Les ouvrages de transport d’électricité ont d’abord été pensés un par un, reliant un excédent de production à un besoin de consommation. Ils ont ainsi parfois très naturellement et dès l’origine traversé les frontières des États pour répondre à leur raison d’être. Les secteurs électriques se structurant fortement lorsque le virage électrique fut pris, les interconnexions entre pays furent conçues par les techniciens comme une mesure élémentaire de sûreté et d’équilibre de ce produit atypique qu’est l’électricité. En France plus particulièrement, lorsque la production électronucléaire se développa à partir des années 1970, ces interconnexions devinrent petit à petit sources de revenus pour l’entreprise nationale, et d’équilibre pour la balance commerciale nationale. L’intérêt grandissant porté au secteur électrique par les institutions européennes à la fin des années 1990 vient ébranler les acteurs économiques géographiques verticaux, et rebat les cartes des enjeux à adresser à une maille plus large que l’État nation. Dans ces transformations successives, les interconnexions aux frontières, et particulièrement aux frontières françaises, jouent ainsi un rôle tout à fait spécifique et de plus en plus structurant pour les économies ouvertes des pays européens. Les réseaux de transport électriques continuent ainsi une mutation entamée dans les années 1970 qui les a conduits de la condition de mal nécessaire à celle de vecteurs indispensables de transformation des économies européennes. L’objet de ce mémoire est d’illustrer la très grande capacité d’adaptation de ces organes industriels, économiques, sociétaux et politiques, dont on pourrait faussement penser qu’ils sont immobilisés par leur nature capitalistique, à travers les enjeux portés par les interconnexions aux frontières françaises. Les sources sont à la fois issues de données des opérateurs techniques, de la documentation – encore peu fréquente – sur ces sujets, ainsi que des statistiques officielles du ministère français. Cette capacité d’innovation et de développement de « couches de services » permet aujourd’hui aux grands réseaux de transport de traverser les époques et la variabilité des orientations de leurs environnements, durablement. / Transmission networks were first thought one by one, connecting a production surplus to a consumer need. They thus sometimes very naturally and from the outset crossed state boundaries to suit their purpose. The electrical sector reinforced itself strongly as the electric turn was taken. The interconnections between countries were thought by technicians as a basic security measure and balance of this unusual product that is electricity. In France especially, where nuclear power generation developed from the 1970s, these interconnections gradually became a source of revenue for the national company, and furnished surplus for the national trade balance. The growing interest in the electric power sector by the European institutions in the late 1990s challenged the vertical geographical economic players and shifted the stakes to a framework wider than the nation state. In these successive transformations, cross-border interconnections, especially across the French borders, play a specific and increasingly structuring rôle for open economies of European countries. The electrical transmission networks continue a transition that began in the 1970s, and took them from being a necessary evil to the status of essential factors of the European economies. The purpose of this thesis is to illustrate the wide adaptability of these industrial, economic, societal and political bodies, apparently immobilized by their capital-intensive nature. It does so by way of issues relating to interconnections at the French borders. Sources are technical data from operators, literature – although rare - on these topics, as well as official statistics from the French ministry. This strong capacity for innovation and development of "service layers " now allows major transportation networks to endure even as their environment changes.

