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Changement climatique, ressources naturelles et dynamiques démographiques en Afrique subsaharienne
No full textThis dissertation is composed of four chapters that study the interactions between the environmental challenges faced by Sub-Saharan countries, in particular the adaptation to climate change and the exploitation of natural resources, and population and economic dynamics.This first chapter explores how weather shocks impact inequality in Ethiopia and Malawi. Using a new approach of causal inference, which extends the difference-in-differences method to the entire income distribution, it shows how drought events exacerbate inequalities in these two countries. This increase in inequality is driven by the ability of the richest households to find alternative income sources to compensate for their crop income loss. The poorest households, which are unable to access these coping strategies, are strongly impacted by the drought. Consequently, the climate change-induced increase in the intensity and frequency of extreme weather events is very likely to exacerbate inequality in developing countries.Migration has been identified as an adaptation strategy to climate change. However, in reducing households' resources needed to migrate, climate shocks are also likely to trap households in low-productive areas. The second chapter uses a quantitative spatial model to measure the economic cost of the misallocation of households due to resource-constrained immobility. It shows that climate change could potentially trap as many as 30 million people in Sub-Saharan Africa, which would significantly increase the impact of climate change on overall welfare and its distribution over space.The third chapter analyzes the health-related impact of climate change. Using a quantitative spatial model, it quantifies the mortality impact of climate change, taking into account general equilibrium effects and household adaptation. The results show that climate change could provoke the death of several hundred thousand individuals in Sub-Saharan Africa, mainly due to the increase in the incidence of malaria and undernutrition.Finally, the fourth chapter explores the causal relationship between artisanal mining, a highly developed activity in Sub-Saharan Africa, and urbanization since 1975. Using satellite data on human settlements and geological data on gold suitability layers, it shows how artisanal mining is a major driver of decentralized urbanization of small towns in remote areas. These cities are characterized by low living standards and limited industrial development, which is another potential channel of the resource curse.Cette thèse se compose de quatre chapitres qui analysent les interactions entre les défis environnementaux auxquels sont confrontés les pays d'Afrique subsaharienne — notamment l'adaptation au changement climatique et l'exploitation soutenable des ressources naturelles — ainsi que les dynamiques démographiques et économiques qui les accompagnent.Le premier chapitre analyse le lien entre les événements météorologiques extrêmes et les inégalités économiques en Éthiopie et au Malawi. En mobilisant une approche d'inférence causale innovante, qui étend la méthode des doubles différences à l'ensemble de la distribution des revenus, il met en lumière l'effet inégalitaire des sécheresses. Cette hausse des inégalités s'explique par la capacité des ménages les plus aisés à déployer des stratégies d'adaptation leur permettant d'amortir les pertes agricoles. À l'inverse, les ménages les plus pauvres, dépourvus de telles marges de manœuvre, subissent de plein fouet les effets des chocs climatiques. Ainsi, l'intensification attendue des événements extrêmes due au changement climatique pourrait accentuer fortement les inégalités dans les pays en développement.Le deuxième chapitre s'intéresse à la migration comme stratégie d'adaptation au changement climatique. Ce dernier, en réduisant les ressources des ménages, limite leur capacité à migrer, piégeant ainsi les plus vulnérables dans des zones fortement exposées aux risques climatiques. À partir d'un modèle spatial quantitatif, ce chapitre évalue les conséquences économiques de cette mauvaise allocation géographique des populations. Il révèle que le changement climatique pourrait empêcher jusqu'à 30 millions de personnes de migrer, amplifiant ainsi ses effets économiques globaux et modifiant la géographie de ces impacts.Le troisième chapitre examine les effets du changement climatique sur la santé, et plus spécifiquement sur la mortalité. À travers un modèle spatial quantitatif, il identifie les différents canaux par lesquels le climat influence la mortalité, tout en tenant compte des effets d'équilibre général et des mécanismes d'adaptation mis en place par les ménages. Les résultats montrent que le changement climatique pourrait être à l'origine de plusieurs centaines de milliers de morts supplémentaires