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Wind turbine technology is mature and the market has become very competitive over time. A lever to reduce the costs of wind turbine operation lies in optimizing turbine maintenance. In this context, this study focuses on the wind turbine tower. The lifetime of the tower is influenced by uncertain parameters related to the environment and material hazards. This makes it very difficult to predict the tower lifetime, and large safety factors are used when dimensioning it. However, around the world, a few wind turbines have already collapsed, each time during extreme climatic episodes. The two identified ruin causes are the local buckling of the tower and the tearing off of its upper part. Academic and industrial sources have also reported the discovery of cracks on some turbines at the weld-material interfaces. An investigation of the criticality of a crack with respect to buckling and its fatal propagation has been carried out in the case where the tower is subjected to violent loads. Finite element simulations showed that the fatal crack propagation was the limiting phenomenon for the life extension of a cracked wind turbine tower.To ensure structural integrity, health monitoring techniques were developed over time. These are generally carried out using sensors extrapolating a global state of health from local data (accelerometers, strain gauges). The risk is that a defect remains invisible but is nevertheless critical for the structure. It is therefore essential to revisit the prediction tools based on site data. Within the framework of this work, methods based on imagery and more particularly Digital Image Correlation (DIC) have been developed. To address the problem, two approaches at different scales have been considered.The first, at structural scale, consists in reconstructing the wind turbine displacement field considered as a one-dimensional structure. The presence of damage will induce a loss of lateral stiffness, and thus a (quasi-)discontinuity in the field of rotation. The challenges for this part are twofold: the lack of contrast on the tower and the capture of outdoor photographs on a large structure. An integrated DIC technique was used in order to reduce the number of unknowns in the problem and to lower the measurement uncertainties. It was shown that the influence of a damage, especially a crack, would be too small regarding the measurement uncertainties. However, an innovative method of wind turbine tower modal analysis was developed and the first two natural frequencies could be determined accurately.The second strategy is focused on a mesoscopic scale. It is based on a low-cost camera system, inside the wind turbine, covering the circumferential welds in the regions of highest stress. The idea is to establish for each camera, when the structure is considered sound, a displacement modal basis using model reduction techniques. Over time, if an underlying or through defect appears, it will induce a disturbance in the displacement field which can be detected using global indicators such as displacement deviation or DIC residuals.In order to determine whether the detection of damage at both scales is feasible or not, it is essential to take into account the measurement uncertainty. Therefore, a mathematical framework of the optimal CIN with N fields has been proposed and validated.; La technologie des éoliennes est mature et le marché est avec le temps devenu compétitif. Un levier pour diminuer les coûts de l’exploitation des éoliennes réside dans l’optimisation de la maintenance des turbines. Dans ce contexte, cette étude se focalise sur l’état de la tour de l’éolienne. La durée de vie de la tour est influencée par des paramètres incertains liés à l’environnement et les aléas matériaux. Ceci rend très difficile la prédiction de la durée de vie d’un mât et des marges importantes sont prises lors de son dimensionnement. Cependant des éoliennes se sont déjà effondrées dans le monde, à chaque fois lors d'épisodes climatiques violents. Les deux phénomènes de ruine identifiés sont le flambement local de la tour et l'arrachement de sa partie supérieure. Des sources académiques ou industrielles ont également rapporté la découverte de fissures sur quelques turbines aux interfaces soudure-matériau. Une réflexion concernant la criticité d'une fissure vis à vis du flambement et de sa propagation brutale a été menée dans le cas où la tour est soumise à des chargements violents. Des simulations éléments finis ont permis de montrer que la propagation brutale de fissure était le phénomène dimensionnant pour la prolongation de durée de vie d'une tour d'éolienne fissurée.Pour s'assurer de l'intégrité des structures des techniques de suivi de santé ont été développées. Celles-ci sont en général réalisées à partir