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).

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. Le modèle de marches aléatoires auto-évitantes (SAW) en interactions mutuelles capture certaines des propriété statistiques des PTN dans les divers modes de représentation. 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.

Cette thèse vise à développer les opportunités et conséquences d’une demande incertaine pour le réseau de transport de gaz. Ce sujet est décliné en quatre contributions. Les deux premières adoptent une perspective de long terme : on cherche à évaluer l’efficacité de la réglementation du taux rendement lorsqu’il s’agit d’inciter à la réalisation de projets d’infrastructures gazières dans des pays en développement. Une première contribution analytique présente le développement d’une représentation simplifiée du réseau de transport de gaz, de forme Cobb-Douglas. Inspiré par les projets d’acheminement de gaz naturel au Mozambique, celle-ci est ensuite utilisée pour évaluer dans quelles conditions il est possible pour une autorité de régulation de choisir un taux de rendement régulé qui améliore l’efficacité du système dans le cas où la demande réelle serait plus importante que la demande anticipée par la firme régulée. A moyen terme ensuite, l’efficacité face à une demande de plus en plus variable de la structure tarifaire actuelle dite « entrée-sortie » pour l’accès au réseau européen est évaluée. Après avoir démontré l’existence d’inefficacités dans un tel système, celles-ci sont évaluées numériquement. Enfin, la dernière contribution explore la possibilité d’offrir directement la flexibilité du réseau de transport de gaz à ses utilisateurs, dans le cadre d’enchères et du système de prix nodaux. Après avoir souligné la complexité d’un tel mécanisme, les limites à son efficacité sont présentées. A chaque fois, l’analyse repose sur la modélisation simultanée du réseau de transport de gaz (en régime statique ou transitoire) et des mécanismes économiques en jeu. / This PhD thesis is centered on the opportunities and impact of demand uncertainty for the gas transport networks. We study the ability of various market designs to foster an efficient network allocation in liberalized gas markets when demand is variable or uncertain. We introduce and solve operation research models that bind an economic representation of the gas market and its associated regulation, to a technical representation of the gas network. The complex interactions at stake in liberalized gas markets, where shippers trade gas for its economic value and coordinate with system operators that allocate and operate the network, result in MCP or MPEC formulations. While a detailed network representation is necessary to assess the feasibility of gas flows under any market organization, the physics and engineering of gas transport networks adds non-linearities and non-convexities to those already challenging formulations. This thesis is divided in four contributions. We first introduce an approximated network representation of the Cobb-Douglas form and use it to study the impact of long-term demand uncertainty on investment problems in developing markets subject to rate-of-return regulation. We then study the effect of demand variability on daily gas dispatch in the European Entry-Exit system, using a linearized steady-state network representation. Finally, we assess the benefits of introducing flexibility products in gas locational marginal pricing auctions to handle intraday demand uncertainty. This requires the use of a linearized transient network formulation to account for linepack dynamics.

