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From design to exploitation?The integration of exploitation concerns of energy systems into the design of of urban projectsFacing negative feedback during the exploitation of sustainable urban projects, actors are increasingly integrating the operational concerns of energy systems into the design process. The research objective is to question the effects of this operational issues integration in the urban design process.Based on a case analysis, we show that the integration of operational concerns leads to changes in technical choices, energy objectives and the social organisation of design. There is a bifurcation of technical choices, following/after double-loop learning by the actors, where the objectives have to be revised during the design process in order to move forward. Indeed, reasoning in terms of exploitation leads to different design choices prioritising the quality of use and of provided services. In terms of design organisation, the integration of operational concerns does not question the hierarchical and linear rhythm of the organisation of the actors' activities. However, it does facilitate the affirmation of new actors such as the operators of energy and multi-service systems. More broadly, the research shows that the feedback from more than fifteen years of experience in the operation of sustainable districts contributes to an interprofessional learning process, which sedimentation produces new technical or design references and contributes to the renewal of professional cultures. In this way, the design activity is transformed. In particular, the analysis emphasises the importance of technical objects for consolidating the actors' learning, objects around which lessons and feedback crystallised.; Face aux retours d’expériences négatifs pendant l’exploitation des projets urbains durables, les acteurs se mettent à intégrer de plus en plus les préoccupations d’exploitation des systèmes énergétiques dans la conception. L’objectif de cette recherche est d’interroger les effets de cette intégration des enjeux d’exploitation sur le processus de conception urbaine. À partir d’une analyse de cas, nous montrons que l’intégration des préoccupations d’exploitation engendre des évolutions des choix techniques, des objectifs énergétiques et des paramètres de l’organisation sociale de la conception. On assiste à une bifurcation des choix techniques, suite à des apprentissages en double boucle des acteurs, où il s’agit de revoir les objectifs en cours de conception pour pourvoir avancer. En effet, raisonner en termes d’exploitation amène à réaliser des choix de conception différents priorisant la qualité d’usage et de services rendus. En matière d’organisation de la conception, l’intégration des préoccupations d’exploitation ne requestionne pas le rythme hiérarchique et linéaire d’organisation des activités des acteurs. Toutefois, cela facilite l’affirmation de nouveaux acteurs comme les exploitants des systèmes énergétiques et multi-services. Plus largement, la recherche montre que les retours d’expériences, de plus d’une quinzaine d’années autour de l’exploitation des quartiers durables, contribuent à un processus d’apprentissage interprofessionnel, dont les sédimentations produisent de nouvelles références techniques ou de projets, et participent au renouvellement des cultures professionnelles. De cette manière, l’activité de conception se transforme. L’analyse met notamment l’accent sur l’importance des objets techniques dans la consolidation des apprentissages des acteurs, des objets autour desquels se cristallisent les enseignements et les retours d’expériences.

Energy appears as a major issue in the face of the current socio-ecological crisis. Energy modelling can be used to explore the design and management possibilities of components and systems, and thus to discern solutions for the energy transition. However, historical energy modelling and the main current approaches are proprietary and lack transparency, although the emergence of open energy modelling is promising. This thesis introduces the practices, interests and obstacles of open energy modelling, before presenting the ORUCE (Open and Reproducible Use Cases For Energy) method, designed as a transferable process to make these practices accessible to researchers in the field. This method focuses in particular on use cases as good vectors for reproducibility and capitalising on knowledge. Actual use cases in contact with energy stakeholders are presented, on the topics of waste heat recovery and photovoltaic self-consumption, illustrating the variety of uses of the ORUCE method. Finally, a concept of a collaborative open energy modelling platform is presented. This concept was refined in a user experience inquiry, and the resulting platform aims to make energy studies and associated resources accessible to stakeholders in research, public authorities and citizen collectives., L’énergie apparaît comme un enjeu majeur face aux crises socio-écologiques en cours. La modélisation énergétique permet d’explorer les possibilités de conception et de gestion des composants et systèmes, et donc de discerner des solutions au service de la transition énergétique. Or la modélisation énergétique historique ainsi que les principales approches actuelles sont propriétaires et manquent de transparence, même si l’émergence de modèles énergétiques ouverts est prometteuse. Cette thèse introduit les pratiques, intérêts et freins de la modélisation énergétique ouverte, avant de présenter la méthode ORUCE (Open and Reproducible Use Cases For Energy), pensée comme un processus transférable pour rendre ces pratiques accessibles aux chercheurs du domaine. Cette méthode s’attache notamment aux cas d’étude comme bons vecteurs de capitalisation de la connaissance et de reproductibilité. Des cas d’étude concrets au contact des acteurs de l’énergie sont présentés, sur les thématiques de la valorisation de chaleur fatale et de l’autoconsommation photovoltaïque, illustrant la variété d’usage de la méthode ORUCE. Enfin, un concept de plateforme collaborative de modélisation énergétique ouverte est présenté. Ce concept a été affiné dans une enquête axée sur l’expérience utilisateur, et la plateforme qui en découle vise à rendre les études énergétiques et ressources associées accessibles aux parties prenantes au sein de la recherche, des autorités publiques et des collectifs citoyens.

The study of the place of renewable energy providing devices took in the satisfaction of preindustrial societies’ needs is very useful to understand what is at stake in the energetic transition debate. In order to address this question from a new perspective, and given that quite a few answers can be found on the scale of large cities, the present work aims at examining how those installations, and especially watermills and windmills contributed to satisfying the energetic demands of the metropolitan region of medieval Paris, which counted about 250,000 inhabitants in the early 14th century. Through a corpus of documents and images – most of which have never been previously published – it paints a qualitative, quantitative and relational picture of the Parisian energetic equipment and highlights its evolutions between the 13th and the 16th centuries, thus contradicting the idea of a fixed preindustrial energetic system. This work also studies the way energy providing represented a political and institutional issue, mobilizing numerous stakeholders., L’étude de la place des dispositifs de production d’énergie renouvelable dans la satisfaction des besoins des sociétés préindustrielles a beaucoup à apporter à la compréhension des enjeux du débat autour de la transition énergétique. Afin d’envisager de manière nouvelle cette question, à laquelle de nombreuses réponses se trouvent à l’échelle des grandes villes, le présent travail se propose d’examiner la manière dont ces dispositifs, et en particulier les moulins à eau et à vent, contribuèrent à satisfaire la demande énergétique de la région métropolitaine du Paris médiéval, comptant, à l’aube du XIVe siècle, environ 250 000 habitants. Grâce à un corpus de documents et d’images en grande partie inédit, il dresse un tableau qualitatif, quantitatif et relationnel de l’équipement énergétique de la capitale, et met au jour les évolutions qu’il connut entre le XIIIe et le XVIe siècles, démentant l’idée d’un système énergétique préindustriel figé. Il s'intéresse également à la façon dont l'approvisionnement en énergie et l'installation des infrastructures énergétiques ont constitué un enjeu politique et institutionnel mobilisant de nombreux acteurs.