en Afrique subsaharienne, principalement en raison de l'expansion des zones propices à la malaria et de l'augmentation de la malnutrition.Enfin, le quatrième chapitre explore la relation causale entre l'exploitation minière artisanale, très développée en Afrique Sub-Saharienne, et l'urbanisation sur le continent depuis 1975. En utilisant des données satellitaires et des données géologiques sur la présence de l'or dans le sol, il montre comment l'exploitation minière artisanale a entraîné une urbanisation décentralisée, caractérisée par le développement de petites villes isolées. Ces villes sont caractérisées par un faible niveau de développement et des conditions vie dégradées. Cette urbanisation de mauvaise qualité pourrait être une autre dimension de la malédiction des ressources
Oscillateurs critiques non linéaires à la bifurcation de Hopf comme modèle cochléaire
No full textThe cochlea, the organ responsible for the sense of hearing, is an exceptional acoustic sensor, capable of detecting sound amplitudes spanning over 12 orders of magnitude and covering three decades in frequency. Despite its remarkable sensitivity and selectivity, it is inherently a nonlinear and non-faithful detector, exhibiting distortion effects. These features suggest that the cochlea operates as an active, living system, relying on nonlinear dynamics to enhance signal processing. An analytical model has proposed that such behavior could arise from the presence of nonlinear critical oscillators operating near a Hopf bifurcation. This thesis puts this hypothesis to the test through the construction and experimental study of physical models that emulate essential nonlinear phenomena observed in the cochlear system. It aims to assess the relevance of the critical oscillator framework and contribute to a deeper understanding of the auditory mechanisms involved in perception. The work is structured into several chapters.In Chapter 1, a detailed study of the hearing process is introduced to lay the groundwork for the experimental work that follows. The chapter identifies the key characteristics of auditory processing, setting the stage for replicating these processes experimentally.Chapter 2 focuses on the fabrication and analysis of a single delayed resonator operating near a Hopf bifurcation. This resonator, using a feedback loop involving a microcontroller, a microphone, and a speaker, mimics the response of a bullfrog hair cell. The system successfully reproduces the sensitivity curve characteristic of the cochlear amplifier at low amplitudes. In addition, it demonstrates tunability and the capacity to produce nonlinear hearing effects, such as the masking effect and phantom tones.From one to many, Chapter 3 explores the nonlinear coupling of two resonators. A digital coupling method is experimentally studied to investigate nonlinear dynamics between resonators. By varying the coupling strength, the study analyzes its effect on both synchronization and system gain, establishing a framework for more complex models that can be used in future studies of auditory systems.In Chapter 4, the study is extended to an artificial cochlea comprising 38 Helmholtz resonators. Five resonators are successfully activated and coupled nonlinearly. The system’s behavior is examined, ranging from the response of individual resonators to interactions between coupled units. The chapter culminates in the analysis of synchronization and divergence phenomena among the five active resonators. Careful calibration and a sequential activation process are essential for ensuring resonance stability. Once these conditions are met, the nonlinear phenomena and active cochlear characteristics are tested, supporting the theory that the cochlea functions as a network of active nonlinear oscillators.La cochlée, organe responsable du sens de l’ouïe, est un capteur acoustique exceptionnel, capable de détecter des amplitudes sonores sur plus de 12 ordres de grandeur et couvrant trois décades en fréquence. Malgré sa sensibilité et sa sélectivité remarquables, elle constitue un détecteur intrinsèquement non linéaire et non fidèle, présentant des effets de distorsion. Ces caractéristiques suggèrent que la cochlée fonctionne comme un système actif et vivant, s’appuyant sur des dynamiques non linéaires pour améliorer le traitement du signal. Un modèle analytique a proposé que ce comportement pourrait résulter de la présence d’oscillateurs critiques non linéaires opérant à proximité d’une bifurcation de Hopf. Cette thèse met cette hypothèse à l’épreuve à travers la construction et l’étude expérimentale de modèles physiques reproduisant des phénomènes non linéaires essentiels observés dans le système cochléaire. Elle vise à évaluer la pertinence du cadre des oscillateurs critiques et à contribuer à une compréhension plus approfondie des mécanismes auditifs impliqués dans la perception. Le travail est structuré en plusieurs chapitres.Le Chapitre 1 présente une