climate changes.

L'augmentation de la contribution des énergies renouvelables (solaire ou éolien) et une évolution majeure du parc électrique français et s'inscrit dans le cadre de la transition énergétique. Il est prévu que la part de ces énergies dans le mix passe de 6% actuellement à 30% d'ici à 2030. Cette augmentation en revanche laisse entrevoir d'importants déséquilibres entre l'offre et la demande, et les autres moyens de production, l'énergie nucléaire en tête, devront donc s'adapter. Ce travail vise à augmenter la disponibilité de suivi de charge des centrales, en améliorant leur pilotage durant tout le cycle d'exploitation. Parmi l'ensemble des réacteurs du parc nucléaire français, les réacteurs à eau pressurisées d'une puissance électrique de $1300$ MW sont choisis en raison de leur capacité de suivi de charge déjà accrue. Dans un premier temps, un modèle multi-physique et de type simulateur de la centrale est développé, permettant de prendre en arguments les paramètres principaux des barres de commande, et permettant de déterminer en quelques dizaines de minutes de calcul, les critères d'intérêt dont le premier est en lien avec le diagramme de pilotage et le second avec le volume d'effluents. Le problème d'optimisation est alors résolu grâce à des algorithmes évolutionnaires parallèles asynchronesde type maître-esclave, et les mode de pilotage obtenus sont commentés. / The increase of the renewable energies contribution (as wind farms, solar energy) is a major issue in the actual context of energetic transition. The part of intermittent renewable energies is indeed forecast to be around 30% of the total production in 2030, against 6% today. On the other hand, their intermittent production may lead to an important imbalance between production and consumption. Consequently, the other ways of power production must adapt to those variations, especially nuclear energy which is the most important in France. This work aims at increasing the availability of thepower plants to load-follow, by optimizing their manageability all along their operation cycle. Among the French nuclear fleet, the pressurized water reactors(PWR) producing $1300$ electrical MW and operated in the "G" mode are considered as they show the higher capability to load-follow. In a first step, a multi-physics PWR model is designed taking as inputs the main parameters of the control rods, and computing in few minutes the criteria of interest whichare linked to the control diagram and to the effluents volume. The optimization problem which consists in minimizing those two values of interest is then solved thanks to a parallel asynchronous master-worker evolutionary algorithm. Finally, the efficient operating modes are discussed.

<p> Variational calculations for hypernuclei and their corresponding nuclear cores have been performed with phenornenological effective Ʌ -N and N-N interactions. Effects of deformation and Majorana exchange on the Ʌ binding energies have been studied. The influence of density dependence in both the Ʌ-N and N-N force has been investigated . The three-body ɅNN interaction has also been considered qualitatively. All these effects help to reduce the Ʌ binding energies in hypernuclei. </p> <p> In addition to the variational calculations, the rigid alpha model has been used to determine the Ʌ binding energy in (5 Ʌ - He). A comparison of the methods is given. </p> Finally, excited states of some hypernuclei have been calculated using the variational ground state equilibrium size. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

The optimal planning of the annual development tasks of a medium voltage power distribution network, to tackle the evolution of the demand with maximum levels of quality and continuity of service and minimum investment, has been under the spotlight of the academic community for the last forty years. The methodologies avalaible today present some withdraws that might complicate its application on real cases. This thesis describes the design of a system of analysis and planning of real distribution networks, which incorporates a new multi-objective and dynamic multi-stage heuristic methodology to generate the optimal and efficient planning strategies. This new heuristic methodology contains strategies to increase its efficiency that have not been found in the specialized literature: the typing of the development tasks and the evaluation of the relative efficiency of the optimal planning strategies during the search. / La planificació òptima dels treballs anuals de desenvolupament d'una xarxa de distribució eléctrica de mitjana tensió, per atendre l'evolució de la demanda amb uns nivells màximes de qualitat i continuïtat del subministrament i amb una inversió mínima, ha estat objecte d'interès de la comunitat acadèmica durant els darrers quaranta anys. Les metodologies formulades fins avui presenten inconvenients que poden dificultar la seva aplicació en casos reals. Aquesta tesi detalla el disseny d'un sistema d'anàlisi i planificació de xarxes de distribució reals, que incorpora una nova metodologia heurística multi-objetiva i dinàmica multi-etapa per l'obtenció de planificacions òptimes i eficients. Aquesta nova metodologia heurística conté estratègies de millora de la seva eficiència que no s'han trobat en la literatura especialitzada: la tipificació d'actuacions de desenvolupament i l'avaluació de l'eficiència relativa de les planificacions òptimes durant el procés de cerca.