International audience; : CONSTELLATION est un système électronique pédagogique. C’est un réseau de nœuds communicants.Chaque nœud est un système électronique embarqué intégrant les capteurs nécessaires à la caractérisation des grandeursphysiques clés d’un système à étudier. Les systèmes à étudier peuvent être de nature très diverses : habitat, bâtimenttertiaire, installation industrielle, site géographique, etc. Les grandeurs clés peuvent être de toute nature physique :thermique, mécanique, optique, électrique, magnétique, chimique, etc. Elles sont mesurées à une fréquence suffisantepour traduire correctement la physique en jeu dans le système étudié. CONSTELLATION permet de mesurer, recueillir,archiver et mettre à disposition de leurs utilisateurs ces mesures.Le concept CONSTELLATION offre l’opportunité d’être lui-même un objet pédagogique dans son étude, sa fabricationet sa mise en œuvre. Les données qu’il capitalise sont également un support d’étude. Ainsi, les électroniciens /informaticiens trouvent dans CONSTELLATION un support d’application de leurs enseignements et un moyen de lesmettre en pratique. Les utilisateurs des données produites par CONSTELLATION n’ont pas vocation à connaîtrel’électronique et l’informatique industrielle, ils sont physiciens (par exemple thermiciens), analyste de données ou encoreautomaticiens (superviseurs de systèmes de régulation). CONSTELLATION est pour eux une chaîne instrumentéedéployée leur donnant accès aux données expérimentales caractéristiques d’un système à modéliser ou à réguler.CONSTELLATION est alors un moyen de disposer des données permettant par exemple d’élaborer un modèle de calculnumérique de bâtiment tout autant que de valider les résultats fournis par ce modèle. CONSTELLATION est aussi unsupport pour l’apprentissage du triptyque mesure / régulation / contrôle d’un système énergétique et donnera une partiedes informations nécessaires pour en utiliser et faire évoluer les équipements.Ainsi CONSTELLATION amène à se rencontrer autour d’un projet commun des filières d’enseignement et d’études quihabituellement ne se côtoient pas.La première application de CONSTELLATION sera « CONSTELLATION EcoCampus ». Il sera déployé dans lebâtiment EcoCampus pour en caractériser les performances énergétiques et le confort de ses utilisateurs et donc fédérerles enseignements vers cet objectif. Le bâtiment EcoCampus est située dans la commune de Sainte-Tulle, 04220, Alpesde Haute Provence, France. Il a été bâti pour atteindre des performances énergétiques de haut niveau (certificationEnviroBat Bâtiment Durable Méditerranéen, niveau OR).CONSTELLATION EcoCampus sera un support pour l’enseignement des systèmes électroniques embarqués, del’instrumentation, de l’IOT et aussi de la physique liée au génie civil.Le support matériel choisi pour élaborer les nœuds de CONSTELLATION repose sur les cartes NUCLEO du fondeurSTMicroelectronics intégrant des processeurs ARM SMT32. Des cartes complémentaires spécifiques y sont associées.Elles ajoutent des fonctionnalités d’Interface Homme / Machine, d’instrumentation, de stockage et de transmissiond’informations. Les nœuds CONSTELLATION sont associés à un serveur de données et communiquent avec lui parliaison filaire (par exemple Ethernet) ou hertzienne (par exemple LoRa). CONSTELLATION est un outil pédagogiquevisant à partager les informations collectées entre ces utilisateurs. Pour ce faire, le serveur pourra être consulté à distancevia l’Internet. In fine, CONSTELLATION pourra être déployé dans plusieurs site en France, en Europe et dans le monde.Il permettra de partager les données caractéristiques des systèmes monitorés pour favoriser l’enseignement et laconnaissance

Performing global approach studies on buildings, which take into consideration both the envelope and the connected systems, lead to the complexity of models under study. Simulation of such models may lead to high computational time expenses. Usually, simplified or surrogate models instead of detailed ones are used to avoid this issue. A global approach based on the reduction of input data profiles rather than the model itself is a current case of interest. The approach evaluates annual performances of a model starting from a short simulation sequence of typical selected days instead of complete data profiles.After presenting and analyzing the methods used in the literature for typical day selection, the thesis presents a new iterative approach with an embedded grouping algorithm. The new algorithm, called TypSS (Typical Short Sequence) Algorithm, creates and enhances iteratively a short simulation sequence of typical days based on target criteria reflecting the annual performances of a model. The algorithm was applied on a detailed building model and led to much faster simulations while obtaining results of high correlation with the reference ones. Results were also compared to an iterative and a clustering approach used for day selection and its potential was noticed. The approach also showed its efficiency when generalized, and a sensitivity analysis on its input parameters was performed to evaluate its sensitivity to initial inputs imposed by operators.Finally, the reduced sequence was used in a heavy multi-objective optimization study by NSGA-II. An adaptive strategy for optimization employing reduced sequences named OptiTypSS was introduced comparing the obtained results to an adaptive metamodel based approach. The method succeeded in obtaining optimal results very close to the ones from a reference full year simulation requiring less heavy simulations (30 for the metamodel approach while 9 for OptiTypSS). On the other hand computational time taken by the proposed strategy was higher than the one of metamodel due to the time consumed in the day selection process which could be enhanced in future work., Les approches holistiques en modélisation des bâtiments sont des démarches globales considérant les fortes interactions entre l’enveloppe, les systèmes, l’environnement et les usagers. Par contre, ils sont très pénalisants en temps de calcul du fait de l’utilisation de modèles détaillés en régime dynamique et de périodes simulées longues. Dans ce contexte, la réduction du temps de calcul est un véritable défi pour les études holistiques. La démarche classique utilise les méta-modèles ou des modèles réduits. La thèse explore une autre voie basée sur la réduction de la période simulée au lieu du modèle lui-même. L’objectif est de définir une séquence de jours suffisamment courte pour déterminer avec le modèle dynamique complet les performances qui sont ensuite extrapolées à l’année complète. Cela permettrait ainsi de développer une approche méthodologique plus rapide et plus accessible pour la conception des bâtiments. Après avoir présenté et analysé les méthodes utilisées dans la littérature, la thèse présente une nouvelle approche itérative intégrant un algorithme de regroupement. Le nouvel algorithme, appelé TypSS (Typique Short Sequence) Algorithme, crée et améliore de manière itérative une séquence courte de jours typiques basée sur des critères de sélection reflétant les performances annuelles d'un cas d’étude. L'algorithme a été appliqué sur un modèle de bâtiment détaillé et a conduit à des simulations beaucoup plus rapides tout en obtenant des résultats très proches des résultats annuels. Les résultats ont également été comparés à une approche itérative et de regroupement utilisées pour la sélection de jours et son potentiel a été remarqué. L'algorithme a également montré son efficacité lorsqu'elle est généralisée. Une analyse de sensibilité sur les paramètres d'entrée a été réalisée pour évaluer la sensibilité aux paramètres devant être fixés par un utilisateur. Enfin, la séquence réduite a été utilisée dans une étude d'optimisation multicritères par NSGA-II. Une approche adaptative d'optimisation utilisant des séquences réduites nommée OptiTypSS est introduite en comparant les résultats obtenus à une approche adaptative basée sur le métamodèle. La méthode a permis d'obtenir des résultats très proches des individus optimaux obtenus à partir de simulations sur une année complète. D'autre part, le temps de calcul pris par la stratégie proposée était plus élevé que celui du métamodèle en raison du temps consommé dans le processus de sélection du jour. En conséquence, elle pourrait être amélioré dans les travaux futurs.

