D'un point de vu général, l'épuisement prévisible des énergies fossiles, la nécessité de lutter contre le réchauffement climatique, la prise de conscience pour la sauvegarde de l'environnement et enfin la prise en compte du développement durable dans les politiques énergétiques ont mis les énergies renouvelables au cœur d'un enjeu stratégique pour l'avenir de notre planète. Mais pour la République de Djibouti qui connaît actuellement une croissance économique annuelle de 3,5%, il est presque vital d'exploiter son potentiel en matière d'énergies renouvelables pour assurer sa croissance économique, réaliser des économies de devises et atteindre dans un premier temps les objectifs de développement humain du Millénaire dont le calendrier est fixé à 2015. Malheureusement, le pays connaît la même situation énergétique des pays d'Afrique subsaharienne où l'énergie est abondante mais l'électricité est rare ! En effet, la balance énergétique actuelle du pays est fortement déficitaire. Les 97% des besoins énergétiques de la population (majoritairement urbaine à plus de 85%) sont satisfaits par les importations des produits pétroliers et 90% des ménages Djiboutiens utilisent le kérosène comme combustible domestique. Le taux de couverture du réseau électrique est très bas, de l'ordre de 30%. Seulement 0,2 % de la production électrique (avec une capacité totale installée de 130 MW) est faite à partir d'une unique source d'énergie renouvelable (l'énergie solaire photovoltaïque). Et pourtant, le pays dispose d'un important potentiel en énergies renouvelables. Au niveau de l'énergie solaire photovoltaïque (PV), le potentiel solaire techniquement exploitable est évalué à 1535 GWh/jour. Au niveau de l'énergie éolienne, l'estimation du potentiel actuellement exploitable est de 8 MW et pourtant aucune forme d'énergie éolienne (que ce soit le grand ou le petit éolien) n'est exploitée dans le pays. Au niveau de l'énergie géothermique, le potentiel techniquement exploitable est actuellement estimé entre 350 et 650 MWe. Le potentiel économiquement exploitable pour la seule région d'Assal-Ghoubbet est supérieur à 150 MWe, très largement supérieur aux besoins actuels du pays. Au niveau de l'énergie marémotrice, un potentiel non encore évalué existe et pourrait être exploité au niveau de la passe du Goubbet. La planification énergétique que nous proposons pour le moyen long-terme se base sur l'intégration de l'une des énergies renouvelables potentielles et plus particulièrement la plus noble d'entre-elles : la géothermie. En effet, la géothermie possède des atouts que les autres formes d'énergies renouvelables n'ont pas : elle est une énergie de base, indépendante du climat, susceptible d'être exploitée à la fois pour la production de la chaleur et la production électrique. Le schéma électrique que nous proposons est le suivant : A l'horizon 2015, nous estimons que la demande électrique se situera aux alentours de 165 MW. De ce fait, nous préconisons 74,5% d'énergies fossiles (avec une option substituable en période chaude par l'électricité importée depuis l'Ethiopie à hauteur de 30,3%) et 25,5% d'énergies renouvelables (dont 18,2% de géothermie, 6,8% d'éolien et 0,5% de solaire)

En France comme en Suisse, les collectivités territoriales s'imposent comme des acteurs majeurs de la transition énergétique, une transition dont la mise en œuvre nécessite un important renouvellement des instruments d'intervention publics. Ce sont les enjeux et les conditions d'un tel renouvellement que le présent travail se donne pour objectif d'examiner, à partir des expériences de planification énergétique territoriale menées sur l'agglomération franco-valdo-genevoise. Conçues comme des démarches de relocalisation des filières énergétiques – filières dont nombre de composantes étaient, avec les énergies fossiles, externes aux territoires consommateurs –, ces démarches de planification énergétique sont ici examinées à partir d'une grille de lecture d'inspiration institutionnaliste et pragmatiste.Consistant à appréhender ces démarches comme autant d'enquêtes ayant vocation, à travers un travail collectif de (ré)équipement cognitif du champ d'intervention territorial FVG, à initier et accompagner la reconstruction des modes de coordination des hommes au sujet de leur territoire – territoire entendu dans sa triple dimension matérielle, organisationnelle et politique – , cette grille ouvre vers une double lecture des expériences de planification énergétique. La première se concentre sur la dimension organisationnelle de ces enquêtes en devenir, c'est-à-dire sur les cultures d'action en présence et les modalités d'interaction entre elles, tandis que la seconde porte sur