étude détaillée du processus auditif afin d’introduire les fondements nécessaires aux travaux expérimentaux qui suivent. Il identifie les principales caractéristiques du traitement auditif, ouvrant ainsi la voie à leur reproduction expérimentale.Le Chapitre 2 se concentre sur la fabrication et l’analyse d’un résonateur unique avec délai, opérant à proximité d’une bifurcation de Hopf. Ce résonateur, utilisant une boucle de rétroaction impliquant un microcontrôleur, un microphone et un haut-parleur, imite la réponse d’une cellule ciliée de grenouille taureau. Le système reproduit avec succès la courbe de sensibilité caractéristique de l’amplificateur cochléaire à faibles amplitudes. Il démontre également sa capacité à être accordé et à générer des effets auditifs non linéaires, tels que l’effet de masquage et les tons fantômes.Passant d’un à plusieurs résonateurs, le Chapitre 3 explore le couplage non linéaire de deux résonateurs. Une méthode de couplage numérique est étudiée expérimentalement pour analyser la dynamique non linéaire entre résonateurs. En faisant varier la force de couplage, l’étude analyse ses effets sur la synchronisation et le gain du système, posant ainsi les bases pour des modèles plus complexes destinés à l’étude future des systèmes auditifs.Le Chapitre 4 étend l’étude à une cochlée artificielle composée de 38 résonateurs de Helmholtz. Cinq résonateurs sont activés avec succès et couplés de manière non linéaire. Le comportement du système est analysé, allant de la réponse des résonateurs individuels aux interactions entre unités couplées. Le chapitre aboutit à une analyse des phénomènes de synchronisation et de divergence entre les cinq résonateurs actifs. Une calibration rigoureuse et une activation séquentielle sont essentielles pour assurer la stabilité des résonances. Une fois ces conditions remplies, les phénomènes non linéaires et les caractéristiques actives de la cochlée sont testés, soutenant l’hypothèse selon laquelle la cochlée fonctionne comme un réseau d’oscillateurs non linéaires actifs
Impact des fluides cryogéniques sur l'usinabilité et l’intégrité de surface des pièces
No full textTitanium alloys possess excellent mechanical properties, but their machinability remains poor. To enhance the machinability of these alloys, conventional flood cooling has been proposed as a cooling technique. However, cutting fluids negatively impact both the environment and operators. To reduce the use of these substances, cryogenic machining has emerged as an alternative.This thesis aims to assess the impact of cryogenic machining on tool life, wear mechanisms and surface integrity during the milling of the Ti-6Al-4V alloy. Various lubrication techniques were tested (emulsion, LCO2, ScCO2, LCO2+MQL and HP). The results show that cryogenic machining with LCO2 and ScCO2 enhances tool life by 191 % and 385 %, respectively, compared to emulsion. This performance can be attributed to the cooling effect of cryogenic fluids, which limits adhesion wear and chipping. Regarding surface integrity, cryogenic machining with LCO2 and ScCO2 reduces average roughness by 35 % and 41 %, respectively, compared to emulsion. Residual stresses are similar for all lubrication conditions, except for ScCO2, which improves residual stress by 40 %. The performance of cryogenic machining was evaluated to assess its effectiveness at increased cutting parameters (Vc and/or ap). The results indicate that cooling with LCO2 or ScCO2 can extend tool life by 36 % to 73 % compared to emulsion when machining at high cutting parameters.For a fixed cutting time, cryogenic cooling enhances productivity by 19 % with LCO2 and 22 % with ScCO2 by raising the cutting speed from 150 m/min with emulsion to 179 m/min with LCO2 and 182 m/min with ScCO2.Les alliages de titane possèdent d’excellentes propriétés mécaniques, mais leur usinabilité est faible. Parmi les solutions proposées pour palier ce problème, on trouve le refroidissement de la zone de coupe avec des huiles de coupe. Cependant, ces substances ont un impact néfaste sur l’environnement et la santé des opérateurs. Afin de limiter leur usage, l’assistance cryogénique apparaît comme une alternative.Cette thèse s’intéresse principalement à l’effet de l'assistance cryogénique sur la durée de vie de des outils, sur les mécanismes d'usure et sur l’intégrité de surface pendant le fraisage de l’alliage Ti-6Al-4V. Plusieurs techniques de lubrification ont été testées (émulsion, LCO2, ScCO2, etc ) pour un point de fonctionnement. Les résultats montrent que l’utilisation de LCO2 et ScCO2 prolonge la durée de vie de l’outil de 191 % et 385 % respectivement par rapport à l’émulsion. Cette amélioration est probablement attribuée à la capacité de refroidissement des fluides cryogéniques, qui ralentirait certains mécanismes de dégradation et d’usure, tels que l’adhésion et l’écaillage.Concernant l’intégrité de surface, l’utilisation de LCO2 et ScCO2 permet de réduire la rugosité