<p>Electromigration in thin films is a well known failure mode for scaled microelectronics. While our understanding of electromigration physics has improved immensely in the last few decades, there are still some gaps in literature. In particular, the influence of interfaces on the mass transport rate is not well understood. Through reliability studies conducted on passivated metals films, marked improvement in electromigration lifetimes was observed. Specifically, some choices of materials for passivation appear to perform better than others. Qualitatively this improvement in electromigration performance is attributed to surface adhesion. However, a theoretical connection is largely missing in the literature. Lane et al. through in-situ electromigration experiments and separate interfacial debond experiments on sandwich specimens showed that a correlation exists between the void growth rate and the debond energy. However, a fundamental understanding of the relation between the two is missing. In this study we explore the connection between interfacial adhesion and void growth in a current driven system. Several experiments with varying test conditions are carried out on Blech-like test structures with different capping layers. The influence of these capping layers is captured through direct void growth measurements. Comparison of activation energy associated with electromigration was made against existing literature. It was found to be consistent with values reported for surface/interface dominated diffusion mechanisms. Further, an extension is proposed to the phase growth relations derived in existing literature to include the effect of surface adhesion. Interfacial adhesion energy ratios are extracted from the electromigration experiments for two of the test structures (Cu-Ta and Cu-SiNx) tested in this study. This ratio is compared to values reported in literature for the two interfaces and they show good agreement with experimental data.<br></p>

Avec l’évolution technologique, le progrès de l’électronique de puissance et surtout l’enjeu économique, l’utilisation des machines asynchrones à cages ou à rotor bobiné occupe de plus en plus de place dans tous les domaines comme les entrainements électriques et la production d’énergie, leur robustesse, leur fiabilité et leur coût moins élevé sont particulièrement appréciés. Ces deux types d’actionneur en fonctionnement générateur sont la base des éoliennes actuelles.Néanmoins, malgré les travaux de recherches effectués ainsi que les améliorations apportées, ces machines demeurent des sièges potentiels de défaillances aussi bien au niveau stator que rotor. Les défauts les plus courants qui peuvent se produire dans la génératrice asynchrone à rotor bobiné du système éolien, au niveau rotor et stator sont : a) le court circuit sur les enroulements rotoriques et statoriques, b) les défaillances de roulements, c) les irrégularités statiques ou dynamiques de l’entrefer, d) les problèmes au niveau des balais et collecteurs. Ces types de défauts doivent êtres détectés, localisés à temps car ils peuvent endommager gravement le système. Durant ces dernières années, le diagnostic des défauts affectant les systèmes éoliens a été largement étudié. Un grand nombre de méthodes est disponible visant à améliorer la conception du système, à augmenter la qualité et la production d’énergie électrique et d’en diminuer les coûts. Malgré les résultats de la recherche, ces systèmes multi-Complexes restent encore les sièges de réflexions de plusieurs laboratoires tant qu’industriels qu’académiques.Ce rapport de thèse présente une nouvelle méthodologie de diagnostic de défauts combinant la méthode à base de modèle utilisant les équations mathématiques explicites du processus et la méthode sans modèle. Les machines électriques sont modélisées analytiquement par la méthode des circuits électriques magnétiquement couplés. L’objectif est de générer des données en fonctionnement sain et en fonctionnement défaillant de ses variables d’état. Tandis que la méthode sans modèle utilisée est l’analyse en composantes principales (ACP). Les deux méthodes sont implémentées sous Matlab/ Simulink. Les données de la machine acquises sont traitées et analysées par des méthodes statistiques pour générer des résidus. La détection et la localisation de défauts sur la machine sont obtenues par l’analyse des résidus de ses variables d’état. Les résidus sont des indicateurs de défaillance ou non du système étudié. L’analyse des grandeurs caractéristiques de la machine étudiée dans ce rapport de thèse par le biais de plusieurs résultats de simulation montre l’efficacité de la méthode ACP, aussi bien sur le plan de la détection que de la localisation, par rapport aux autres méthodes de diagnostic des machines électriques. / With the technological evolution, due to the progress of power electronics and the economic issue, the use of induction machines with squirrel cage rotor or wound rotor induction machine occupies more and more places in all areas such as electric drive system and power production due to their robustness, their reliability and their lower cost which are highly appreciated. These two types of actuator in generator operation are the basis of the current wind turbine.Nevertheless, in spite of those different researches as well as those improvements, these machines remain still the potential faults both in stator and rotor levels.The most current default which may occur in the wound rotor asynchronous generator of the wind system at the rotor and stator levels are: a) Inter-Turn short circuit on the rotor and stator windings; b) The bearings failures; c) Static or dynamic irregularities of the air-Gap; d) Brushes and collectors ring problems;These types of faults must be detected and localized in time because they may damage the whole system. During these last years, the faults diagnosis affecting the wind systems was widely studied.A large number of methods are available to improve the system design, to increase the quality and quantity of the electrical energy produced and to decrease this energy production costs. In spite of the literatures research results, these multi-Complex systems still remain the reflections seats of several industrial and academic laboratories. This thesis report presents a new faults diagnosis methodology combining the method using the explicit mathematical equations model of the process and the method without a prior model of the system which is the data statistical analysis. The electrical machines are analytically modeled by the method of magnetically coupled electric circuits.The objective is to generate data in healthy and faults functioning of its variable state. Whereas the method without model used is of the principal components analysis (PCA).Both methods are implemented under Matlab /Simulink. The data of the acquired machines are handled and analyzed through the statistical method in order to generate the residues.The detection and the localization of the machine faults are obtained by the residues analysis of its variable state. Residues are faults indicators or healthy on the studied system.The analysis of the characteristic size of the machine studied in this thesis report through several simulation results shows the efficiency of the method PCA, as well as in detection and localization, when compared with other diagnosis methods of electrical machines.