la substance cognitive qui sert de support à ces interactions, c'est-à-dire sur les logiques de réflexion qui président à la mobilisation et à la production des représentations territoriales liées à ces démarches.Cette double lecture permet de tirer des enseignements à différents niveaux. Le premier concerne le champ (cognitif) d'intervention territorial que ces démarches de planification énergétique contribuent à dessiner. Un champ qui, bien que de mieux en mieux appréhendé dans ses dimensions techniques, reste à la fois limité et « déformé » de telle sorte qu'il valorise davantage les filières fossiles, dont on souhaiterait s'affranchir, que les filières renouvelables que l'on souhaiterait leur substituer. Le second niveau d'enseignement porte sur les processus de production de connaissances territoriales (PPCT) qui président à la délimitation et à « l'équipement » de ce champ d'intervention. Appréhendés à travers les normes institutionnelles qui les encadrent, et les cultures d'action dont les interactions peuvent initier des processus de déstabilisation-reconstruction de ces normes, ces PPCT s'avèrent donner naissance à des « zones-frontières » sociocognitives, zones favorables à de telles reconfigurations, mais nécessitant, dans le cas FVG, un travail préalable « d'aménagement ».C'est sur les facteurs les plus déterminants pour la qualité de cet « aménagement » – un aménagement qui n'est plus seulement cognitif mais qui renvoie, plus globalement, aux conditions de mise en œuvre d'enquêtes dont la finalité ultime demeure bien l'action collective territoriale – que se concentre la troisième catégorie d'enseignements. Ouvrant sur les défis comme sur les pistes de renouvellement ouvertes, au niveau des modes d'action publics, par ces démarches de planification énergétique, ces éléments permettent aussi de porter un nouveau regard sur le projet d'agglomération en construction sur ce territoire transfrontalier. / In France as in Switzerland, local authorities stand out as leading players of energy transition, a transition that requires an important renewal of public intervention instruments. It is the stakes and the conditions of such a renewal that the present work aims to examine, based on the experiments of territorial energy planning led on the franco-valdo-genevan cross-border territory. Conceived as initiatives of relocation of the energy supply system, these energy planning initiatives are examined through an institutionalist and pragmatic « reading template ».This « reading template » consists of seeing these energy planning initiatives as pragmatist inquiries aiming, through a collective work of cognitive equipment of the territorial franco-valdo-genevan field of intervention, at the reconstruction of the means of coordination between people about their material, organizational and political territory. It opens towards a double reading of the energy planning initiatives. The first one concentrates on the organizational dimension of these inquiries - i.e. on the cultures of action which they gather and the modalities of interaction between them - whereas the second focuses on the cognitive substance which represents the medium of the interactions.This double reading provides insights at various levels. The first one concerns the (cognitive) territorial field of intervention that these energy-planning experiments contribute to draw. A field which, although better and better characterized in its technical dimensions, remains at the same time limited and " deformed " so that it values more the fossil energy systems, from which we want to release ourselves, than the renewable ones, which we would like to replace them with.The second level of teaching concerns the processes of production of territorial knowledge (PPTK) which presides over the demarcation and « equipment » of the territorial field of intervention. Examined through the institutional norms and the culture of action at stake in them, this PPTK turns out to create a sociocognitive "cross-border" area, the kind of area that could shelter the desired reconfigurations…on the condition that they are beforehand correctly “equipped”, in cognitive and also in organizational terms.The determining factor for the quality of this equipment is concentrated in the third category of teaching. Starting with the opportunities created by these energy planning experiments concerning the renewal of public intervention instruments, these elements also allow us to take a new look at the urban area project under construction in this cross-border territory, a project that shows itself closely linked to the energy experiments through a common challenge of territorialisation.