moyenne de 35 % et 41 %, respectivement, par rapport à l’émulsion. Les contraintes résiduelles sont similaires pour toutes les conditions de lubrification, à l’exception du ScCO2, qui améliore ces contraintes de 40 % au niveau de la surface. Étant donné les performances exceptionnelles de l’assistance cryogénique, une étude de sensibilité a été menée pour évaluer son efficacité face à une augmentation des paramètres de coupe (Vc et/ou ap). Même dans des conditions d’usinage plus sévères, le refroidissement par LCO2 ou ScCO2 prolonge la durée de vie de l’outil de 36 % à 73 % par rapport à l’émulsion.Pour une durée de vie fixée, l'assistance cryogénique permet d'augmenter la productivité de 19 % avec LCO2 et de 22 % avec ScCO2, en faisant passer la vitesse de coupe de 150 m/min avec émulsion à 179 m/min pour LCO2 et à 182 m/min pour ScCO2
Élaboration d'une Méthode d'Évaluation du Potentiel Énergétique pour les Projets de Renouvellement deParcs Éoliens
No full textFor new wind farm investments, including repowering, two key metrics are crucial: the estimated annual energy production and its associated uncertainty. Investors seek low uncertainty, which hinges on accurately estimating the uncertainty itself. This creates two research goals: 1) reducing uncertainty through improved climate and wind farm modeling—current methods still range from 6% to 12% uncertainty, and 2) refining the reliability of uncertainty models with better and faster propagation techniques. State-of-the-art EYA methods are well-accepted in the industry, but reducing uncertainty offers significant financial advantages. Repowering offers a new opportunity for EYA since it benefits from extensive historical data from the existing site, including 10-minute energy production records. This thesis aims to incorporate this data into the EYA process while to improve both accuracy and reliability. Most studies overlook uncertainty or fail to quantify improvements. This thesis proposes a method that achieves reliable AEP estimates with better uncertainty predictions.Pour tout investissement dans un parc éolien, y compris dans le cadre du renouvellement, deux indicateurs clés sont essentiels : l'estimation de la production annuelle d’énergie et l'incertitude qui y est associée. Les investisseurs favorisent les projets à faible incertitude, ce qui dépend de la fiabilité de son estimation. Cela crée deux objectifs de recherche : 1) réduire l'incertitude grâce à une meilleure modélisation du climat et des parcs éoliens — les méthodes actuelles affichent encore des incertitudes de l'ordre de 6 % à 12 %, et 2) affiner la fiabilité des modèles d'incertitude avec des techniques de propagation plus rapides et plus précises. Les méthodes actuelles sont bien acceptées dans l'industrie, mais réduire l'incertitude offre des avantages financiers importants. Le renouvellement représente un nouveau défi car il bénéficie de nombreuses données historiques du site existant, y compris des enregistrements de production énergétique toutes les 10 minutes. Cette thèse vise à intégrer ces données dans le processus d’estimation du productible. La plupart des études existantes négligent l'incertitude ou ne parviennent pas à en quantifier les améliorations. Cette thèse propose une méthode qui fournit des estimations fiables de la production annuelle avec des prédictions d'incertitude améliorées
Contrôle des nanoplaquettes semiconductrices II-VI, du cœur inorganique pour des propriétés optiques dans l'infrarouge, à la coque organique
No full textGroup II-VI semiconductor nanoplatelets are emerging as exceptional materials due to their precise atomic layer-controlled synthesis, leading to narrow photoluminescence and remarkable spectral tunability. This thesis investigates the modularity of NPLs through two main projects aimed at expanding their potential for optoelectronic applications.The first project introduces a cation exchange method catalyzed by Ag+, enabling the synthesis of HgxCd1-xSe NPLs with tunable photoluminescence in the near- and short-wave infrared range. This method achieves optical gain at 1.3 µm and reduces the activation energy of the cation exchange process, facilitating the fabrication of thicker NPLs while preserving morphology.The second project focuses on ligand exchange between carboxylates and thiolates on 3 ML CdSe NPLs. Using isotropic XRD measurements and detailed spectroscopic analyses, this study elucidates the impact of ligand exchange on the lattice structure, the reconfiguration of nanohelices, and optical properties. These insights provide a deeper understanding of the interplay between inorganic cores and organic ligands, paving the way for advanced NPL design.Les nanoplaquettes semi-conductrices du groupe II-VI s'imposent comme des matériaux exceptionnels grâce à leur synthèse contrôlée à l'échelle atomique, produisant une photoluminescence étroite et une accordabilité spectrale remarquable. Cette thèse explore la modularité