Avec les réglementations thermiques récentes RT 2012 et à venir RT 2020, l'eau chaude sanitaire devient un poste de consommation de plus en plus important et peut représenter jusqu'à 50\% de la consommation totale du bâtiment en énergie finale. Dans cette étude, une optimisation multicritère est appliquée à un système de production d'eau chaude sanitaire composé d'un chauffe-eau thermodynamique couplé à un stockage par chaleur sensible. L'eau du ballon est chauffée par une pompe à chaleur (PAC) via un échangeur à plaques. La source froide utilisée par la PAC est issue de la récupération de chaleur sur l'air extrait d'un logement de type collectif. Un modèle réduit, validé expérimentalement à l'aide d'un banc d'essai développé au laboratoire IUSTI, est utilisé pour simuler dynamiquement le système. Ce modèle permet de prendre en compte la variabilité du besoin en considérant des profils temporels de puisage d'eau chaude dans le ballon. Les paramètres importants identifiés pour le système sont la forme du puisage pour une consommation journalière donnée et deux variables de régulation. Ces variables de régulation permettent le déclenchement de la PAC soit à partir d'une hauteur de thermocline dans le ballon, soit à partir d'un temps de délai défini avant le pic de puisage du soir. Une optimisation, utilisant des algorithmes génétiques, permet alors d'identifier les jeux de paramètres qui permettent de maximiser à la fois le coefficient de performance du système et la part d'énergie renouvelable potentielle d'origine photovoltaïque. On tient compte en parallèle des contraintes de fourniture du besoin d'eau chaude et de traitement thermique d'élimination de la légionelle. Une méthode d'aide à la décision TOPSIS sélectionne ensuite les paramètres optimaux depuis le front de Pareto généré par l'optimisation. Afin de confirmer la pertinence de la démarche, un plan d'expérience est établi numériquement puis les résultats issus du modèle sont alors comparés à des résultats expérimentaux obtenus à partir du banc d'essai.

International audience

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., 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.

International audience; CONSTELLATION est un système électronique pédagogique. C'est un réseau de nœuds communicants. Chaque nœud est un système électronique embarqué intégrant les capteurs nécessaires à la caractérisation des grandeurs physiques clés d'un système à étudier. Les systèmes à étudier peuvent être de natures très diverses : habitat, bâtiment tertiaire, installation industrielle, site géographique, etc. Les grandeurs clés peuvent être de toute nature physique : thermique, mécanique, optique, électrique, magnétique, chimique, etc. Elles sont mesurées à une fréquence suffisante pour traduire correctement la physique en jeu dans le système étudié. CONSTELLATION permet de mesurer, recueillir, archiver et mettre à disposition de leurs utilisateurs ces mesures.

This thesis contains a selection of post-doctoral articles and is structured in two parts. The first part analyses the policies of climate change and their impacts on growth; the second one analyses the decarbonisation of the power mix, characterised by a high share of intermittent and renewable energies (wind and solar).Part 1: Climate Policy and GrowthThe first chapter assesses the economic consequences of the European policy on Climate-Energy. This assessment is undertaken using the NEMESIS macro-econometric model. The results of this chapter draw an integrated vision of the energy future of Europe. The conclusions are the following. First, the implementation of this European policy should have a weak cost in terms of GDP, which may even be negative depending on how revenues from carbon emissions allowances are spent by governments. Second, significant gains could be made for consumers if this spending increases their disposable incomes. Employment could also be strongly stimulated if the spending of auctions revenues reduces the cost of labour, which would also stimulate household demand and exports of new low-carbon technologies; these results would validate a win-win effect with more jobs and more quality of environment. In the end the application of the principle of solidarity in Europe would allow the Climate-Energy package to be a real opportunity for growth and employment in the EU, in particular for those countries whose GDP is below the European average, such as Romania and Poland which are also carbon-intensive economies.In the second chapter we question the assumption of endogenous growth insofar as the existence of the win-win effect in the NEMESIS model is mainly dependent on long-term effects of R&D investments. We show that the win win is in fact based on the strong assumption of non-decreasing marginal returns to knowledge in the production of innovations. Indeed, the unitary yield leads to increasing returns to scale in the economy when the final good is produced according to a constant-returns-to-scale technology. If on the contrary the production of innovations is subject to strictly decreasing marginal returns (semi-endogenous growth regime), then the rate of growth of production becomes exogenous in the long term and no win-win effect is possible.Part 2: Towards a Carbon-Free and Flexible Power MixThe third chapter deals with photovoltaic energy and its optimal integration in an electrical system despite the variability of this technology. We first develop a multicriteria optimisation methodology to simulate a real system made up of different technical possibilities from solar energies and storage batteries. We then carry out a benchmark of international policies in support of photovoltaic energy. Given the well-known issues of overcapacity, we question the effectiveness of various public subsidies to photovoltaic energy in different countries. We compute and compare the cumulative cost of different policies to promote photovoltaic energy, as well as the proportions between these costs, for the selected countries.The fourth chapter analyses the necessary conditions and limiting factors for an industrial development of the future Generation four of nuclear reactors. Around thirty scenarios are identified through a structural analysis method - resulting in a Chart of direct influences and dependences - after a statistical treatment of cross-data from surveys and interviews of experts. In the end only three scenarios prove favourable to future nuclear power, and there are several messages relating on the one hand to the role of R&D policy in the short/medium term, and on the other hand the effect of competition between technologies in a longer term.In the last chapter, we study the complementarity between nuclear energy and renewable energies (wind and solar). Indeed, as France wishes to increase the share of renewable energy in the existing electric mix characterised by a high share of nuclear power, we have found necessary to study the flexibility of nuclear power as part of the solution of balancing of supply and demand in real time. The methodology used here involves the construction of scenarios which are functions of the level of penetration of renewables into the power mix, integrating the future constraints of the French nuclear fleet as described in the French Act. This fifth chapter shows that the size of the French nuclear reactor fleet could allow production to vary considerably by making small increments in each plant. We show that incentives (carbon tax, etc.) are necessary for nuclear power to play a competitive role as back-up technology, in relation to gas-fired power plants, as the flexibility offered by nuclear power is still limited for technical and economic reasons. Finally in order to better reconcile the divergent economic objectives between the operators of nuclear power plants and the social planner, we are exploring an original solution to develop new products such as hydrogen production for the future sustainable mobility market.; Ce mémoire d’HDR regroupe une sélection de recherches post-doctorales qui se structure autour de grandes deux parties : D’une part, l’étude des politiques en faveur de la lutte contre le dérèglement du climat et leur impacts sur la croissance ; D’autre part, l’étude des mix électriques décarbonés, caractérisés par une part élevée d’énergies renouvelables intermittentes ou variables (éolien et solaire).Partie 1 : Politiques climatiques et croissance économiqueLe premier chapitre du mémoire porte sur l’évaluation des conséquences économiques de la politique européenne en matières de climat-énergie. Cette évaluation est réalisée à partir du modèle macro-économétrique NEMESIS. Les résultats de ce chapitre dessinent ensemble une vision intégratrice du futur énergétique de l’Europe. Tout d’abord, la mise-en-œuvre de la politique européenne devrait avoir à moyen-terme un coût limité en terme de PIB pour l’UE, lequel pourrait même être négatif en fonction de la réaffectation dans l’économie des revenus tirés des enchères des quotas carbones. Des gains significatifs pourraient être obtenus par les consommateurs si cette réaffectation permettait d’augmenter leurs revenus disponibles. L’emploi pourrait aussi être fortement stimulé si la réaffectation des revenus tirés des enchères permet une réduction du coût du travail qui stimulerait par ailleurs la demande des ménages et les exports de technologies nouvelles bas-carbone : ces résultats valideraient un double-dividende emploi-environnement. L’application du principe de solidarité en Europe pourrait permettre au paquet climat-énergie d’être une opportunité pour la croissance et l’emploi dans l’UE, notamment pour les Etats dont le PIB est sous la moyenne européenne comme la Roumanie et la Pologne qui sont aussi des économies intensives en carbone.Dans un deuxième chapitre, nous interrogeons l’hypothèse de croissance endogène dans la mesure où l’existence du double-dividende dans le modèle NEMESIS dépend principalement de l’existence d’effets à long terme des investissements en RD. Nous montrons que le double-dividende repose sur l’hypothèse forte d’un rendement du stock de connaissance unitaire dans la production des innovations. En effet, le rendement unitaire entraine des rendements d’échelle croissants dans l’économie quand la production du bien final se fait à rendement constant. Si au contraire la production des innovations est soumise à un rendement du stock de connaissance inférieur à l’unité (régime dit de croissance semi-endogène), alors le taux de croissance de la production devient exogène à long terme et le double-dividende est impossible.Partie 2 : Vers des mix électriques décarbonés et flexiblesLe troisième chapitre porte sur l’énergie photovoltaïque (PV) et son intégration optimale dans un système électrique malgré la variabilité de cette technologie. Nous développons d’abord une méthodologie d’optimisation multicritères permettant de simuler un système réel composé de différentes possibilités techniques en matière de PV et de batteries de stockage. Nous réalisons ensuite un benchmark des politiques internationales en matière de soutien au PV. Etant donné les problèmes de surcapacités observés, nous nous interrogeons sur l'efficacité des différentes aides publiques au PV, dans différents pays. Méthodologiquement, nous calculons et comparons pour les pays sélectionnés le coût cumulatif des différentes politiques visant à promouvoir le PV, ainsi que les proportions entre ces coûts.Le quatrième chapitre analyse ensuite les conditions nécessaires et les facteurs limitatifs pour un développement industriel des futurs réacteurs nucléaires de génération quatre. Une trentaine de scénarii sont identifiés à travers une méthode d’analyse structurelle, aboutissant au graphique des influences directes et des dépendances, après un traitement statistique de données croisées à des résultats d’enquêtes et d’interviews semi-directifs d’experts. Au final seulement trois scénarii s’avèrent favorables au nucléaire de génération quatre et il apparaît plusieurs messages relatifs, d’une part, au rôle du politique en matière de RD à court/moyen terme et, d’autre part, à l’effet de la concurrence entre technologies à plus long terme.Nous étudions dans le cinquième et dernier chapitre les complémentarités entre nucléaire et renouvelables (éolien et solaire). En effet, dès lors que la France souhaite augmenter la part des énergies renouvelables variables dans un mix électrique se caractérisant par une part élevée de nucléaire, il nous est apparu nécessaire d’étudier la flexibilité du nucléaire comme faisant partie de la solution permettant d’équilibrer offre et demande électrique en temps réel. La méthodologie retenue implique la construction de scenarii fonctions du niveau de pénétration des renouvelables dans le mix électrique, intégrant les contraintes futures du parc nucléaire français, telles que décrites dans la loi française. Ce cinquième chapitre fait apparaître que la taille de la flotte française de réacteurs nucléaires pourrait permettre à la production de varier considérablement en effectuant de petits incréments dans chaque centrale. Nous montrons que des incitations de type taxe carbone notamment sont nécessaires pour que le nucléaire joue le rôle de back-up de façon compétitive face aux centrales à gaz, puisque la flexibilité offerte par le nucléaire est tout de même limitée pour des raisons techniques et économiques. Enfin, pour concilier au mieux les objectifs économiques divergents entre opérateurs des centrales nucléaires et planificateur social, nous explorons une solution originale consistant à développer de nouveaux produits, comme la production d’hydrogène à destination du futur marché de la mobilité durable.

Ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches porte sur les systèmes énergétiques et les recherches qui ont été menées depuis près de 20 ans afin de mieux les représenter, les améliorer voire les optimiser. Après un rappel du parcours de l’auteur, une première partie est dédiée à la prospective des systèmes énergétiques. À travers deux domaines d’application, les énergies renouvelables et l’industrie, on montre comment modéliser puis optimiser un secteur pour qu’il réponde à l’évolution de la demande en énergie tout en minimisant le coût global actualisé du système considéré. La deuxième partie est consacrée à l’évolution des techniques de modélisation et de contrôle des systèmes énergétique avec l’avènement des moyens de mesure de plus en plus nombreux. L’application aux bâtiments résidentiels et tertiaires illustre la mise en œuvre de méthodes de data science maintenant applicables au secteur grâce à la disponibilité en masse de données d’évolution des variables pertinente agissant sur le comportement énergétique des systèmes considérés.

The building sector is forced to reduce its energy consumption in a context of high energy prices and global warming. Proper control of building energy systems can be an important lever to move towards this goal. The main goal of this work is to obtain small size buildings models in order to use it in a controller to improve energy management. The inputs of these models are fed in real-time with available measurements on site. A demonstration building at the IUT Civil Engineering and Sustainable Construction of Bordeaux serves as experimental support for the project. This work consists of four parts. The first one is to make lightweight models based on the electrical analogy and state-space representation to describe the dynamics of the building on upcoming days. The second part concerns the instrumentation of the building because short measurement campaigns are carried out to identify the model parameter values to minimize the gap between model output and measurement. Some sensors are then used for energy management of the building; thus this work also raise the question of the minimum set of sensors. The third address the characterization of the systems used to control air temperature. For an optimal control logic we must be able to link the effect of the command on the interest variable (air temperature). The demonstration building includes two heating systems : floor heating system (FHS) and fan coil units (FC). A dual flow air handling unit (AHU) is used for air renewal. The last part concerns energy management with the use of a predictive controller boarding one of the identified models. This project intends to anticipate the control of long time response capacitive systems as floor heating through knowledge of future disturbances on a prediction horizon of a few hours (occupation, weather). A reactive control is ensured by the fan coil units. Predictive management is compared to more conventional management strategies in simulation and on-site with the demonstrator building. The originality of this work is to propose a method for the establishment of a full control loop (controller/sensor/actuator) and demonstrate an interest in the predictive management of long response time systems in the building sector., Dans un contexte de raréfaction des énergies à bas coût et de lutte contre le changement climatique, le secteur du bâtiment est contraint à des objectifs de diminution de ses consommations d'énergie. Un contrôle adapté des systèmes énergétiques du bâtiment peut constituer un levier important pour tendre vers cet objectif. Le but premier de ces travaux est la construction de modèles de faibles dimensions afin de pouvoir les embarquer dans un contrôleur pour améliorer la gestion énergétique. Ces modèles doivent être capables de s’enrichir des mesures disponibles sur site. Un bâtiment démonstrateur situé à l'Institut Universitaire de Technologie Génie Civil Construction Durable de Bordeaux sert de support au projet. Ce travail se décline en quatre volets. Le premier concerne la modélisation puisque des modèles légers basés sur l'analogie électrique et la représentation d'état sont proposés afin de décrire la dynamique du bâtiment sur un horizon de contrôle de quelques jours. Le deuxième volet concerne l'instrumentation du bâtiment puisque des campagnes de mesures courtes sont réalisées afin d'identifier les valeurs des paramètres du modèle de façon à minimiser l'écart modèle-mesure. Certains capteurs servent par la suite pour la gestion énergétique du bâtiment ; ces travaux posent donc également la question du jeu minimal de capteurs. Le troisième volet concerne la caractérisation des systèmes servant à piloter l'ambiance puisque dans une logique de contrôle optimal il faut être capable de relier l'effet de la commande sur la grandeur d'intérêt (température de confort). Le bâtiment démonstrateur comprend deux systèmes de chauffage : un plancher chauffant et des ventilo-convecteurs ainsi qu'une centrale de traitement d'air double flux pour le renouvellement d'air. Le dernier volet concerne la gestion énergétique avec l'utilisation d'un contrôleur prédictif embarquant l'un des modèles identifiés. Ainsi l’objectif est de chercher à anticiper le pilotage d'un système capacitif à long temps de réponse, tel que le plancher chauffant, grâce à la connaissance des perturbations futures (occupation, météo) sur un horizon de prédiction de quelques heures. Un contrôle réactif est assuré par les ventilo-convecteurs en appoint. La gestion prédictive est comparée à des stratégies de gestion plus classiques en simulation et in situ avec le bâtiment démonstrateur. L'originalité de ces travaux est de proposer une démarche pour la mise en place d'une boucle de contrôle complète (contrôleur/capteur /actionneurs) et de montrer s'il existe un intérêt à la gestion prédictive de systèmes à long temps de réponse dans le domaine du bâtiment.

