A l'heure actuelle, la démarche utilisée pour apprécier l'intérêt économique de différents systèmes énergétiques s'appuie sur un schéma de fonctionnement fixé. Cependant, des études ont montré que les schémas de fonctionnement correspondant aux meilleurs rendements thermodynamiques ne conduisent pas nécessairement aux meilleurs coûts de production. <br />Une méthode appelée optimisation technico-économique a été proposée. Cette méthode vise à minimiser le coût de production d'un système énergétique, incluant à la fois les coûts de fonctionnement et les coûts d'investissement. Elle a été mise en œuvre grâce à l'utilisation des algorithmes génétiques. Cette démarche a été comparée à la méthode d'intégration thermique sur deux exemples différents et son intérêt a ainsi pu être validé. L'optimisation technico-économique a alors été appliquée à différents systèmes énergétiques : tant pour la production d'hydrogène que pour la production d'électricité

La pomme de terre est la culture agricole qui est victime du plus grand nombre de maladies et de ravageurs pouvant ainsi causer des dégâts de rendements relativement importants. La télédétection en agriculture permet de spatialiser ces stress par la correspondance entre les caractéristiques biophysiques de la végétation et les propriétés optiques des images. Les aéronefs sans pilote (ASP) constituent des plateformes de plus en plus répandues permettant l’acquisition d’imagerie aérienne à très hautes résolutions spatiale et temporelle. L’objectif général du projet visait à développer un outil d’aide à la surveillance phytosanitaire de cultures de pomme de terre, économique, opérationnel sur le terrain et basé sur la télédétection, en appui aux méthodes traditionnelles de dépistage. Les objectifs spécifiques suivants étaient visés : automatiser une chaîne de traitement d’imagerie pour l’agriculture, acquise à partir d’un aéronef sans pilote ; appliquer des indices basés sur l’imagerie visible proche infrarouge et infrarouge thermique pour la détection de stress dans la culture de la pomme de terre ; développer un outil d’aide à la décision en appui aux méthodes de dépistage actuelles ; évaluer le potentiel des ASP pour le suivi des cultures de pommes de terre. Le projet s’est déroulé en deux phases et sur deux sites d’études au Québec, en Montérégie et au Saguenay-Lac-Saint-Jean. La première année, des corrélations entre les mesures des paramètres biophysiques et les valeurs spectrales de l’imagerie ont permis d’établir une estimation de la biomasse humide à partir de l’indice de végétation MSAVI 2 avec un coefficient de détermination de 0,81. Une fois la relation végétation/imagerie établie, des cartes zonales de ravageurs, maladies et problèmes de développement pour les dépistages ont pu être réalisées la seconde année. Les classifications supervisées des zones de maladies ont été validées à 100 %, celles des ravageurs à 89,5 % et celles des problèmes de développement à 81 %. Enfin, une analyse technico-économique a été effectuée pour évaluer l’utilisation des ASP dans le domaine agricole et comparer l’utilisation d’un tel outil d’aide à la décision par rapport à d’autres types d’imagerie multispectrale (satellite, aérienne). Les coûts de production de cartes de dépistage par ASP sont actuellement beaucoup plus importants que par les autres moyens d’acquisition. Cependant, la croissance du nombre d’entreprises d’opérations et de services par ASP aura vraisemblablement comme conséquence de faire diminuer les coûts de vols dans les prochaines années. De plus, la très haute résolution spatiale et la rapidité de mise en place constituent des avantages techniques qui jouent en faveur de l’emploi des ASP en agriculture. Un projet comme celui-ci illustre l’utilité des ASP en télédétection agricole mais également les nombreuses problématiques à résoudre pour obtenir un produit livrable à l’agriculteur en concordance avec ses besoins techniques et financiers dans une optique de préservation de l’environnement. Du vol de l’ASP jusqu’au traitement de l’imagerie, en passant par l’intégration des capteurs, les défis à relever sont nombreux. Cependant, la ferveur actuelle pour ces technologies est telle que les avancées technologiques dans le domaine sont très rapides. On peut imaginer qu’à l’échelle mondiale, l’utilisation des ASP en agriculture pourrait faire diminuer les quantités d’intrants agricoles tout en augmentant les rendements des cultures.