L'optimisation de l'exploitation d'un réseau de transport de gaz naturel (RTGN) est typiquement un problème d'optimisation multiobjectif, faisant intervenir notamment la minimisation de la consommation énergétique dans les stations de compression, la maximisation du rendement, etc. Cependant, très peu de travaux concernant l'optimisation multiobjectif des réseaux de gazoducs sont présentés dans la littérature. Ainsi, ce travail vise à fournir un cadre général de formulation et de résolution de problèmes d'optimisation multiobjectif liés aux RTGN. Dans la première partie de l'étude, le modèle du RTGN est présenté. Ensuite, diverses techniques d'optimisation multiobjectif appartenant aux deux grandes classes de méthodes par scalarisation, d'une part, et de procédures évolutionnaires, d'autre part, communément utilisées dans de nombreux domaines de l'ingénierie, sont détaillées. Sur la base d'une étude comparative menée sur deux exemples mathématiques et cinq problèmes de génie des procédés (incluant en particulier un RTGN), un algorithme génétique basé sur une variante de NSGA-II, qui surpasse les méthodes de scalarisation, de somme pondérée et d'ε-Contrainte, a été retenu pour résoudre un problème d'optimisation tricritère d'un RTGN. Tout d'abord un problème monocritère relatif à la minimisation de la consommation de fuel dans les stations de compression est résolu. Ensuite un problème bicritère, où la consommation de fuel doit être minimisée et la livraison de gaz aux points terminaux du réseau maximisée, est présenté ; l'ensemble des solutions non dominées est répresenté sur un front de Pareto. Enfin l'impact d'injection d'hydrogène dans le RTGN est analysé en introduisant un troisième critère : le pourcentage d'hydrogène injecté dans le réseau que l'on doit maximiser. Dans les deux cas multiobjectifs, des méthodes génériques d'aide à la décision multicritère sont mises en oeuvre pour déterminer les meilleures solutions parmi toutes celles déployées sur les fronts de Pareto. / The optimization of a natural gas transportation network (NGTN) is typically a multiobjective optimization problem, involving for instance energy consumption minimization at the compressor stations and gas delivery maximization. However, very few works concerning multiobjective optimization of gas pipelines networks are reported in the literature. Thereby, this work aims at providing a general framework of formulation and resolution of multiobjective optimization problems related to NGTN. In the first part of the study, the NGTN model is described. Then, various multiobjective optimization techniques belonging to two main classes, scalarization and evolutionary, commonly used for engineering purposes, are presented. From a comparative study performed on two mathematical examples and on five process engineering problems (including a NGTN), a variant of the multiobjective genetic algorithm NSGA-II outmatches the classical scalararization methods, Weighted-sum and ε-Constraint. So NSGA-II has been selected for performing the triobjective optimization of a NGTN. First, the monobjective problem related to the minimization of the fuel consumption in the compression stations is solved. Then a biojective problem, where the fuel consumption has to be minimized, and the gas mass flow delivery at end-points of the network maximized, is presented. The non dominated solutions are displayed in the form of a Pareto front. Finally, the study of the impact of hydrogen injection in the NGTN is carried out by introducing a third criterion, i.e., the percentage of injected hydrogen to be maximized. In the two multiobjective cases, generic Multiple Choice Decision Making tools are implemented to identify the best solution among the ones displayed of the Pareto fronts.

Dans cette étude, nous produisons une analyse des réseaux de transport publics (acronyme PTN en anglais) en combinant des outils de la théorie des réseaux complexes, des simulations numériques et des approches analytiques. Nous avons commencé par une analyse empirique des PTN de 14 villes importantes dans le monde et en avons déterminé les principales caractéristiques en termes de réseaux complexes. Cette apporche empirique montre que les PTN apparaissent comme des réseaux ("small world") fortement corrélés avec des "coefficients d'agrégation" élevés et des "distances les plus courtes moyennes" comparativement faibles. Nous avons ensuite introduit divers modèles de PTN à 1 et 2 dimensions. Nous avons poursuivi cette étude en examinant la résistance des PTN à divers scénarios d?attaques, ce qui permet de définir des critères de robustesse des réseaux considérés / In this study, we have performed a comprehensive analysis of public transport networks(PTN) combining tools of complex network theory, computer modelling, and analytical calculations. We have started from an empirical analysis of the PTN of 14 major cities of the world and have determined their principal characteristics in terms of the complex network theory. Our empirical analysis gives a strong evidence, that the networks under consideration appear to be strongly correlated small-world structures with high values of clustering coefficients and comparatively low mean shortest path values. We further have introduced several PTN models. This was done both in 2d and 1d embedding spaces. We continued our analysis by studying the behavior of PTN under attacks. This enabled us to propose criteria that allow an a priori estimate of PTN robustness