>Magister Scientiae - MSc / The focus for this work is on 152Gd produced by the 150Sm( , 2n)152Gd reaction at a beam energy of 25 MeV. The nucleus has been previously studied for both low spin states and high spin states at di erent energies. The most recent work on 152Gd was done by S. P. Bvumbi using the 152Sm( , 4n)152Gd reaction at a beam energy of 45 MeV where she was able to populate low spin states and assign spins and parities to the levels as shown in Fig. 1.1. The nucleus 152Gd, with proton number Z=64 subshell closure, belongs to a set of isotones having N=88 in the transitional region with just 6 neutrons outside the N=82 closed shell and lies just before the N=90 permanently deformed region. The isotope 152Gd is in the transitional region, consequently its nuclear collective motion will quickly evolve from vibrational to rotational motion. The low lying K =0+2 bands in N=88 and 90 nuclei appear at low excitation energies and are poorly understood. Key to these studies is the crucial question about the legitimacy of the low lying K =0+2 bands being described as vibrations along the symmetry axis. The current work examines the K =0+2 band with the objective of providing more understanding. Previous studies of N=88 isotones saw consistent E1 transitions both from and to the K =0+2 bands and octupole bands, namely 144Ba, 146Ce, 148Nd, 150Sm and 154Dy nuclei. The experimental systematics of the low lying negative parity states in N=88 isotones are remarkably well reproduced by theoretical calculations of the quadrupole octupole coupling (QOC) modelas shown in Fig. 1.2.

This research is concerned with the drivers to utilize Renewable Energy in Gulf Cooperation Council countries with a focus on Kuwait. Such countries show high rates of electricity subsidies with high rate of emissions. At present, there is a continuous need to build new power stations to increase the electrical capacities, in order to cover the high peak loads that occurs in summers to avoid blackouts. The aim of this research is to create a combination of approaches to assess the adoption (economic and environmental) of Photovoltaic for electricity generation in Kuwait, which can be used to assist policy makers to compare various energy mixes and hence determine whether their current and future strategies are appropriate. Kuwait is in this research representative of an exemplar of oil-based economy in Gulf Cooperation Council region since they share similar energy policies and geographic location. The research provides an insight into the adoption of renewables in the region and the impact that particular energy mixes may have. Nine future potential scenarios are created showing different levels of PV deployment within Kuwait. The combination of approaches in this research estimates the economic and environmental impacts using Levelized Cost of Electricity and Life Cycle Assessment respectively of differing RE mixes. The findings show that energy storage increases the cost of electricity and the emissions from the photovoltaic sector. However, for the energy mix (PV and conventional), assuming oil price greater than 10.1$/Bbl. (when no storage required) and 15.2$/Bbl. (when using storage), PV generally lowers the cost of electricity, CO2 and SO2 emissions. Whilst, human toxicity is increased when storage is used. Taking all these factors into account, PV deployment is generally beneficial. However, if different combinations of impacts are considered, environmental and economic impacts may take different patterns. This led to a multi-objective problem to be solved. Using Pareto Front analysis, scenarios without storage requirement (i.e. 13% or less of photovoltaic) are preferable if only cost and human toxicity are considered. The contribution to knowledge from this research is that the deployment of large scale PV technology is beneficial in Kuwait economically and environmentally at least until 30% of the maximum peak load of electricity. The results have implications for other GCC countries with similar geographical, political and energy drivers; the methodology used in this research would be appropriate for these contexts.