http://authors.elsevier.com/a/1TVUC3QCo9JMWa free till september 25th; International audience; Urban and energy transitions are increasingly seen as being deeply intertwined. The way this relation impacts our approach to energy transition is a current issue for research. Implementing renewable energy sources in built-up areas challenges incumbent supply chains and large technical systems, especially for electricity, gas and heat. Approaches to transition such as the Multi-Level Perspective (MLP) highlight the transformation of socio-technical regimes but have been criticised for overstating stability of regime and for overlooking spatial (and consequently urban) processes. Other concepts are required in order to understand local and non-local relationships between niches and regimes. This paper suggests a constructivist and pragmatic concept for urban energy transition, the Socio-Energetic Node (SEN), thanks to which actors and artefacts can be traced within energy networks. The SEN is a group of elements, which collects, converts and/or supplies energy, built by a decision-maker interacting with stakeholders and regime rules. Having identified SENs in four French eco-districts, we observed how they took shape around continuous energy flows and across decision-making boundaries, highlighting how spatial-scale and place-specificity impact on energy transition.

International audience; La diffusion des solutions permettant de répondre aux enjeux du développement durable, à l’instar de la transition énergétique, reste insuffisante. Elle reste cantonnée à des monographies, le plus souvent d’expérimentations, dont il est difficile de tirer des enseignements généraux. La littérature récente suggère l’adoption d’une approche en termes de modèles d’affaires (Boons et Lüdeke-Freund, 2013; Bocken et al., 2014). Le projet de recherche Nexus a permis de mettre en oeuvre cette approche afin de qualifier les modalités de coordination de l’énergie dans les projets urbains novateurs. Après avoir rappelé les fondamentaux des modèles d’affaires, ce chapitre présente leur application au cas de de l’écoquartier de Bonne et d’IssyGrid. Il en résulte une typologie des modèles d’affaires des acteurs pour la transition énergétique, la mise en avant de leur dimension collective et les multiples dimensions de la valeur créée par et pour ces acteurs – bien au-delà de la valeur économique.

In many European cities, heat demand remains mostly supplied by individual fossil fuel boilers, contributing to an inefficient and non-sustainable energy system. In order to decrease the fossil fuel consumption in the heating sector, an improvement of energy efficiency and an increase of renewable energy use must be achieved. This study assesses and compares the impacts of implementing different heat strategies regarding both demand and supply side of the heating system, through a case-study in the city of Geneva, Switzerland. Different heat scenarios for 2035 were developed, based on an input/output hourly energy system model which ensures the matching between heat demand and energy resources. This model is coupled with spatial data that enable to identify the areas where district heating could be developed. The results show the impacts of the different strategies regarding the energy supply, the CO2 emissions and the related socio-economic costs. The findings demonstrate the importance of district heating networks, which offer the possibility to use local heat sources that otherwise would be unused due to technical, spatial or economic constraints. Compared to a scenario essentially focused on very high energy savings in buildings, a more flexible scenario, combining district heating expansion and a smaller reduction in heat demand, enables to achieve the same reductions in fossil fuel consumption and CO2 emissions, but with lower socio-economic costs.

The energy systems describe a class of systems whose from structural and functional characteristics raise the problem of the energy distribution to satisfy the services in real time. The solution of this multi-objectives problem, namely energetic, is the energy management strategy, whose design is still an open problem. The solutions studied in this thesis are incorporated in the framework of an industrial partnership and particularly in those systemic design approaches. The first contribution is a methodology of modular and generic design of the energy management strategy, for the multi- clients and multi-sources systems. It defines two types of functional elements: the clients and the sources, interacting through a node, which is the carrier of thestrategy. The second contribution deals with thegeneric formulation of the strategy and itssimplification by means of decomposition in accordance with two problems: the hybridization of sources and the competition of clients, which a real ready known in the literature. The third contribution is partial to the selection of innovative or existing algorithms, which are compatible with a real-time target to execute the strategy. Finally, the energy strategy of a refrigerated truck with a hybrid energy architecture is designed by the proposed modular approach, and the algorithm feasibility is validated by the simulation.; Les systèmes énergétiques désignent une classe de systèmes dont les spécificités structurelles et fonctionnelles posent la question de la distribution de l’énergie, en temps réel, pour satisfaire des services. Cette problématique multi-objectifs, nommée énergétique, a pour solution une stratégie de gestion,dont la conception représente un problème ouvert. Les verrous étudiés dans cette thèse s’inscrivent dans le cadre d’un partenariat industriel et en particulier celui des démarches de conception systémique. Trois contributions sont apportées. La première est une méthodologie de conception modulaire et générique de la stratégie énergétique, pour les systèmes multi-clients et multi-sources. Elle définit deux types d’éléments fonctionnels : les clients et les sources, interagissant par le biais d’un nœud, porteur de la stratégie. La seconde traite la simplification de la stratégie par une décomposition selon deux problématiques déjà connues de la littérature : l’hybridation de sources et la concurrence de clients. La troisième porte sur la sélection d’algorithmes novateurs ou existants, compatibles avec une cible temps réel, pour exécuter la stratégie. Enfin, la stratégie énergétique d’un camion frigorifique disposant d’une architecture énergétique hybride série est conçue par notre approche modulaire, et la faisabilité algorithmique est validée en simulation.