Le trafic dans les réseaux optiques est en constante augmentation depuis de nombreuses années. CISCO affirme qu'il devrait augmenter d'un facteur 13 en 2020. Ceci induit une augmentation de la consommation énergétique et de l'évolution de la taille des réseaux entrainant un accroissement de la complexité des réseaux. Dans ce contexte, pour répondre à l'augmentation du débit dans les réseaux et procure un réseau de télécommunications fiable, il faut prévoir une planification et une ingénierie de réseaux adaptées. Dans ce but, nous étudions dans cette thèse le design d'un nœud de commutation optique ROADM. nous considérons différentes architectures de nœud, composants et sous-systèmes utilisés dans les configurations de nœud RODM "Broadcast and Select" et "Route and Select". Diverses configurations de modules d'insertion/extraction sont analysées ("Colored/colorless, directional/directionless et contentional/contentionless"). Pour ce faire, nous avons développé un simulateur de nœud ROADM dans une plateforme de trafic dynamique et nous avons proposé une stratégie de gestion offline de la contention à l'intérieur du nœud. Nous avons obtenu une réduction du rapport de blocage intra noeud de l'ordre de 1.5. Ensuite, nous nous sommes focalisés sur la planification des futures générations de réseaux optiques métro cœur. Dans ce but, nous avons étudié la possibilité d'une transmission non cohérente à 100 Gb/s en utilisant le format de modulation PDM-DQPSK. Ensuite, nous avons considéré l'implémentation de la PDM-CS-DQPSK. La qualité de transmission de ces deux systèmes a finalement été évaluée / Traffic demand is exponentially increasing in recent years. Cisco forecast claims that by 2020, transport traffic will be 13 times of today's traffic transmission. This incremental traffic demand makes concerns about energy consumption and network scalability as well as increasing the network complexity. In this respect, to adresse the future traffic demand requirement and provide a reliable telecommunication network, precise network planning and engineering are needed. To this aim, we adress the problem of ROADM node design by presenting different architectures, components and subsystems to investigate the Broadcast and Select and Route and Select ROADM node architectures. Colored/colorless, directional/directionless and contentional/contentionless add/drop module configurations are studied. Futhermore, the problem of Intra Node Blocking is investigated by developing a node simulator in a dynamic network traffic platform. In this respect, we propose an offline contention management strategy for an ROADMnode in order to efficiently decrease the Intra Node blocking ration by more than 1.5 order of magnitude. Finally, we focus on network planning by investigating short and medium term network upgrades for metro-core optical network. To this goal, we investigate the possibility of non coherent signal transmission in metro-core segment of hierarchical layered optical network. Quality of transmission for 100 Gbit/s PDM-DQPSK-modulation format is investigated. Then, we propose the implementation of PDM-CS-DQPSK modulation format to transmit 100 Gbit/s signals in ROADM based optical transmission systems

Dans le cadre de l'ouverture des marchés de l'électricité à la concurrence, de nouvelles règles doivent régir les relations entre producteur et transporteur d'électricité pour ce qui concerne les services au système tels que la fourniture de puissance réactive. Xu, Kundur et da Silva ont développé une méthode permettant d'évaluer le service rendu, et donc la valeur, d'un MVAr fourni par un générateur en calculant le nombre de MVAr qui doivent être fournis aux nœuds de charge pour maintenir leur tension lorsque le générateur réduit sa production. Nous avons amélioré cette méthode en optimisant l'emplacement et en minimisant la capacité de moyens de compensation permettant de remplacer la production réactive d'un générateur tout en maintenant la tension de chaque nœud dans sa plage acceptable. De plus les capacités de production réactives disponibles auprès d'autres générateurs sont mises à contribution, ce qui permet de prendre en compte la pénurie ou l'abondance de capacités de production. Cette méthode a été appliquée sur un réseau à deux nœuds, puis sur un réseau de test IEEE à 118 nœuds et enfin sur une partie du réseau électrique français. Les résultats obtenus permettent de valoriser chaque MVAr généré en fonction de la localisation du générateur sur le réseau, de l'état de charge du réseau, de la disponibilité des autres producteurs et du niveau de production du générateur. Ainsi les premiers MVAr fournis par un générateur sont difficilement remplaçables par des moyens de compensation et ont donc une valeur plus grande que les derniers qui eux sont facilement remplaçables.

L’analyse du droit applicable aux relations sur l’approvisionnement du gaz russe dans l’UE a démontré l’impuissance du droit international de l’énergie, ainsi que les insuffisances du droit local russe et de celui des pays de l’UE et de l’UE. La solution globale à tous les problèmes pourrait être la fourniture de garanties favorisant les opérations d’achat-vente de gaz entre Gazprom et les entreprises des pays de l’UE et le développement des relations de la participation directe des entreprises russes et de l’UE sur les marchés. Les bases de la réglementation de ces relations pourront être fixées dans le nouvel Accord international entre la Russie et l’UE et dans la législation locale. / The current legal rules restrain the development of both frameworks now existing – that is, long-term contracts and opened-up markets. The solution to this problem could be the maintain of the first group of relations and the development of the second group. Therefore, it is important to suggest an alternative framework. The basis of such alternative framework could be fixed in an international treaty between Russia, EU and the member-states. This new regulation will also require the adjustment of the local legislation.