La thèse propose d’abord un cadre général pour l’analyse de l’incertain durant les différentes phases du processus de planification énergétique à long terme à base de modèles de villes ou territoires (IEPCT). Il inclut des critères d’évaluation de la qualité d’une démarche IEPCT. Puis deux méthodes d’analyses de l’incertain sont proposées pour les activités de modélisation et de scénarisation du système énergétique : l’une basée sur l’échantillonnage aléatoire (PRSUA) et l’autre sur les scénarios flous (FSUA). Leur implémentation sur des cas a permis de montrer leur faisabilité et leur performance du point de vue des critères de qualité. La méthode PRSUA est plus gourmande en données, elle est plus adaptée à la planification sectorielle court moyen terme et tandis que FSUA convient plus à la planification long terme intersectorielle.Enfin une méthode pour la réalisation de l’ensemble des activités liées à la structuration d’un problème de planification spécifique (IMMA) est proposée. / The Phd first proposes a methodological framework for addressing different types of uncertainty within long range ntegrated energy planning for cities and territories (IEPCT) processes which includes requirements and quality factors. Second, two methods for uncertainty analysis of modelling tasks are proposed. One approach is probabilistic random sampling approach (PRSUA) another one is fuzzy scenario approach (FSUA). Compared to FSUA, the PRSUA framework is more data intensive. PRSUA is more suitable for short or midterm sector specific domain analysis, FSUA is more appropriate for long range cross sectoral integrated planning.Third it is proposed an innovative approach (IMMA) for supporting not only uncertainties in IEPCT first phase but also all other tasks relevant to this planning phase. Implementation of IMMA in Singapore shows that it can address all identified tasks and help developing requirements for innovative solutions.

La remise en question du mode de développement des sociétés humaines a, sur ces 40 dernières années, profondément transformé le contexte énergétique mondial, se traduisant ainsi par l'instauration d'un nouveau cadre politique, dont les engagements auront notamment favorisé l'essor 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 également 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 toutefois représenter une solution qui, avant d'être politique, soit crédible sur les plans technique et économique. La République de Djibouti, petit pays situé dans la corne de l'Afrique, symbolise parfaitement les défis social, économique et 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. Au cours de ces travaux, la République de Djibouti aura servi de cas d'étude à l'élaboration d'une méthodologie scientifique générale, centrée sur l'énergie photovoltaïque dans un cadre décentralisé, dont les résultats principaux ont vocation à être réutilisés par des pays structurellement voisins, c.-à-d. présentant le même contexte socio-énergétique. Evaluer 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. Les résultats de cette comparaison ont montré que les estimations présentaient une bonne précision, avec notamment, pour l'irradiation journalière, une erreur relative maximale de 8,05 % et un coefficient de corrélation minimal de 0,8892. Finalement, la carte annuelle extraite de l'atlas a confirmé que le gisement solaire du pays, avec une irradiation moyenne de 5,87 kWh/m^2 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 engendrés par le terrain, nous avons développé une procédure dite de désagrégation, couplant l'utilisation d'un maillage numérique de terrain (MNT) aux cartes de rayonnement issues du modèle satellite. Pour ce faire, nous avons élaboré un modèle théorique afin de retrouver l'horizon autour d'un point donné, et validé celui-ci à l'aide d'une campagne de mesures topographiques en Corse. Ce dernier apparaît ainsi plus performant que les modèles existants, avec, d'une part, une précision plus élevée et, d'autre part, un temps d'exécution fortement réduit qui le rend bien adapté au traitement cartographique (nombre important de points). En définitive, en intégrant au rayonnement le gradient d'altitude et l'ombrage dû à l'horizon pour chaque pixel du MNT, 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. A cet égard, nous avons d'ailleurs développé une méthodologie empirique qui, en s'appuyant sur l'utilisation d'un réseau de neurones artificiels, permet de retrouver la température ambiante à travers un territoire à partir de données satellitaires de la température de surface terrestre. Finalement, nous avons construit une cartographie spatiotemporelle 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.

Suite au paradigme de la planification énergétique intégrée des années 90 et le récent regain d'intérêt de la planification énergétique décentralisée, la Maîtrise de la Demande en Electricité (MDE) tend à tenir une place importante dans les futures activités de planification. En effet, la MDE représente une alternative intéressante pour atteindre les objectifs environnementaux et énergétiques fixés au système énergétique ou encore pour contrecarrer les problèmes d'approvisionnement en électricité, spécifiques à certaines régions. A partir de nos observations, nous avons constaté la présence d'actions de MDE à l'échelle locale, au moins dans le contexte français. Par conséquent, il y a un besoin de méthodes et d'outils d'évaluation d'impact d'action de MDE applicables à l'échelle locale. Autrement dit, ces méthodes et ces outils doivent être en mesure de prendre en compte les spécificités des territoires (physiques, sociales, géographiques, économiques, institutionnelles, etc.) Ces travaux visent à améliorer la finesse de la résolution spatiale des paramètres d'entrée d'un modèle d'évaluation des impacts de la MDE. En se basant sur un cas d'étude français (le projet PREMIO : architecture système de communication appliquée à l'échelle d'un quartier) et un modèle de simulation existant, nous avons étudié les impacts de cette expérience locale sur plusieurs communes.