At the time where one can think that some progress will result from the 21st International conference on climate change, known as COP21, which will be held in Paris in December 2015, it is perhaps not without interest to revisit at least the story of the first industrial revolution in England. Historians, for the most part, date it from the middle of the 18th century, around 1750 or 1760. They associate, with this phenomenon, the development of the steam engine, which enabled the massive mechanization of many activities. Few historians, however, were interested specifically in substitution, as fuel, coal instead of wood. This has led to a new energy system, change often qualified as energy transition.This started around the middle of the 13th century in England, and lasted at least five centuries, and a little more on the Continent. In fact, the path taken during this first fork is still used, even if other extractive sources of energy were added to coal (in chronological order: oil, gas, uranium, shale gas).History, they say, does not repeat itself. But how do we know where to go if we don't know where we come from? What can teach us for the future what has happened nearly five centuries, at the junction between the use of wood and coal, which opened de path to intensive use of extractive energy sources?; Au moment où on peut penser que quelques avancées résulteront de la 21e conférence internationale sur les changements climatiques, dite COP21, laquelle se tiendra à Paris en décembre 2015, il n’est peut-être pas sans intérêt de revisiter à tout le moins l’histoire de la première révolution industrielle survenue en Angleterre. Les historiens, pour la plupart, datent celle-ci du milieu du XVIIIe siècle, vers 1750 ou 1760, Ils associent à ce phénomène le développement de la machine à vapeur, ayant permis la mécanisation massive de nombreuses activités. Peu d’historiens, cependant, se sont intéressés spécifiquement à la substitution, en tant que combustible, du bois par le charbon. Cela a conduit à un nouveau système énergétique, changement qualifiée souvent de transition énergétique. Celle-ci a commencée vers le milieu du XIIIe siècle en Angleterre, et a duré au moins cinq siècles, et un peu plus sur le Continent. En fait, le chemin emprunté lors de cette première bifurcation l’est encore de nos jours, puisque d’autres sources extractives d’énergie se sont ajoutées au charbon (dans l’ordre chronologique : pétrole, gaz, uranium, gaz de schiste).L’Histoire, on le dit, ne se répète pas. Mais comment savoir où aller si on ne sait pas d’où l’on vient ? Que peut nous apprendre pour l’avenir ce qui s’est produit il y a près de cinq siècles lors de la bifurcation, avec le charbon, vers les sources extractives d’énergie ?

At the time where one can think that some progress will result from the 21st International conference on climate change, known as COP21, which will be held in Paris in December 2015, it is perhaps not without interest to revisit at least the story of the first industrial revolution in England. Historians, for the most part, date it from the middle of the 18th century, around 1750 or 1760. They associate, with this phenomenon, the development of the steam engine, which enabled the massive mechanization of many activities. Few historians, however, were interested specifically in substitution, as fuel, coal instead of wood. This has led to a new energy system, change often qualified as energy transition.This started around the middle of the 13th century in England, and lasted at least five centuries, and a little more on the Continent. In fact, the path taken during this first fork is still used, even if other extractive sources of energy were added to coal (in chronological order: oil, gas, uranium, shale gas).History, they say, does not repeat itself. But how do we know where to go if we don't know where we come from? What can teach us for the future what has happened nearly five centuries, at the junction between the use of wood and coal, which opened de path to intensive use of extractive energy sources?; Au moment où on peut penser que quelques avancées résulteront de la 21e conférence internationale sur les changements climatiques, dite COP21, laquelle se tiendra à Paris en décembre 2015, il n’est peut-être pas sans intérêt de revisiter à tout le moins l’histoire de la première révolution industrielle survenue en Angleterre. Les historiens, pour la plupart, datent celle-ci du milieu du XVIIIe siècle, vers 1750 ou 1760, Ils associent à ce phénomène le développement de la machine à vapeur, ayant permis la mécanisation massive de nombreuses activités. Peu d’historiens, cependant, se sont intéressés spécifiquement à la substitution, en tant que combustible, du bois par le charbon. Cela a conduit à un nouveau système énergétique, changement qualifiée souvent de transition énergétique. Celle-ci a commencée vers le milieu du XIIIe siècle en Angleterre, et a duré au moins cinq siècles, et un peu plus sur le Continent. En fait, le chemin emprunté lors de cette première bifurcation l’est encore de nos jours, puisque d’autres sources extractives d’énergie se sont ajoutées au charbon (dans l’ordre chronologique : pétrole, gaz, uranium, gaz de schiste).L’Histoire, on le dit, ne se répète pas. Mais comment savoir où aller si on ne sait pas d’où l’on vient ? Que peut nous apprendre pour l’avenir ce qui s’est produit il y a près de cinq siècles lors de la bifurcation, avec le charbon, vers les sources extractives d’énergie ?

National audience; Lorsque nous avons proposé, en réponse à un appel à projet de l'ADEME en 2011, d'analyser la coordination de l'énergie dans les écoquartiers, nous étions loin d'imaginer que ce thème était peu abordé tant dans les travaux de recherche que dans la littérature grise. Certes, beaucoup de projets de R&D technologiques étaient déployés dans des configurations de type écoquartier en France. Certes, de nombreuses publications portaient sur les écoquartiers et quelques-unes concernaient leur fabrique (Charlot-Valdieu & Outrequin 2009; Souami 2009; Renauld 2012). Plus récemment, la performance énergétique effective des bâtiments habités dans les écoquartiers a émergé comme un des thèmes fédérateurs d'une sociologie de l'énergie renouvelée. Cependant, très peu de publications abordaient conjointement les différentes dimensions de l'énergie dans les espaces urbanisés : la production, la consommation et la distribution ; aucune ne traitait de la gestion des intermittences et du stockage de l'énergie dans les écoquartiers.

National audience; Cet article présente un état de l’art des technologies mobilisant des énergies renouvelables en milieu urbanisé ou gérant l'énergie à l'échelle d'un quartier ou d'un îlot. Outre un panorama des technologies utilisées dans les écoquartiers européens, il présente les systèmes techniques susceptibles d'être assemblés pour former les chaînes énergétiques qui distribuent l'énergie dans les espaces urbanisés. Chaque système technique fait l'objet d'une fiche détaillée conçue pour être compréhensible par des non-technologues portant sur le principe de fonctionnement, les performances technico-économiques et les conditions d'intégration dans les chaines énergétiques.

Ce texte a été écrit à la demande du Décanat de la Faculté des Sciences de l'Université de Genève afin de préciser le concept de « retour d'expérience » appliqué aux systèmes énergétiques. Ce concept est à la base des travaux effectués par le Groupe Systèmes Energétiques depuis 1978.

The transition concept seems to characterize all works done during the IdT master. The first part talk about this concept issues and French and European legislations. The second part explain internship environment. The third one shows different notes. The fourth one is like an overview about last two years., Le présent stage s’inscrit dans un programme de recherche financé par le Conseil Français de l’Énergie (CFE) et porté par Enerdata qui s’est entouré de plusieurs compétences dans différentes disciplines. Le programme IDEE vise à mieux appréhender le développement et la gestion de la production décentralisée d'énergie au niveau local en Europe, ainsi que ses conséquences sur l’ensemble du système énergétique. Ce phénomène nécessite une analyse approfondie de ses ressorts et modalités dans le but de faire évoluer les modèles énergétiques et d'évaluer de façon quantitative ses incidences sur l'ensemble du système énergétique.