L'intégration massive des énergies renouvelables variables (EnRV) provoque d'importants changements dans le système électrique. Auparavant développé de manière vertical et centralisé, le système était robuste et fiable. Cependant, la production des EnRV est intermittente et peu prévisible. Ainsi, le système doit être plus flexible grâce à de nouvelles options telles que la maîtrise de la demande, le stockage ou l'effacement de la production EnRV. Cependant, le potentiel des EnRV est réparti inégalement en Europe et avec d'importants taux de pénétration d'EnRV, les échanges d'électricité entre les régions vont augmenter provoquant des congestions dans le réseau. Ainsi, les options de flexibilité ne pourront peut-être pas réduire ces congestions. Pour analyser ces effets, le travail mené dans cette thèse utilise le modèle de prospective long terme POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems) couplé avec le nouveau module du secteur électrique EUTGRID (EUropean – Transmission Grid Investment and Dispatch). Ce module inclut une représentation détaillée du réseau de transport européen d'électricité avec un calcul des flux plus réaliste. De plus, les renforcements sont déterminés suivant les coûts de congestion de chaque ligne. Ce nouveau couplage permet d'avoir une évolution dynamique du réseau de transport. Le rôle du réseau de transport est ensuite analysé et comparé avec les autres options de flexibilité. Les investissements dans le réseau augmentent ainsi fortement avec d'importants taux de pénétration des EnRV alors que les options de flexibilité ne peuvent pas intégralement remplacer le réseau. Finalement, un travail exploratoire est mené avec l'introduction de réseaux de distribution génériques (urbain, semi-urbain and rural) dans EUTGRID. Les résultats montrent que les renforcements sont légèrement décalés avec une augmentation de l'utilisation des technologies de back-up (i.e. centrales à gaz) ce qui augmente les émissions totales. / The power system is facing a major shift with the large-scale development of variable renewable energy sources (VRES). This vertical and centralized architecture helped the system to be robust and reliable. However, VRES production is intermittent and less predictable. As a result, the system needs to add more flexibility with new options such as Demand Side Management, storage technologies and VREs curtailment. But renewable energies potentials are unevenly distributed in Europe and, with high shares of VREs, power flows exchanges will increase between specific regions. As a result, the existing transmission grid would face congestions and these flexibility options might not be sufficient to alleviate these bottlenecks. To analyse these impacts, the work carried in this thesis uses the long-term energy model POLES (Prospective Outlook on Long-term Energy Systems) coupled with the new European power sector module EUTGRID (EUropean – Transmission Grid Investment and Dispatch). It includes a detailed transmission grid and more realistic power flows with a DC-OPF. A grid investment mechanism is also incorporated to determine the grid investments based on nodal prices. This new coupling permits to get a dynamic evolution of the transmission grid. The role of the transmission grid is being assessed and compared with other flexibility options. The grid investments increase largely with important development of VRES while other flexibility options cannot completely replace them. Finally, an exploratory work is being carried with the introduction of generic distribution grids (urban, semi-urban and urban) in EUTGRID. The results show that the reinforcements are slightly delayed with a greater use of back-up technologies which increases the total emissions.

Cette thèse décrit comment divers réseaux, regroupés plus ou moins artificiellement sous le terme générique de réseau numérique éducatif, se sont développés dans le système scolaire français de 1987 à 2005.<br />Son premier objet est de montrer comment les contributions de la télématique, des réseaux locaux, d'Internet, des Intranet et des espaces numériques se sont ajoutées les unes aux autres pour former un ensemble stratifié. Le second est d'examiner comment ces réseaux se sont installés comme une composante du développement d'une communication scolaire médiatisée.<br />Ce processus est appréhendé sous les éclairages de la technique, des usages et de l'organisation, selon des niveaux de développement qui se déplacent progressivement de l'individu et de l'établissement vers d'autres échelles : l'académie, le territoire, la collectivité, le système éducatif. <br />La démarche de recherche s'inspire de la théorie de l'acteur-réseau appliquée dans une perspective visant à examiner les modalités d'innovations sociotechniques. La globalité de l'approche « du » réseau considéré comme un processus d'innovation conduit à cerner son cadre fonctionnel dans sa construction et son évolution. Les modalités de réalisation de l'alliage sociotechnique montrent la diversité et l'importance des enjeux et des acteurs. Les processus itératif de controverses et d'alignements stratégiques qui les animent révèlent de quelle manière le réseau numérique éducatif devient un facteur d'unité technique, éducative et stratégique.<br />Les travaux conduits mettent en évidence cinq tendances lourdes : l'organisation progressive d'une architecture globale d'information, l'affirmation de l'importance d'une démarche stratégique, des dynamiques d'usage qui passent au second, une logique d'industrialisation et une extension progressive du domaine scolaire vers le domicile. Leur caractère concomitant est déterminant dans un processus général de globalisation et de banalisation des fonctions communicationnelles scolaires.