des NPLs à travers deux projets principaux visant à étendre leur potentiel pour les applications optoélectroniques.Le premier projet développe une méthode d'échange cationique catalysée par Ag+, permettant de synthétiser des NPLs alliées HgxCd1-xSe avec une photoluminescence modulable dans l'infrarouge proche et moyen. Cette méthode atteint un gain optique à 1,3 µm et réduit l'énergie d'activation du processus d'échange cationique, facilitant la fabrication de NPLs plus épaisses tout en préservant leur morphologie.Le second projet se concentre sur l'échange de ligands entre carboxylates et thiolates sur des NPLs CdSe 3 ML. Grâce à des mesures XRD isotropiques et à des analyses spectroscopiques détaillées, cette étude met en lumière l'impact de l'échange de ligands sur la structure cristalline, la reconfiguration des nanohélices et les propriétés optiques. Ces résultats offrent une compréhension approfondie des interactions entre les cœurs inorganiques et les ligands organiques, ouvrant la voie à une conception avancée des NPLs
Diagnostic et Pronostic à l’aide de l’IA dans le cadre de la maintenance industrielle
No full textIn a rapidly evolving industrial landscape, predictive maintenance has become essentialfor preemptively addressing failures and optimizing equipment lifespans. This thesis focuseson developing robust models for estimating Remaining Useful Life (RUL) from sensor data.We propose a hybrid approach that leverages Variational Autoencoders (VAEs) to extractrelevant features and Recurrent Neural Networks (RNNs) to capture temporal dynamics.To further enhance prediction accuracy and robustness, attention mechanisms and adaptiveregularization techniques are integrated into the model. Experimental results on complexdatasets, including NASA’s C-MAPSS and Li-ion battery datasets, demonstrate that theproposed model significantly reduces prediction errors compared to traditional methods, offering an innovative solution for predictive maintenance.Dans un contexte industriel en constante évolution, la maintenance prédictive s’imposecomme une solution essentielle pour anticiper les pannes et optimiser la durée de vie deséquipements. Cette thèse porte sur le développement de modèles robustes pour l’estimation de la durée de vie utile restante (RUL) à partir de données issues de capteurs. Nous proposons un modèle hybride combinant des autoencodeurs variationnels (VAE) pour l’extraction de caractéristiques pertinentes et des réseaux neuronaux récurrents (RNN) pour capturer les dynamiques temporelles. Afin d’améliorer la précision et la robustesse des prédictions, des mécanismes d’attention et une régularisation adaptative ont été intégrés. Les expérimentations réalisées sur des jeux de données complexes, tels que ceux de la NASA, C-MAPSS et des batteries Li-ion, montrent que le modèle proposé réduit significativement les erreurs de prédiction par rapport aux méthodes traditionnelles, offrant ainsi une solution innovante pour la maintenance prédictiv
Proposition d’une approche méthodologique outillée pour la gestion des connaissances dans les processus de conception de produits : application à la fabrication additive
No full textIndustry 4.0 requires effective knowledge capitalization to optimize design processes within manufacturing and digital services companies (DSCs). In a context marked by the growing complexity of industrial environments and the high turnover of consultants, companies face the challenge of effectively transferring knowledge from experts to novice designers. To address this issue, this thesis proposes KARMEN (Knowledge Access for Request Manufacturing and Engineering by Network graph), a knowledge graph based on a method consisting of four steps: FAME (Find, Acquire, Model, Exchange). These steps enable knowledge to be found, acquired and exploited.This thesis then addresses our following research question: "How to capture heterogeneous data and the knowledge of expert designers within an ESN to assist novices in the design process?"To do this, we propose the PPR-FBS-8M data model, which offers a holistic view of the product, process and resources. This model makes it possible to integrate and organize heterogeneous data, whether structured (such as data records) or unstructured (such as expert reports), thus facilitating the transmission of knowledge between experts and novices. It should also be noted that our data model is based on the fusion of a knowledge graph and the double diamond design process.This work has also given rise to two scientific publications. The first, entitled "KARMEN: Redefining collaboration and expertise sharing through an innovative knowledge graph framework: a case study in additive manufacturing," was presented at the PLM 23 conference. The second publication, "KARMEN: A Knowledge Graph Based Proposal to Capture Expert Designer Experience and Foster Expertise Transfer," was published in the peer-reviewed journal IJIDEM. These contributions