de capteurs extrapolant un état de santé global à partir de données locales (accéléromètres, jauges de déformations). Le risque est qu'un défaut reste invisible mais soit tout de même critique pour la structure. Il est donc essentiel de revisiter les outils de prédiction à partir de données de sites relatives à l’endommagement de la tour et des structures les supportant. Dans le cadre de ce travail de thèse des méthodes basées sur l'imagerie et plus particulièrement la Corrélation d'Images Numériques (CIN) ont été développées. Pour aborder le problème, deux approches à différentes échelles ont été considérées.La première, à l’échelle structurale, consiste à reconstruire le champ de déplacement de l'éolienne vue comme une structure unidimensionnelle. La présence d'un défaut induira une perte de raideur latérale, et donc une (quasi-)discontinuité dans le champ de rotation. Les défis relatifs à cette partie sont doubles : l'absence de contraste sur la tour et la prise de photos en extérieur sur une grande structure. Une technique de CIN intégrée a été utilisée afin de diminuer le nombre d'inconnues du problème et réduire les incertitudes de mesures. Il a été montré que l'influence d'un défaut, plus particulièrement d'une fissure, serait trop faible par rapport aux incertitudes de mesures. Cependant, suivant cette approche, une méthode innovante d'analyse modale de tour d'éolienne a été développée et les deux premières fréquences propres ont pu être déterminées avec précision.La seconde est une stratégie de contrôle de la structure à l'échelle mésoscopique. Celle-ci se base sur un dispositif de caméras bon marché à l'intérieur de l'éolienne couvrant les soudures circonférentielles au niveau des zones de plus fortes contraintes. L'idée est d'établir pour chaque caméra lorsque la structure est considérée comme saine une base modale de déplacement caractéristique de cet état grâce à des techniques de réduction de modèle. Au cours du temps, si un défaut sous-jacent ou traversant apparait, celui-ci induira une perturbation du champ de déplacement qui pourra être détectée à l'aide d'indicateurs globaux tels que l'écart en déplacement ou les résidus de corrélation.Afin de déterminer si la détection d'un défaut aux deux échelles est faisable ou non, la prise en compte de l'incertitude de mesure en regard de l'influence d'un défaut est primordiale. Alors, un cadre mathématique de la CIN optimale à N champs a été proposé et validé.

Wind turbine technology is mature and the market has become very competitive over time. A lever to reduce the costs of wind turbine operation lies in optimizing turbine maintenance. In this context, this study focuses on the wind turbine tower. The lifetime of the tower is influenced by uncertain parameters related to the environment and material hazards. This makes it very difficult to predict the tower lifetime, and large safety factors are used when dimensioning it. However, around the world, a few wind turbines have already collapsed, each time during extreme climatic episodes. The two identified ruin causes are the local buckling of the tower and the tearing off of its upper part. Academic and industrial sources have also reported the discovery of cracks on some turbines at the weld-material interfaces. An investigation of the criticality of a crack with respect to buckling and its fatal propagation has been carried out in the case where the tower is subjected to violent loads. Finite element simulations showed that the fatal crack propagation was the limiting phenomenon for the life extension of a cracked wind turbine tower.To ensure structural integrity, health monitoring techniques were developed over time. These are generally carried out using sensors extrapolating a global state of health from local data (accelerometers, strain gauges). The risk is that a defect remains invisible but is nevertheless critical for the structure. It is therefore essential to revisit the prediction tools based on site data. Within the framework of this work, methods based on imagery and more particularly Digital Image Correlation (DIC) have been developed. To address the problem, two approaches at different scales have been considered.The first, at structural scale, consists in reconstructing the wind turbine displacement field considered as a one-dimensional structure. The presence of damage will induce a loss of lateral stiffness, and thus a (quasi-)discontinuity in the field of rotation. The challenges for this part are twofold: the lack of contrast on the tower and the capture of outdoor photographs on a large structure. An integrated DIC technique was used in order to reduce the number of unknowns in the problem and to lower the measurement uncertainties. It was shown that the influence of a damage, especially a crack, would be too small regarding