La biomasse est appelée à représenter une part croissante de la consommation mondiale d'énergie primaire et la recherche de l'optimisation de l'usage d'une telle ressource, abondante mais pas pléthorique, s'impose. Cette thèse pose la question de la place, dans cette optimisation, des biocarburants de deuxième génération, en se focalisant sur la voie thermochimique, et plus particulièrement sur la synthèse de carburants liquides par le procédé Fischer-Tropsch qui permet d'obtenir des hydrocarbures du type naphta, kérosène et gazole. Pour traiter cette question, une démarche d'évaluation est proposée, qui comporte : - une évaluation à l'échelle des procédés, appliquée à une famille comportant au départ une centaine d'options, - une approche systémique pour évaluer l'insertion des procédés dans le système énergétique français futur. La mise en œuvre de cette démarche d'évaluation montre comment : - les procédés thermochimiques de production de biocarburants de deuxième génération permettent d'associer la biomasse et d'autres énergies primaires moins limitées pour maximiser le transfert de carbone renouvelable de la biomasse dans des carburants liquides, mais à des coûts qui restent élevés ; - la réponse à la question de l'optimisation de l'usage de la biomasse et de la place à donner aux biocarburants dépend fortement de l'évolution globale du système énergétique et de la faisabilité du stockage du CO2.

L'optimisation des performances non nominales des pompes à chaleur réversibles contribue à la réduction des consommations énergétiques du secteur tertiaire. Une modélisation thermodynamique détaillée d'une pompe à chaleur destinée au secteur tertiaire (compresseur, condenseur, détendeur, évaporateur) en régime non nominal est réalisée. Le modèle de pompe à chaleur validé par expérimentation en laboratoire et in-situ est couplé à un modèle de calcul des besoins thermiques de bâtiment afin d'évaluer les performances saisonnières de la PAC et d'améliorer la conception en fonction de ce critère. Des voies d'optimisation des performances saisonnières sont évaluées suivant deux axes principaux : -Optimum du point de vue local : optimisation par rapport à une courbe de besoins donnée ; interviennent la régulation de puissance, la conception orientée mode chaud ou orientée mode froid. Ces simulations sont réalisées sur un bâtiment tertiaire de type neuf ou existant. Une étude de sensibilité des résultats au climat du lieu d'installation est également réalisée. -Optimum du point de vue industriel : par l'intégration de composants innovants à fort enjeu concurrentiel pour un bon positionnement vis-à-vis de l'étiquetage européen des systèmes de climatisation. Les améliorations de performance sont complétées par une étude technico-économique, basée sur la décomposition des coûts de la PAC selon ses principaux composants. On détermine finalement le temps de retour de la machine optimisée en fonction du type de bâtiment et du climat.