Cette thèse porte sur les modèles d'équilibre dynamique sur un réseau de transport et de leurs applications à l'affectation de trafic. Elle vise à proposer une formulation à la fois générale, mathématiquement rigoureuse et microéconomiquement cohérente de l'équilibre dynamique. Une attention toute particulière est accordée à la représentation de la demande de transport et plus spécifiquement à la modélisation des hétérogénéités dans les préférences des usagers du réseau, ainsi que de leurs stratégies de choix d'horaires dans leurs déplacements. Tout d'abord nous exprimons l'équilibre dynamique comme un jeu de Nash avec un continuum de joueurs. Cette formulation nous permet d'obtenir un résultat d'existence. Celui-ci s'applique notamment au plus simple des modèles d'équilibre dynamique, où les usagers sont identiques et ne choisissent pas leurs horaires de départ. Ensuite, nous présentons deux modèles d'équilibre pour lesquels une solution analytique peut être établie. Le premier est une généralisation du modèle de goulot de Vickrey. Alors que Vickrey considère une distribution des horaires préférés d'arrivée en forme de S, nous traitons de distributions quelconques. Le deuxième modèle proposé est un réseau à péage avec deux routes et des usagers dont la valeur du temps est distribuée. Ce modèle nous permet d'investiguer les efficacités relatives de différentes stratégies de tarification et de voir comment celles-ci sont affectés par le niveau d'hétérogénéité dans la valeur du temps. Pour finir, un modèle calculable est présenté et des méthodes de résolution sont proposées. Le modèle est testé sur le réseau routier national. Par ailleurs, il est exploité pour tester une tarification modulée en fonction du temps dont l'objectif est d'atténuer la congestion lors des grands départs de vacances / This thesis is focused on dynamic user equilibrium (DUE) models and theirapplications to traffic assignment. It aims at providing a mathematically rigorous and general formulation for the DUE. Particular attention is paid to the representation of transport demand and more specifically to trip scheduling and users with heterogeneous preferences.The DUE is first expressed as a Nash game with a continuum of players. It strongly relies on up-to-date results from mathematical economics. This formulation allows to prove an existence result for DUE. This results notably applies to one of the simplest dynamic user equilibrium model, where users are homogeneous and departure time choice is not allowed.Then, two simple DUE models for which the solutions can be derived analytically are presented. The first one is a generalization of the Vickrey's bottleneck model. Whereas Vickrey assumed that the distribution of preferred arrival time is S-shaped, we consider more general distributions. In the second model, we have a two-route tolled network where users are continuously heterogeneous with respect to their value of time. This allows us to conduct a study on the relative efficiencies of various pricing strategy and how it is affected by the level of heterogeneity in users' value of time.Finally, a computable model is designed and corresponding solution methods are proposed. A test on the french national road network is conducted. The model is used to assess an hypothetical time-varying pricing scheme intended to ease summer traffic congestion

Cette thèse analyse comment s'organise la coordination à long terme entre la production et le transport dans un système électrique libéralisé. Elle s'appuie sur un cadre d'analyse modulaire permettant de séparer les mécanismes de coordination en modules distincts. La structure de gouvernance du réseau de transport complète ce cadre d'analyse. Dans une logique de complémentarité institutionnelle, cette structure de gouvernance influence les options de gestion des flux effectivement mises en œuvre par les GRT. Le rôle proactif que le GRT doit prendre dans la coordination entre production et transport s'explique alors de deux façons. Tout d'abord, l'investissement en réseau peut être le seul procédé effectif de coordination à long terme entre production et transport. Ensuite, en anticipant le renforcement du réseau, le GRT peut préparer l'accueil des moyens de production les plus rapides à s'installer et prendre en compte la réaction des producteurs aux signaux de localisation.

Cette thèse porte sur les modèles d'équilibres dynamiques sur un réseau de transport et leurs applications à l'affectation de trafic. Elle tente d'en propose une formulation à la fois générale et mathématiquement rigoureuse. Une attention particulière est accordée à la représentation de la demande de transport. Plus spécifiquement, la modélisation de l'hétérogénéité dans les préférences des usagers d'un réseau de transport, ainsi que des stratégies de choix d'horaire dans les déplacements, occupe une place importante dans notre approche. Une caractéristique de ce travail est son fort recours au formalisme mathématique; cela nous permet d'obtenir une formulation concise et micro-économiquement cohérente des réseaux de transport et de la demande de transport dans un contexte dynamique. Cette thèse traite aussi de méthodes de résolution en lien avec les modèles d'équilibres dynamiques. Nous établissons analytiquement des équilibres sur des réseaux de petites tailles afin d'améliorer la connaissance qualitative de l'interaction entre offre et demande dans ce contexte. L'intuition retirée de ces exercices nous permet de concevoir des méthodes numériques de calculs qui peuvent être appliquées à des réseaux de transport de grande taille. Tout au long de la thèse plusieurs applications économiques de ces travaux sont explorées. Toutes traitent des politiques de tarification de la congestion et de leurs évaluation, notamment lorsque les automobilistes sont susceptibles d'ajuster leurs horaires de départ. En particulier une politique tarifaire conçue pour limiter la congestion lors des grands départs de vacances est testée. Elle consiste à mettre en place un péage sur le réseau autoroutier variant selon l'heure de la journée mais aussi de jour en jour. Ce type de péage est particulièrement intéressant pour les exploitants car il leur permet d'influencer à la fois sur l'heure et le jour de départ des vacanciers. Les méthodes développées dans cette thèse permettent d'établir que les gains en termes de réduction de la congestion sont substantiels.