Finalités : - mettre en lumière les champs du possible en matière de stockage et de lissage des intermittences aux échelles de l'ilot et du quartier en mobilisant les dimensions technologiques, sociologiques, économiques, urbaines et politiques - proposer des scénarios cohérents de coordination de l'énergie et de stockage infra-urbain selon des hypothèses de régulation institutionnelle, politique et économique, nationales et locales à l'horizon 2040

A successful energy transition will depend not only on the development of new energy technologies, but also on changes in the patterns of individual energy-related decisions and behaviors resulting in substantial reductions in energy demand. Across scientific disciplines, most theoretical approaches that try to understand energy-related decisions and behaviors focus mainly on cognitive processes, such as computations of utility (typically economic), the impact of cognitive heuristics, or the role of individual beliefs. While these models already explain important aspects of human decisions and behavior in the energy domain, we argue that an additional consideration of the contributions of emotional processes may be very fruitful for a deeper understanding of the issue. In this contribution, we outline a theoretical perspective on energy-related decisions and behaviors that integrates emotions, elicited by a cognitive-affective appraisal of the relevance of a situation, into a response system driving adaptive decisions and behaviors. We empirically investigate the explanatory power of the model variables to predict intentions to reduce energy use, demonstrating that the appraisal-emotion variables are able to account for additional variance that is not explained by two established models focused on cognitive processes (Theory of Planned Behavior and Value-Belief-Norm Theory). Finally, we discuss how the appraisal-emotion approach may be fruitfully integrated with other existing approaches and outline some questions for future research.

This paper focuses on the monitoring and the analysis of the recent connection between the two largest district heating networks in Geneva, Switzerland. Each network has its own owner, operator and type of supply. Before the connection, one was supplied by gas boilers and the other by the municipal waste incineration combined heat and power (CHP) plant. The connection aims at improving heat recovery from the CHP. In this paper, the overall district heating system is analyzed by a systemic approach where both supply and demand side for thermal energy is studied, as well as its impact on the electrical energy production. Based on actual hourly data, an analysis of the resource availability, heat and power production and load profile is made. An input-output model of the system is developed in order to evaluate the heat recovery potential and elaborate scenarios regarding future district heating extensions and buildings refurbishment. Considering the present heat demand profile and waste availability, heat recovery from the waste incineration plant could increase from 142 to 233 GWhth thanks to the connection. Network extensions could increase it to near 300 GWhth even if a share of the heat demand is reduced by energy saving measures.

This thesis is dealing with the reality of an environmental utopia of cooperation between Nature and Technique in the energy sector, in the renewables in the United-Kingdom and in the nuclear energy in France. In a first part, we have established that energy systems, through cooperation projects between Nature and Technique, offered an interesting map of the competition, and more and more of the cooperation, between Nature and Technique in the studied discourses and practices, and especially in France. The second part of this work was about to show to what extent any resistances to these visions of Nature and Technique were stronger in France rather than in the United-Kingdom, because the se visions, as we have seeing in the first part, were more explicit in France. In the last part of this research, the aim was to demonstrate to what extent these representations of Nature and Technique cooperating meant the meeting of technological ideologies, belonging to the energy field, and of utopian visions of environment. We managed to show that, in the United-Kingdom, this utopian vision of the environment was more understood as a chance for energy actors in a project of a wave power plant, instead of France, where these utopian visions of the environment were a threat for the technological ideology, embodied by the nuclear energy; Cette thèse interroge l'existence d'une utopie environnementale de coopération entre Nature et Technique dans le secteur de l'énergie, qu'il s'agisse d'énergie renouvelable au Royaume-Uni ou d'énergie nucléaire en France. Dans la première partie de ce travail, nous avons établi que les systèmes énergétiques, par le biais de projets de coopération entre Nature et Technique, offraient un tableau pertinent des concurrences, et de plus en plus des coopérations entre Nature et Technique dans les discours et les pratiques étudiés, et ce en France. La deuxième partie de ce travail a consisté à démontrer dans quelle mesure les résistances à ces visions de la Nature et de la Technique en coopération sont plus fortes en France qu'au Royaume-Uni, car ces visions en coopération, comme nous l'avons montré en première partie, sont plus explicitement présentes en France qu'au Royaume-Uni. Dans la dernière partie de cette recherche, l'objectif a été enfin de démontrer dans quelle mesure ces représentations de la Nature et de la Technique en coopération traduisaient la rencontre d'idéologies technologiques propres au champ énergétique et de visions utopiques de l'environnement. Nous avons donc réussi à démontrer qu'au Royaume-Uni, cette vision utopique de l'environnement était davantage saisie comme une opportunité pour les acteurs du projet de centrale houlomotrice, tandis qu'en France, cette vision utopique de l'environnement menaçait l'idéologie technologique incarnée par l'énergie nucléaire.

La raréfaction progressive des énergies fossiles, l'accroîssement générateur de changement climatique des émissions des gaz à effet de serre, ainsi que les impacts sanitaires et environnementaux des émissions polluantes, ont déjà modifié profondément les paradigmes des recherches en énergétique. Les systèmes énergétiques sont réexaminés et reconçus en vue d'améliorations radicales de leur efficacité énergétique et environnementale. D'autres critères essentiels comme les coûts, la compacité, l'étanchéité, la flexibilité et la contrôlabilité amènent à des développements nouveaux avec des niveaux d'intégration systèmes successifs. Les systèmes énergétiques qui nous intéressent se trouvent dans les bâtiments (isolation thermique, chauffage, rafraîchissement et ventilation) et dans les procédés industriels. Pour les systèmes moteurs, on les retrouvera dans les transports et dans la production d'énergie.Le champ d'investigation est donc, par définition, un champ large, multi-domaines, multi-compétences et qui doit donc être évalué en intégrant des caractéristiques systèmes.Pour cela, il est nécessaire d’avoir une approche système qui met en œuvre trois composantes essentielles :-la modélisation des systèmes ;-la caractérisation expérimentale des phénomènes ;-la conception innovante.Ces trois composantes interagissent ensemble permettant d’aboutir à des systèmes radicalement différents (contrairement à la démarche d’amélioration incrémentale) et répondant à l’objectif de l’efficacité énergétique et environnementale.Les travaux de recherche, synthétisés dans cette HDR, illustrent cette démarche multi-échelles alliant modélisation, optimisation et expérimentation.

National audience; Colloque inaugural de la Chaire Modélisation prospective au service du développement durable. L'inauguration de la Chaire Modélisation prospective, qui a eu lieu le 16 décembre 2008 à MINES ParisTech à Sophia Antipolis, a été l'occasion de réunir des spécialistes industriels et académiques des domaines énergie-climat. Ces experts, internationaux et nationaux, ont ainsi pu échanger leur vision prospective long terme de l'évolution des systèmes énergétiques et de la problématique carbone. Les responsables de la Chaire Modélisation prospective ont également montré leur détermination à se positionner et à constituer, avec les partenaires de la Chaire, une force vive visant à faciliter la prise de décisions dans les débats touchant aux enjeux scientifiques et technologiques liés à la double contrainte énergétique et climatique.

http://www.ensmp.fr/Presses/consultation.php?livreplus=120--col2; Le premier tome de ce livre propose une méthode d'apprentissage originale et simplifiée de la thermodynamique appliquée aux systèmes énergétiques, aujourd'hui utilisée dans plus de cent vingt écoles d'ingénieur et universités dans le monde. Ce troisième tome complète les deux précédents en présentant des cycles avancés, notamment à faible impact environnemental, et aborde de plus deux questions nouvelles liées à l'étude des systèmes fonctionnant en régime varié : la gestion temporelle de l'énergie, avec utilisation de stockages thermiques et pneumatiques et simulation temporelle (horaire par exemple) des systèmes (notamment à énergie solaire) ; les études de dimensionnement technologique et de fonctionnement en régime non nominal. Ce dernier sujet étant particulièrement difficile, de nouvelles fonctionnalités ont été implémentées pour l'essentiel en utilisant le mécanisme des classes externes, ce qui permet à un utilisateur de personnaliser autant qu'il le souhaite les modèles qu'il emploie. Ce tome est lui aussi illustré par une cinquantaine d'exemples de cycles modélisés avec Thermoptim, qui fournissent au lecteur des modèles dont il peut modifier à sa convenance la structure ou les paramètres pour effectuer des simulations diverses. Ce livre constitue le cours dispensé aux élèves de l'Ecole.