L’énergie éolienne en mer connaît une croissance forte. Sa compétitivité économique, mesurée par le LCOE (coût d’énergie actualisé), n’a pas encore atteint celle de l’éolien terrestre. Le coût du raccordement électrique affecte cette compétitivité. Selon la distance et la puissance de la ferme, un panel important d’architectures et technologies de réseau de raccordement peut être considéré (AC ou DC etc..). L’objectif de cette thèse est de fournir un cadre méthodologique décisionnel pour l’évaluation et la planification d’architecture du réseau de raccordement.L’évaluation des architectures repose sur les calculs des énergies annuelles dissipée dans le réseau, des coûts d’investissement du réseau et de l’énergie non distribuée en lien avec la fiabilité du réseau. Pour calculer ces quantités, des modèles et méthodes de calculs sont proposés. Il apparaît néanmoins nécessaire d’évaluer et de comparer des architectures ayant des dimensionnements optimaux. Ainsi, une formulation du problème de dimensionnement du réseau est proposée. La formulation est générique vis-à-vis des différentes architectures considérées. Une méthode de résolution heuristique rapide donnant des solutions quasi-optimale est mise en œuvre. L’environnement d’aide à la décision qui permet le dimensionnement puis l’évaluation d’une architecture est mis en œuvre sur plusieurs cas d’application incluant des architectures très différentes. Finalement, une méthode probabiliste analytique est proposée afin de prendre en compte les incertitudes sur les modèles et leurs propagations aux critères de décision / Offshore wind power is quickly developing. Its cost-effectiveness, measured with the LCOE (Levelized cost of Energy) has not reached the one of onshore wind power yet. The cost of electrical connection impacts this cost-effectiveness. Depending on the distance to the onshore grid, many possibilities of architectures and associated technologies can be considered for this connection network (AC, DC etc.). The goal of this research is to provide a decision support framework for the assessment and the planning of architectures for electrical connecting networks.The architecture assessment relies on the calculations of the annual energy dissipated through the network, of the investment costs and of the annual energy curtailed due to the network unavailability. To compute these quantities, models and methods are proposed.It appears that to compare architectures, these must be have near optimal designs? Thus, a formulation of the electrical network design optimization is proposed. The formulation is generic in regard to the various architectures which are considered. A quick heuristic solving approach which gives near optimal solutions is proposed and implemented.The decision support framework makes it possible the design and the assessment of an architecture and is applied to two very different architectures. Finally, a probabilistic analytical method is proposed to take into account the models uncertainties and to study their propagation to the decision criteria

L’objectif de la thèse est de concevoir un design le plus optimisé possible d’une centrale à charbon pulvérisée fonctionnant en oxy-combustion. Une telle centrale intègre un système de production d’oxygène (ASU), une chaudière, un cycle électrogène, des équipements de dépollution ainsi qu’un système de purification et de compression du CO2 (CPU). Ainsi, dans un premier temps, la thèse portera sur la compréhension, l’analyse et la modélisation des différents procédés qui composent la chaîne d’une centrale fonctionnant en oxy-combustion. Ensuite, les performances et la configuration de la centrale seront optimisées de façon à réduire la destruction d’exergie tout s’assurant de la compétitivité économique de la solution ainsi obtenue. A l’issue de cette thèse, les origines des pertes exergétiques du système étudié et les schémas d’intégration permettant de maximiser les gains énergétique à l’échelle de la centrale seront identifiées. De plus, les stratégies de dépollution des fumées les plus adaptées seront définies et les nouveaux procédés intégrés seront évalués à la fois d’un point de vue technico-économiques et flexibilité. / The objective of the thesis is the conception of an optimized oxy-fired pulverized-coal power plant. Such a power plant is constituted of an oxygen production system (ASU), a boiler, power cycle, depollution equipments and a CO2 purification and compression system (CPU). After a first step consists in understanding, analyzing and modeling the different processes composing the oxy-combustion system; the work will focus on the optimization of the performances and the configuration of the power plant by minimizing exergy destructions while ensuring economic competitiveness of the obtained solution. At the end of the thesis, the origins of the exergetic losses in the system as well as the thermal integration scheme allowing the maximization of the energetic gains at power plant level will be identified. Additionally, the most adapted flue gas depollution strategies will be defined and the new integrated process schemes will be evaluated on both a techno-economic and flexibility basis.