L'évolution vers de nouveaux services, comme la TV à la demande, nécessitant de grosses bandes passantes remet en question les débits transportés par chaque canal optique d'un réseau WDM. Les débits des canaux ont atteint aujourd'hui les 100 Gbit/s. Cette montée en débit doit être accompagnée par de nouvelles fonctionnalités au sein des réseaux de transport optiques. Améliorer la flexibilité et assurer la transparence des réseaux optiques sont des défis très importants auxquels les opérateurs doivent faire face aujourd'hui. Un réseau optique est dit transparent, si les signaux optiques transportés ne subissent aucune conversion optoélectronique sauf au moment de leur insertion et de leur extraction dans le réseau optique. La flexibilité, quant à elle, concerne principalement les fonctions d'agrégation et de désagrégation optiques. Aujourd'hui ces fonctions d'agrégation et de désagrégation sont réalisées dans le domaine électronique, ce qui avec la montée du débit, va engendrer un coût important pour les opérateurs. Une manière d'y remédier serait de trouver une technologie adaptée à la montée du débit et offrant la possibilité de faire de l'agrégation et de la désagrégation optique des flux de trafics. Dans cette thèse nous proposons d'étudier une technique de commutation tout-optique offrant la possibilité de faire de la commutation optique intra-canal. Cette technique, baptisée multi-bande OFDM, consiste à diviser un canal WDM en plusieurs entités appelées sous-bandes. Le nombre de ces entités dépend des contraintes technologiques des équipements utilisés pour générer le canal multi-bande (les filtres optiques, les convertisseurs analogiques/numérique et numériques/analogiques). Nous comparons la technologie multi-bande OFDM par rapport à des technologies tendancielles mono-bande : le cas mono-bande opaque et mono-bande transparent. Nous démontrons que la technologie multi-bande OFDM peut être un compromis entre ces deux technologies pour les futurs réseaux de télécommunications optiques. Pour ce faire, nous calculons les performances en termes de blocage. Nous étudions l'impact de la conversion de longueurs d'onde sur les réseaux multi-bande OFDM ainsi que l'impact d'augmenter les nombres de sous-bandes sur les performances du réseau. Nous dégageons les limites technologiques de cette approche. Dans une autre partie de l'étude, nous montrons l'intérêt économique de la technologie multi-bande OFDM. Nous exposons le gain en coût des émetteurs/récepteurs obtenu grâce au déploiement de la technologie multi-bande OFDM sur un réseau cœur et un réseau métropolitain.

Les gestionnaires des réseaux de transport d'électricité doivent adapter leurs outils d'aide à la décision aux avancées technologiques du XXIième siècle. Une opération sous-jacente à beaucoup d'outils est de calculer les flux en actif/réactif qui minimisent les pertes ou les coûts de production. Mathématiquement, il s'agit d'un problème d'optimisation qui peut être décrit en utilisant seulement l'addition et la multiplication de nombres complexes. L'objectif de cette thèse est de trouver des solutions globales. Un des aboutissements de ce projet doctoral hautement collaboratif est d'utiliser des résultats récents en géométrie algébrique pour calculer des flux optimaux dans le réseau Européen à haute tension. / Transmission system operators need to adapt their decision-making tools to the technological evolutions of the twenty first century. A computation inherent to most tools seeks to find alternating-current power flows that minimize power loss or generation cost. Mathematically, it consists in an optimization problem that can be described using only addition and multiplication of complex numbers. The objective of this thesis is to find global solutions, in other words the best solutions to the problem. One of the outcomes of this highly collaborative doctoral project is to use recent results from algebraic geometry to compute globally optimal power flows in the European high-voltage transmission network.