attest to the significant impact of KARMEN on the design and knowledge sharing process.Finally, in line with our method, we have developed an educational support within the LCPI laboratory, intended to raise awareness of our approach among future users. This support offers a practical immersion through the manipulation of tangible Intermediate Representations, thus promoting a better understanding of the various opportunities offered by manufacturing processes, whether additive, formative or subtractive.This educational approach aims not only to strengthen access to technical knowledge, but also to facilitate the integration of new designers into the design and prototyping processes. Furthermore, it opens up promising prospects for the continuing education and professional development of designers, enabling them to acquire essential skills and adapt to the rapid developments of Industry 4.0.L’Industrie 4.0 exige une capitalisation efficace des connaissances pour optimiser les processus de conception au sein des entreprises manufacturières et des entreprises de services numériques (ESN). Dans un contexte marqué par la complexité croissante des environnements industriels et la rotation élevée des consultants, les entreprises doivent relever le défi de transférer efficacement les savoirs des experts vers les concepteurs novices. Pour répondre à cette problématique, cette thèse propose KARMEN (Knowledge Access for Request Manufacturing and Engineering by Network graph), un graphe de connaissances qui repose sur une méthode composée de quatre étapes : FAME (Find, Acquire, Model, Exchange). Ces étapes permettent de trouver, d’acquérir et d’exploiter la connaissance.Cette thèse aborde alors notre question de recherche suivante : « Comment capter les données hétérogènes et la connaissance des concepteurs experts au sein d'une ESN pour assister les novices dans le processus de conception ? »Pour cela, nous proposons le modèle de données PPR-FBS-8M, qui offre une vision holistique du produit, du processus et des ressources. Ce modèle permet d’intégrer et d’organiser des données hétérogènes, qu’elles soient structurées (comme des relevés de données) ou non structurées (telles que des rapports d’expertise), facilitant ainsi la transmission des savoirs entre experts et novices. Soulignons, également que notre modèle de données repose sur la fusion d’un graphe de connaissances et du processus de conception en double diamant.Ces travaux ont également donné lieu à deux publications scientifiques. La première, intitulée "KARMEN: Redefining collaboration and expertise sharing through an innovative knowledge graph framework: a case study in additive manufacturing," a été présentée lors de la conférence PLM 23. La seconde publication, "KARMEN: A Knowledge Graph Based Proposal to Capture Expert Designer Experience and Foster Expertise Transfer," a été publiée dans le journal à comité derelecture IJIDEM. Ces contributions attestent de l'impact significatif de KARMEN sur leprocessus de conception et de partage des connaissances.Enfin, dans la continuité de notre méthode, nous avons élaboré un support pédagogique au sein même du laboratoire LCPI, destiné à sensibiliser les futurs utilisateurs à notre approche. Ce support offre une immersion pratique à travers la manipulation de Représentations Intermédiaires tangibles, favorisant ainsi une meilleure compréhension des diverses opportunités offertes par les procédés de fabrication, qu'ils soient additifs, formatifs ou soustractifs.Cette approche pédagogique vise non seulement à renforcer l'accès aux connaissancestechniques, mais également à faciliter l'intégration des nouveaux concepteurs dans lesprocessus de conception et de prototypage. De plus, elle ouvre des perspectives prometteuses pour la formation continue et le développement professionnel des concepteurs, en leur permettant d'acquérir des compétences essentielles et de s'adapter aux évolutions rapides de l'Industrie 4.0
Modélisation prospective de la décarbonation du système électrique européen : Enjeux pour une électricité environnementalement soutenable et socialement acceptable
No full textThe electricity system is at the core of addressing against climate change due to its current reliance on fossil fuels but also its ability to decarbonize various sectors through electrification. Europe aims to achieve carbon neutrality by 2050, a goal that also applies to the electricity system. This target necessitates significant changes, including the phasing out of fossil fuel-based technologies and the integration of variable renewable energy sources. The implications extend beyond mere techno-economic aspects, as these transformations impact both social acceptance and the environmental sustainability of the electricity system.This thesis aims to explore pathways to achieve electricity production that is both socially acceptable and environmentally sustainable. The analysis relies on adapting these concepts to the