Du fait de la flexibilité énergétique qu'ils offrent et de leur potentiel de diminution des émissions de GES et de polluants, les réseaux de chaleur (RdC) sont un des leviers d'actions des politiques énergétiques locales en constante progression. Leur déploiement et/ou rénovation n'est pas qu'une question technico-économique classique, dans la mesure où ils sont au cœur d'un ensemble d'acteurs interconnectés, aux objectifs spécifiques, tous parties prenantes des politiques énergétiques locales. Dans ce contexte, les outils permettant à ces différents acteurs l'évaluation des actions liées aux RdC sont très importants. Ils doivent permettre l'évaluation de scénarios de conception, d'actions de rénovation, de performance et de suivi... Parmi les outils permettant ces évaluations, les approches par modélisation sont souvent trop spécifiques à une situation, un type de réseau un acteur... Le travail réalisé consiste à développer un outils de modélisation de RdC, offrant la flexibilité recherchée. "HeatGrid" permet de modéliser des architectures de réseaux variées. A chaque pas de temps, le fonctionnement du réseau est simulé grâce au formalisme de la programmation linéaire. Cet outil peut être utilisé en phase de conception ou d'exploitation d'un réseau. L'approche de modélisation permet d'évaluer et de comparer sous les aspects économiques, énergétiques et techniques d'un RdC sous différents scénarios. Plusieurs exemples sont simulés et analysés dans le but d'illustrer le potentiel du modèle.

Du fait de la flexibilité énergétique qu'ils offrent et de leur potentiel de diminution des émissions de GES et de polluants, les réseaux de chaleur (RdC) sont un des leviers d'actions des politiques énergétiques locales en constante progression. Leur déploiement et/ou rénovation n'est pas qu'une question technico-économique classique, dans la mesure où ils sont au cœur d'un ensemble d'acteurs interconnectés, aux objectifs spécifiques, tous parties prenantes des politiques énergétiques locales. Dans ce contexte, les outils permettant à ces différents acteurs l'évaluation des actions liées aux RdC sont très importants. Ils doivent permettre l'évaluation de scénarios de conception, d'actions de rénovation, de performance et de suivi... Parmi les outils permettant ces évaluations, les approches par modélisation sont souvent trop spécifiques à une situation, un type de réseau un acteur... Le travail réalisé consiste à développer un outils de modélisation de RdC, offrant la flexibilité recherchée. "HeatGrid" permet de modéliser des architectures de réseaux variées. A chaque pas de temps, le fonctionnement du réseau est simulé grâce au formalisme de la programmation linéaire. Cet outil peut être utilisé en phase de conception ou d'exploitation d'un réseau. L'approche de modélisation permet d'évaluer et de comparer sous les aspects économiques, énergétiques et techniques d'un RdC sous différents scénarios. Plusieurs exemples sont simulés et analysés dans le but d'illustrer le potentiel du modèle. / Because of the energy flexibility that they offer and their potential to reduce GHG emissions, disctrict heating (DH) networks are a tool of local energy policies in constant progression. Their develpment and/or renovation is not only a classic technico-economical question, insofar as interconnected stakeholders of local energy policies, taking into account specific objectives, are concerned by DH networks. In this context, tools which enable these different stakeholders to evaluate actions related to DH networks are essential. They must be helpful for the assessment of renovation actions, the monitoring and the evaluation of performances....Among the tools that allow theses evaluations, the modelling approaches are often too specific to a situation, a type of network, a stakeholder... The work of the thesis consists in developing a DH modeling tool that has this desired flexibility. The proposed tool "HeatGrid" can model various network architectures. At each time step, the network running is simulated via linear programming formalism. This tool can be applied either at the design stage of a DH or at the operating stage. The model based approach enables the evaluation and comparison of economic, energy and technical aspects of the DH system in different scenarios. Several examples are simulated and analyzed in order to illustrate the potential of the model.