L’utilisation excessive des produits phytosanitaires provoque des problèmes de santé publique et environnementaux du fait de leur toxicité. Dans le cadre de ce travail de recherche interdisciplinaire entre géographie et agronomie, l’objectif est d’analyser la résilience des exploitations agricoles et leur capacité à faire face au changement des pratiques phytosanitaires. Pour y répondre, nous nous sommes basés sur la conception d’une méthode d’évaluation des pratiques phytosanitaires à différentes échelles spatiales et d’un modèle technico-économique d’optimisation des traitements phytosanitaires et de gestion des risques liés aux pesticides. Ce travail consiste à mettre à la disposition des acteurs du territoire des outils d’aide à la décision pour une gestion intégrée de l’usage des pesticides au niveau du bassin versant de l’étang de l’Or au Sud de la France. Cette étude est basée sur l’utilisation de plusieurs outils pluridisciplinaires : les techniques de programmation mathématique, d’analyse statistique et les Systèmes d’Informations Géographiques (SIG), en introduisant des indicateurs agri-environnementaux de pression phytosanitaire (IFT) et de risque de toxicité sur la santé de l’applicateur et sur l’environnement (IRSA, IRTE), ainsi que des indicateurs économiques. La combinaison de ces indicateurs définit les différentes catégories de résilience des exploitations agricoles et la capacité de leur système de production à faire face au changement de pratiques phytosanitaires. Ce concept de résilience, associé à l’analyse spatiale des indicateurs agri-environnementaux et économiques à l’aide d’un SIG, permet de mettre en place des outils génériques d’aide à la décision afin de trouver un compromis entre les différents acteurs pour faire face aux problématiques de l’iniquité spatiale et socio-économique de la pollution phytosanitaire diffuse. Les résultats d’analyse multi-échelle permettent la mise en place des stratégies de gestion des risques liés aux pratiques phytosanitaires en fonction de la vulnérabilité du milieu naturel sur un territoire et en assurant des résultats économiques convenables aux exploitations agricoles. / The excessive use of plant protection products has caused public health and environmental issues dueto their toxicity. As part of this interdisciplinary research work between geography and agronomy, theobjective is to analyse the resilience of farms and their capacity to deal with the change of plantprotection practices. In order to answer this objective, our work is based on the design of a method forassessing plant protection practices at different spatial scales and on a technical-economic model foroptimising plant protection treatment and managing risks related to pesticides. This work consists inproviding territorial actors with decision-support tools for an integrated management of pesticide useat the “Etang de l’Or” catchment area in the South of France. This study is based on the use of severalmultidisciplinary tools: mathematical programming techniques, statistical analysis and GeographicInformation Systems (GIS), by introducing agri-environmental indicators for plant protection pressure(TFI) and risks of toxicity on the applicator’s health and on environment (IRSA, IRTE), and economicindicators. The combination of these indicators defines the different categories of farms resilience andcapacity of their production systems to deal with the change of plant protection practices. The conceptof resilience, combined with spatial analysis of agri-environmental and economic indicators usingGIS, allows implementing generic decision-support tools to find a compromise between the differentactors to deal with problems of spatial inequality and socioeconomic in term of phytosanitary diffusepollution. The results of multi-scale analysis allow implementing management strategies of risksrelated to plant protection practice based on the vulnerability of the natural environment on a territoryand ensuring suitable economic outcomes to farms.

L'hydrogène… Cet élément simple et très abondant pourrait être un contributeur clé à la transition énergétique, mais dans quelles conditions technico-économiques et politiques ? Cette thèse propose une contribution à l'évaluation de la faisabilité de pénétration de l'hydrogène dans le système énergétique, en mettant en oeuvre différents modèles qui permettent des éclairages complémentaires. Elle se concentre sur l’hydrogène bas carbone, obtenu par électrolyse de l’eau.Notre analyse multirégionale qui porte sur le contexte énergétique européen, américain, chinois et japonais (régions qui présentent des défis énergétiques contrastés) montre que les politiques énergétiques actuelles ne facilitent qu’une faible pénétration de l'hydrogène dans le système énergétique, lui permettant de réaliser environ 3% de l’effort à fournir par les quatre régions afin de limiter l’augmentation de la température à 2°C par rapport aux niveaux préindustriels. Nous soulignons dans cette thèse que l’injection d’hydrogène dans les réseaux de gaz naturel qui permet dans une certaine mesure d’éviter des fuites de méthane à fort pouvoir de réchauffement, pourrait jouer un rôle significatif dans la réalisation des objectifs de réduction des émissions de gaz à effet de serre.L'analyse des marchés de l'hydrogène a été menée en deux étapes. Tout d'abord, chaque marché (industriel ou énergétique) a été abordé