electricity system using the eTIMES-EU model. This model belongs to the TIMES family, bottom-up models based on linear optimization, which consider the technical constraints related to electricity generation. This thesis seeks to complement the techno-economic analysis by considering social dimensions and environmental impacts, structured around four main axes.The first axis focuses on incorporating the land footprint of the electricity system as an intermediate metric to account for social acceptance. The second axis examines the assessment of the environmental sustainability of electricity generation using life cycle assessment tools and the planetary boundaries framework. The third axis analyzes the feasibility and challenges of green hydrogen trade between North Africa and Europe. The fourth axis, more exploratory in nature than the previous ones, addresses the integration of energy justice into the model, using the decentralization of electricity generation as a case study.Le système électrique est au cœur de la lutte contre le changement climatique à cause de sa dépendance actuelle aux énergies fossiles mais également de sa capacité à décarboner des usages grâces à l'électrification. L'Europe vise à atteindre la neutralité carbone en 2050, objectif qui s'applique également au système électrique. Cet objectif implique des changements importants avec la sortie des technologies basées sur les combustibles fossiles mais également l'intégration des énergies renouvelables variables. Les conséquences dépassent les seuls aspects technico-économiques car ces transformations ont un impact sur l'acceptation sociale ainsi que la soutenabilité environnementale du système électrique.Cette thèse vise à explorer les moyens d'action permettant d'atteindre une production d'électricité à la fois socialement acceptable et environnementalement soutenable. L'analyse repose sur l'adaptation de ces concepts au système électrique à partir du modèle eTIMES-EU. Ce dernier appartient à la famille des modèles TIMES, modèles de type bottom-up reposant sur l'optimisation linéaire, permettant de prendre en compte les contraintes techniques en liens avec la production d'électricité. Cette thèse propose de compléter l'analyse technico-économique en considérant les aspects sociaux et les impacts environnementaux, elle s'articule autour de quatre axes.Le premier axe porte sur la prise en compte de l'emprise au sol du système électrique comme métrique intermédiaire permettant de prendre en compte l'acceptation sociale. Le deuxième axe examine l'évaluation de la soutenabilité environnementale de la production d'électricité à l'aide des outils d'analyse de cycle de vie et du cadre des limites planétaires. Le troisième axe analyse la faisabilité et les défis liés aux échanges d'hydrogène vert entre l'Afrique du Nord et l'Europe. Le quatrième axe, de nature plus exploratoire que les précédents, s'intéresse à la prise en compte de la justice énergétique dans le modèle en prenant pour exemple la décentralisation de la production d'électricité
Caractérisation du fauteuil, de l'utilisateur et des déplacements pour l'optimisation numérique des réglages des fauteuils roulants manuels
No full textThe adaptation of a manual wheelchair (MWC) to its user is a complex and iterative process, requiring in-depth expertise from the clinical team and representing a physically demanding step for the patient. Numerical methods could help streamline this procedure. However, beyond the necessary numerical models, achieving individualized results requires that predictions incorporate the characteristics of the MWC, its user, and their movements. This thesis aimed to propose methods for characterizing the various parameters involved. To this end, studies were conducted to: 1) determine the configuration and inertial properties of MWCs; 2) assess the maximum torque production capacities of MWC users; and 3) measure MWC kinematics during real-world locomotion while identifying the type of locomotor action performed. Additionally, databases on MWCs and their users were initiated. Finally, as an outlook, this thesis presents a sample of numerical simulations of MWC propulsion, varying the studied characteristics. These simulations illustrate both the potential and the limitations of current numerical model implementations.L’adaptation d’un fauteuil roulant manuel (FRM) à son utilisateur est un processus complexe et itératif, nécessitant une expertise approfondie de la part de l’équipe clinique et représentant une étape physiquement exigeante pour le patient. Les méthodes numériques pourraient aider à alléger cette procédure. Toutefois, au-delà des modélisations nécessaires, l'individualisation recherchée des résultats exige que les prédictions intègrent les caractéristiques du FRM, de son utilisateur, et de leurs déplacements. Dans cette optique, cette thèse avait pour objectif de proposer des méthodes de caractérisation des différents paramètres impliqués. Pour cela, des travaux ont été menés afin de 1) déterminer la configuration et les propriétés inertielles des FRM ; 2) évaluer les capacités maximales de production de couple articulaire des utilisateurs de FRM ; et 3) mesurer la cinématique du FRM lors de déplacements réels, en identifiant le type d’action locomotrice effectuée. Par ailleurs, des bases de données ont été initiées sur les FRM et leurs utilisateurs. Enfin, en ouverture, cette thèse propose un échantillon de simulations numériques de la propulsion en FRM, en faisant varier les caractéristiques étudiées. Ces simulations illustrent à la fois les potentialités et les limites des implémentations actuelles des modèles numériques