The traditional approach currently used to assess the economic interest of energy systems is based on a defined flow-sheet. Some studies have shown that the flow-sheets corresponding to the best thermodynamic efficiencies do not necessarily lead to the best production costs.A method called techno-economic optimisation was proposed. This method aims at minimising the production cost of a given energy system, including both investment and operating costs. It was implemented using genetic algorithms. This approach was compared to the heat integration method on two different examples, thus validating its interest. Techno-economic optimisation was then applied to different energy systems dealing with hydrogen as well as electricity production., 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. 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

The traditional approach currently used to assess the economic interest of energy systems is based on a defined flow-sheet. Some studies have shown that the flow-sheets corresponding to the best thermodynamic efficiencies do not necessarily lead to the best production costs.A method called techno-economic optimisation was proposed. This method aims at minimising the production cost of a given energy system, including both investment and operating costs. It was implemented using genetic algorithms. This approach was compared to the heat integration method on two different examples, thus validating its interest. Techno-economic optimisation was then applied to different energy systems dealing with hydrogen as well as electricity production.; 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. 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

http://www.ensmp.fr/Presses/consultation.php?livreplus=118--col2; Considérée jusqu'ici comme particulièrement difficile par des générations d'étudiants et d'ingénieurs, la thermodynamique appliquée aux systèmes énergétiques dispose désormais d'une méthode d'apprentissage originale et extrêmement simplifiée basée sur une reconception radicale de la pédagogie de la discipline et sur l'utilisation du progiciel Thermoptim, dont une version est téléchargeable gratuitement, et qui permet de modéliser très simplement les systèmes énergétiques. Ce premier tome montre comment il est ainsi possible de calculer des systèmes énergétiques même complexes sans écrire une seule équation ni programmer une ligne de code, et ceci tout en obtenant très facilement des résultats d'une grande précision. Quatre exemples préfigurent ceux qui seront traités de manière approfondie dans les tomes 2 et 3 : cycle de centrale à vapeur, cycle de réfrigération à compression de vapeur, turbine à gaz, installation de conditionnement d'air. Pour ceux qui toutefois souhaiteraient connaître et bien comprendre la théorie, ce tome présente en détail et de manière abordable les bases de la thermodynamique appliquée, les principes de conception des systèmes énergétiques et l'étude des composants et des transformations les plus utilisés (compressions, détentes, combustion, échangeurs de chaleur...). Ce livre constitue le cours dispensé aux élèves de l'Ecole.

International audience; Les technologies de l’information permettent de renouveler de manière radicale l’apprentissage et l’approfondissement d’une discipline scientifique et technique classique, considérée jusqu’ici comme particulièrement difficile par des générations d’étudiants et d’ingénieurs. Cet ouvrage montre comment il est aujourd’hui possible de calculer des systèmes énergétiques – même très complexes – sans écrire une seule équation ni programmer une ligne de code tout en obtenant facilement des résultats extrêmement précis. Une trentaine d’exemples de cycles thermodynamiques résolus avec le progicielThermoptim illustrent la méthode proposée. En moins de 250 pages, les lecteurs disposent des notions essentielles pour comprendre à la fois le fonctionnement des systèmes énergétiques assurant la conversion thermodynamique de la chaleur et la manière dont ils peuvent être modélisés. Même si certains de ces systèmes existent depuis plusieurs décennies, de nouveaux développements sont aujourd’hui nécessaires pour faire face aux défis du monde actuel, en particulier pour limiter les émissions de gaz à effet de serre et combattre le changement climatique. Cette méthode devrait susciter des vocations chez les jeunes ingénieurs et scientifiques désireux de mettre leurs compétences au service de la transition énergétique. L’essentiel de son contenu constitue par ailleurs le support de cours du MOOC Conversion Thermodynamique de la Chaleur, décomposé en deux parties, Modéliser et Simuler (CTC-MS) et Cycles Classiques et Innovants (CTC-CCI), dont les apprenants ont apprécié la pédagogie novatrice.

L’Institut des sciences de l’énergie (ISE) est un institut pluri-disciplinaire, fondé en 2001 dans le cadre de la réorganisation de l’EPFL. L’ISE fait partie de la faculté des sciences et techniques de l’ingénieur qui regroupe les anciens départements de génie mécanique, de microtechnique, d’électricité et des matériaux. L’ISE est constitué de neuf laboratoires (120 personnes) couvrant les domaines allant de l’électricité de puissance aux sciences des fluides et de la thermique, sans oublier les approches systémiques des systèmes énergétiques. Le financement de l’institut est actuellement assuré à raison de près de 38% par des fonds externes. Ce regroupement au sein de l’ISE de laboratoires reconnus dans leur domaine d’activité propre offre l’opportunité d’accroître leur visibilité auprès de la communauté préoccupée des enjeux énergétiques actuels. L’ISE permet d’abord des thématiques de recherches à composantes pluri-disciplinaires et holistiques tout en développant des méthodologies communes dans les domaines de l’expérimentation, de la simulation numérique ou de la modélisation. Les synergies mises en œuvre permettent d’offrir une réponse intégrée sur les plans méthodologiques et technologiques d’une part, aux besoins académiques et scientifiques de la Faculté des sciences de l’ingénieur et d’autre part, aux demandes des partenaires industriels actifs dans le secteur de l’énergie. Enfin, l’ISE offre une assise plus favorable à la participation de ses laboratoires dans les grands programmes internationaux de R&D.

http://www.ensmp.fr/Presses/consultation.php?livreplus=119--col2; Le premier tome de ce livre propose une méthode d'apprentissage originale et simplifiée de la thermodynamique appliquée aux systèmes énergétiques, aujourd'hui utilisée dans plus de cent vingt écoles d'ingénieur et universités dans le monde. Ce second tome dédié aux applications industrielles "classiques" met en application cette approche s'appuyant sur les TIC. Il a une double finalité : fournir au lecteur une vision d'ensemble des différentes technologies de conversion de l'énergie, et l'aider à en comprendre les récentes évolutions et les principes de conception : turbines à gaz et cycles combinés, propulseurs aéronautiques, moteurs diesel et à essence, moteurs Stirling, installations motrices à vapeur, cogénération, machines frigorifiques, pompes à chaleur, installations d'évapoconcentration et de dessalement, installations de climatisation ; faire le lien par la modélisation entre cette réalité technologique et les bases théoriques du génie énergétique, en montrant au lecteur comment construire ses propres modèles grâce à une boîte à outils logicielle développée par l'auteur (Thermoptim) dont une version est téléchargeable gratuitement. Une cinquantaine d'exemples illustrent cette démarche. Ce livre constitue le cours dispensé aux élèves de l'Ecole.