individuellement afin d’établir des coûts d'entrée sur ce marché (pour les différents contextes énergétiques considérés). Ensuite, les différentes applications de l’hydrogène ont été resituées en interaction avec l’ensemble du système énergétique à travers le modèle TIMES-PT et un cas d’étude portant sur le Portugal, permettant ainsi d’examiner le potentiel de couplage entre les secteurs énergétiques rendu possible par l’hydrogène. Ces travaux ont permis de qualifier l'attractivité des différents marchés, celui de la mobilité apparaissant comme le plus favorable.Nous nous sommes ensuite intéressés aux coûts requis sur l'ensemble de la chaîne d'approvisionnement en hydrogène afin de pénétrer le marché de la mobilité.Pour ce faire, nous avons utilisé des modèles avec une maille géographique et temporelle fine (GLAES, EuroPower et InfraGis), en commençant par l’étape de production. Nous avons étudié le rôle potentiel de l'hydrogène pour la fourniture de flexibilité au système électrique dans un contexte de forte pénétration des énergies renouvelables intermittentes en France. Nos résultats montrent que l’hydrogène pourrait permettre non seulement d’éviter d’écrêter la production d’énergies renouvelables (entre 1,4 et 7,9 TWh en fonction du scénario de capacité d’interconnexion), mais pourrait aussi mettre à profit l’énergie nucléaire disponible (bas carbone donc), évitant par-là d’imposer de fortes rampes de puissances aux centrales. Cependant, une attention particulière doit être accordée au taux d'utilisation de l'électrolyseur afin de maintenir les coûts de production d'hydrogène suffisamment bas.Enfin, nous nous sommes concentrés sur l’approvisionnement de l’hydrogène, depuis les sites de production jusqu’à l’utilisation pour la mobilité, la question de l’infrastructure étant un problème majeur entravant les investissements dans l’hydrogène. Cinq filières d’approvisionnement (transport et distribution) ont été développées à la maille régionale et comparées sur le plan économique pour le cas français. Nos résultats montrent que, lors des toutes premières phases de pénétration du marché (scénario 1%), il est plus intéressant de privilégier la production décentralisée. / Hydrogen… This simple, very abundant element holds great promise to contribute to the transition towards a cleaner future energy system, but under which techno-economic and political conditions? This thesis is a contribution to the assessment of the hydrogen penetration feasibility into the energy system, using a multi-model approach. The focus is put on low-carbon hydrogen, obtained by electrolysis.Our multi-regional analysis on the European, American, Chinese and Japanese energy context (presenting contrasted energy challenges) show that, with the current energy policies implemented which result in a modest penetration of hydrogen into the energy system, hydrogen may achieve approximately 3% of the effort that needs to be done by the four regions, in order to limit the increase of the temperature to 2°C, compared to preindustrial levels. We highlight in this thesis that blending hydrogen with natural gas, and thereby avoiding methane leakages to a certain extent, may represent a significant contribution in achieving the carbon mitigation goals.The hydrogen market analysis has been carried out following two steps. First, each market (industrial and energy-related) was tackled aside in order to propose market entry costs considering the four energy contexts and investigate the timeframe of the market penetration potential. Then, the different hydrogen applications were examined within the overall energy system through the TIMES-PT model (for a Portugal case study), allowing to investigate the hydrogen potential for energy sector coupling. Based on this work, the markets attractiveness was evaluated: mobility (using fuel cell vehicles) appears to be the most favourable.Then, we tackled the required costs over the whole hydrogen supply chain in order to enter the mobility market.To do so, we used temporally and spatially resolved models (GLAES, EuroPower and InfraGis) starting with the production side where we studied the hydrogen potential role in providing the electricity system with flexibility and the impact of such electrolysis operation on the hydrogen generation costs in the context of high shares of renewable energies in France. Our results show that hydrogen can contribute to improve the flexibility of the electric system by allowing avoiding renewable curtailment (between 1.4 and 7.9 TWh depending on the interconnection capacity scenario) but also by taking advantage of nuclear plant available energy (thereby avoiding nuclear ramping), the latter ensuring a low carbon and low cost electricity provision. However, a special attention needs to be dedicated to the utilisation rate of the electrolyser, to keep the hydrogen production costs low enough.Last but not least, we focused on how to link the hydrogen production sites and its final use for mobility applications, the delivery infrastructure being a major issue hampering the hydrogen investments. Five transport and delivery pathways were geographically designed and economically assessed, for the French case. According to our findings, during the very first market penetration phases (1% scenario), it is more interesting to start with decentralised production that proved to be less expensive for the whole pathway at this stage.