Optimisation Stochastique Distribuée pour la Gestion de Centrales Virtuelles Complexes : Valorisation de la Flexibilité d'une Chaîne de Centrales Hydrauliques au Fil de l'Eau pour l'Intégration des Énergies Renouvelables
No full textThe inherent stochasticity of variable renewable energy sources (vRES) challenges their widespread integration, prompt-ing the emergence of the virtual power plant (VPP) paradigm, which reduces vRES variability through their combined operation with flexible, dispatchable units. As vRES penetration continues to grow, VPPs are expected to expand in portfolio size. However, the portfolio dimension represents only one aspect of the complexity of modern VPPs. These systems also involve factors such as hard nonlinear dynamics, multiple sources of uncertainty, and intricate coupling constraints between aggregated units. Together, these challenges contribute to the evolution of VPPs into large-scale, dynamic systems with complex internal dynamics—referred to here as complex VPPs. A major challenge in the devel-opment of complex VPPs is the need for fast, scalable decision-making tools that can maintain both solution quality and accuracy. To address this, this thesis introduces a two-level, scenario-based, fully stochastic decision-making framework designed to optimize VPP participation in the electricity markets across multiple time stages. The framework is then fully decomposed along both the scenario and spatial dimensions, enabling the creation of a scalable distributed algorithm that guarantees performance, even for mixed-integer VPP models. This methodology is validated through a real-world case study from the French aggregator Compagnie Nationale du Rhône, which manages a complex VPP combining run-of-the-river cascaded hydropower plants, wind, and solar assets. The results show that this complex VPP can enhance vRES integration without relying on conventional storage solutions. Furthermore, the proposed distributed methods effectively address system complexities, providing reliable performance guarantees and scalability for complex VPP operations.La nature stochastique des sources d’énergie renouvelable variables (vRES) pose des défis importants pour leur inté-gration à grande échelle dans les systèmes électriques. Cela a conduit au développement du paradigme des centrales électriques virtuelles (VPP), qui atténue l’intermittence et la variabilité des vRES en les agrégeant avec des unités pilota-bles. À mesure que la pénétration des vRES continue de croître, les VPP devraient se développer en taille de portefeuille. Cependant, la dimension du portefeuille ne représente qu’un aspect de la complexité des VPP modernes. Ces systèmes impliquent également des facteurs tels que des dynamiques non linéaires difficiles, plusieurs sources d’incertitude et des contraintes de couplage complexes entre les unités agrégées. Ensemble, ces défis contribuent à l’évolution des VPP en systèmes à grande échelle et dynamiques, avec des dynamiques internes complexes — que l’on désigne ici sous le nom de VPP complexes. Un défi majeur dans le développement des VPP complexes est la nécessité d’outils de prise de décision rapides et évolutifs capables de maintenir à la fois la qualité de la solution et la précision. Pour y répondre, cette thèse introduit un cadre de prise de décision entièrement stochastique à deux niveaux, conçu pour optimiser la participa-tion des VPP aux marchés de l’électricité sur plusieurs étapes temporelles. Le cadre est ensuite entièrement décomposé selon les dimensions des scénarios et spatiale, permettant la création d’un algorithme distribué évolutif garantissant la performance, même pour les modèles VPP à variables entières mixtes. La méthodologie est validée par une étude de cas réelle de l’agrégateur français Compagnie Nationale du Rhône, qui gère un VPP complexe combinant des centrales hydroélectriques à cours d’eau, des actifs éoliens et solaires. Les résultats montrent que ce VPP complexe peut améliorer l’intégration des vRES sans recourir à des solutions de stockage conventionnelles. De plus, les méthodes distribuées proposées répondent efficacement aux complexités du système, offrant des garanties de performance fiables et une évolutivité pour les opérations des VPP