Les entreprises et plus généralement les organisations sont confrontées à des enjeux climatiques et économiques avec pour obligation de respecter un cadre légal et des orientations définis à des plus grandes échelles (régionale, nationale et internationale). Une organisation est souvent au fait du but ou de l’objectif à atteindre ; en revanche le moyen d’y parvenir peut nécessiter de l’apprentissage voire de la recherche. Le but de cette thèse est de fournir une méthodologie à l’usage des organisations pour réaliser le management stratégique des projets relatifs à leur transition énergétique. A partir de différents états de l’art sur la planification énergétique et la conception en particulier, nous avons pointé le déficit méthodologique auquel doit faire face une organisation : si les démarches et outils existent lorsqu’un problème est clairement identifié, comment justement identifier un ou des problèmes à partir uniquement d’une formulation de buts ou d’intentions ? La première partie propose une démarche de planification énergétique à l’échelle d’une organisation qui fait émerger, de manière structurée, les problèmes auxquels l’organisation sera potentiellement confrontée. Notre démarche repose sur l’utilisation des BEGES et des méthodes de management de l’énergie/GES d’une part, complétés par des démarches et outils de conception d’autre part. Ces derniers facilitent la consolidation des informations et des données nécessaires pour formuler et structurer les problèmes à résoudre. A l’issue de cette démarche certains problèmes sont formulés sous forme de contradictions et de conflits. La démarche développée est purement qualitative et adaptée au travail de groupe avec des experts. Cependant certaines données numériques traduisent des comportements de systèmes qui sont peu maitrisés par les parties prenantes du projet. La deuxième partie propose une méthode combinant la simulation et l’analyse de données pour identifier les contradictions d’objectifs et de cause qui peuvent ou semblent empêcher l’atteinte des objectifs. Ces contradictions sont formulées de sorte à pouvoir être traitées avec les méthodes de résolution de problèmes inventifs. Le principe d’identification des contradictions d’objectifs repose sur la transformation des réponses expérimentales ou de simulation des systèmes étudiés en données qualitatives binaires et sur l’identification des Paretos optimaux des données ainsi transformées. Les contradictions de causes concernent les facteurs ou paramètres de conception qui induisent les conflits d’objectifs. Nous proposons de les identifier à l’aide d’une méthode d’analyse discriminante binaire à base d’apprentissage supervisé associée à l’ANOVA. Nous montrons sur un cas d’étude, d’une part, comment intégrer cette approche dans la démarche présentée en partie 1 du mémoire, et d’autre part, comment l’utiliser pour obtenir des concepts de solutions dans un contexte multi-objectifs (diminution des consommations d’énergie, des émissions de GES, du coût etc.). / Companies and more generally organizations are confronted with climatic and economic issues, they have to respect a legal framework and orientations defined in larger scales (regional, national and international). An organization usually knows the goal or the objective to be achieved; however the way to do can require learning or even research. The goal of this thesis is to provide a methodology for the use of organizations to realize strategic management of their energy transition projects. From many different states of the art about energy planning and conception in particular, we show the methodological deficit which an organization has to face: if approaches and tools exist when a problem is clearly identified, how actually identify one or several problems from only a goal or intention formulation? The first part proposes an energy planning approach at an organizational scale to bring out in structured way problems which the organization may be confronted. Our approach is based on greenhouse gas emission assessments and energy/GHG management methods which are completed with conception approaches and some tools and methodologies. They facilitate the consolidation of required information and data to formulate and structure problems to solve. As a result of our approach some problems are formulated as contradictions and conflicts. The developed approach is purely qualitative and adapted to workgroup with experts. However some numerical data translate system behaviors which are sparsely mastered by project stakeholders. The second part proposes a combined method of simulation and data analysis to identify objective and cause contradictions which can or seem to prevent achieving the objectives. These contradictions are formulated in such a way to be handled with methods of resolution of inventive problems. The identification of objective contradictions is based on the transformation of experimental or simulation answers of the studied systems in binary qualitative data and on the identification of optimal Pareto of the transformed data. Cause contradictions concern conception factors or parameters which induce objective conflicts. We suggest identifying these contradictions with a binary discriminant analysis method based on supervised learning associated with ANOVA. On one hand, we show on a study case how integrate this initiative into the presented approaches in part 1 and on the other hand, how use it to obtain solution concepts in a multi-objective context (energy consumptions, GHG emissions or cost reduction etc.).