L'évolution vers de nouveaux services, comme la TV à la demande, nécessitant de grosses bandes passantes remet en question les débits transportés par chaque canal optique d'un réseau WDM. Les débits des canaux ont atteint aujourd'hui les 100 Gbit/s. Cette montée en débit doit être accompagnée par de nouvelles fonctionnalités au sein des réseaux de transport optiques. Améliorer la flexibilité et assurer la transparence des réseaux optiques sont des défis très importants auxquels les opérateurs doivent faire face aujourd'hui. Un réseau optique est dit transparent, si les signaux optiques transportés ne subissent aucune conversion optoélectronique sauf au moment de leur insertion et de leur extraction dans le réseau optique. La flexibilité, quant à elle, concerne principalement les fonctions d'agrégation et de désagrégation optiques. Aujourd'hui ces fonctions d'agrégation et de désagrégation sont réalisées dans le domaine électronique, ce qui avec la montée du débit, va engendrer un coût important pour les opérateurs. Une manière d'y remédier serait de trouver une technologie adaptée à la montée du débit et offrant la possibilité de faire de l'agrégation et de la désagrégation optique des flux de trafics. Dans cette thèse nous proposons d'étudier une technique de commutation tout-optique offrant la possibilité de faire de la commutation optique intra-canal. Cette technique, baptisée multi-bande OFDM, consiste à diviser un canal WDM en plusieurs entités appelées sous-bandes. Le nombre de ces entités dépend des contraintes technologiques des équipements utilisés pour générer le canal multi-bande (les filtres optiques, les convertisseurs analogiques/numérique et numériques/analogiques). Nous comparons la technologie multi-bande OFDM par rapport à des technologies tendancielles mono-bande : le cas mono-bande opaque et mono-bande transparent. Nous démontrons que la technologie multi-bande OFDM peut être un compromis entre ces deux technologies pour les futurs réseaux de télécommunications optiques. Pour ce faire, nous calculons les performances en termes de blocage. Nous étudions l'impact de la conversion de longueurs d'onde sur les réseaux multi-bande OFDM ainsi que l'impact d'augmenter les nombres de sous-bandes sur les performances du réseau. Nous dégageons les limites technologiques de cette approche. Dans une autre partie de l'étude, nous montrons l'intérêt économique de la technologie multi-bande OFDM. Nous exposons le gain en coût des émetteurs/récepteurs obtenu grâce au déploiement de la technologie multi-bande OFDM sur un réseau cœur et un réseau métropolitain. / The evolution of new telecommunication services, which requires large bandwidth, challenges bit-rates transported by each optical channel of a WDM network. Bit-rates of optical channels have now reached 100 Gbit/s. This increase in bit-rate must be supported by new features in optical network. Improve flexibility and ensure transparency of optical network, are very important challenges that telecom operators face today. An optical network is called transparent, if the transported optical signals are not converted in electrical domain except at the time of their insertion and extraction in/from the optical network. Flexibility concerns mainly the aggregation / disaggregation processes. Today, the functions of aggregation/disaggregation are made on the electrical domain. This generates a significant cost for operators. One way to avoid this would be to find a technology which offers high bit-rates and enable the aggregation and disaggregation functions in the optical domain. In this thesis, we propose to study all-optical switching technology at the sub-wavelength granularity. This technique, called multi-band OFDM, consists in dividing a WDM channel into multiple entities, called sub-bands. The number of sub-bands depends on the technological constraints of optical components used to transport the optical signal (optical filters, digital analogical converters, analogical digital converters, optical transponders, optical multiplexers, etc.). We compare the multi-band OFDM technology to two legacies scenarios: mono-band opaque and mono-band transparent WDM technologies. We demonstrate that the multi-band OFDM technology can be a trade-off between these two legacies scenarios. To do that, we studied the performance in terms of blocking ratio of the multi-band OFDM technology and mono-bands WDM technologies. We study the impact of increasing the number of sub-bands on network performances. We also investigate the technical limits of this technology. Moreover, we demonstrate the economic interest of the multi-band OFDM. We expose the gain on the number of transponders when the multi-band OFDM technology is deployed on metro and core network.

Les risques naturels et anthropiques font peser sur les territoires et les populations des menaces telles, qu'ils font l'objet de nombreuses études à but préventif. Une des manières de réduire le risque consiste à diminuer la vulnérabilité des enjeux exposés, c'est-à-dire à prévenir l'endommagement potentiel des entités soumises au risque. Parmi celles-ci, les réseaux de transport occupent une place particulière, car non seulement le risque constitue une menace matérielle (sur l'infrastructure), mais il met également en péril les fonctions assurées par les réseaux (l'usage) en dégradant les propriétés induites par leur structure (les potentialités relationnelles).<br />Afin de comprendre et d'anticiper les perturbations fonctionnelles d'un réseau de transport menacé par des catastrophes, il est donc pertinent de définir et d'évaluer la vulnérabilité de sa structure et d'en comprendre les mécanismes sous-jacents. Pour ce faire, nous aurons besoin préalablement de définir avec précision le cadre, les hypothèses, les choix de modélisation et les outils relatifs à l'étude de la structure des réseaux.<br />Sur cette base, nous présenterons ensuite la définition traditionnelle de la vulnérabilité ainsi que les outils d'évaluation et de caractérisation associés, et nous en analyserons la portée et les limites. Nous proposerons enfin d'améliorer la compréhension de la vulnérabilité structurelle des réseaux en mettant en évidence et en caractérisant les propriétés de la trame explicatives des niveaux de vulnérabilité. L'ensemble des recherches seront éprouvées à travers l'étude de plusieurs réseaux réels, opérant à différentes échelles, et présentant, pour certains, des singularités intéressantes dans un contexte de risques (réseau de métro parisien, réseaux routiers orléanais, français et européen).