the measurement uncertainties. However, an innovative method of wind turbine tower modal analysis was developed and the first two natural frequencies could be determined accurately.The second strategy is focused on a mesoscopic scale. It is based on a low-cost camera system, inside the wind turbine, covering the circumferential welds in the regions of highest stress. The idea is to establish for each camera, when the structure is considered sound, a displacement modal basis using model reduction techniques. Over time, if an underlying or through defect appears, it will induce a disturbance in the displacement field which can be detected using global indicators such as displacement deviation or DIC residuals.In order to determine whether the detection of damage at both scales is feasible or not, it is essential to take into account the measurement uncertainty. Therefore, a mathematical framework of the optimal CIN with N fields has been proposed and validated.; La technologie des éoliennes est mature et le marché est avec le temps devenu compétitif. Un levier pour diminuer les coûts de l’exploitation des éoliennes réside dans l’optimisation de la maintenance des turbines. Dans ce contexte, cette étude se focalise sur l’état de la tour de l’éolienne. La durée de vie de la tour est influencée par des paramètres incertains liés à l’environnement et les aléas matériaux. Ceci rend très difficile la prédiction de la durée de vie d’un mât et des marges importantes sont prises lors de son dimensionnement. Cependant des éoliennes se sont déjà effondrées dans le monde, à chaque fois lors d'épisodes climatiques violents. Les deux phénomènes de ruine identifiés sont le flambement local de la tour et l'arrachement de sa partie supérieure. Des sources académiques ou industrielles ont également rapporté la découverte de fissures sur quelques turbines aux interfaces soudure-matériau. Une réflexion concernant la criticité d'une fissure vis à vis du flambement et de sa propagation brutale a été menée dans le cas où la tour est soumise à des chargements violents. Des simulations éléments finis ont permis de montrer que la propagation brutale de fissure était le phénomène dimensionnant pour la prolongation de durée de vie d'une tour d'éolienne fissurée.Pour s'assurer de l'intégrité des structures des techniques de suivi de santé ont été développées. Celles-ci sont en général réalisées à partir de capteurs extrapolant un état de santé global à partir de données locales (accéléromètres, jauges de déformations). Le risque est qu'un défaut reste invisible mais soit tout de même critique pour la structure. Il est donc essentiel de revisiter les outils de prédiction à partir de données de sites relatives à l’endommagement de la tour et des structures les supportant. Dans le cadre de ce travail de thèse des méthodes basées sur l'imagerie et plus particulièrement la Corrélation d'Images Numériques (CIN) ont été développées. Pour aborder le problème, deux approches à différentes échelles ont été considérées.La première, à l’échelle structurale, consiste à reconstruire le champ de déplacement de l'éolienne vue comme une structure unidimensionnelle. La présence d'un défaut induira une perte de raideur latérale, et donc une (quasi-)discontinuité dans le champ de rotation. Les défis relatifs à cette partie sont doubles : l'absence de contraste sur la tour et la prise de photos en extérieur sur une grande structure. Une technique de CIN intégrée a été utilisée afin de diminuer le nombre d'inconnues du problème et réduire les incertitudes de mesures. Il a été montré que l'influence d'un défaut, plus particulièrement d'une fissure, serait trop faible par rapport aux incertitudes de mesures. Cependant, suivant cette approche, une méthode innovante d'analyse modale de tour d'éolienne a été développée et les deux premières fréquences propres ont pu être déterminées avec précision.La seconde est une stratégie de contrôle de la structure à l'échelle mésoscopique. Celle-ci se base sur un dispositif de caméras bon marché à l'intérieur de l'éolienne couvrant les soudures circonférentielles au niveau des zones de plus fortes contraintes. L'idée est d'établir pour chaque caméra lorsque la structure est considérée comme saine une base modale de déplacement caractéristique de cet état grâce à des techniques de réduction de modèle. Au cours du temps, si un défaut sous-jacent ou traversant apparait, celui-ci induira une perturbation du champ de déplacement qui pourra être détectée à l'aide d'indicateurs globaux tels que l'écart en déplacement ou les résidus de corrélation.Afin de déterminer si la détection d'un défaut aux deux échelles est faisable ou non, la prise en compte de l'incertitude de mesure en regard de l'influence d'un défaut est primordiale. Alors, un cadre mathématique de la CIN optimale à N champs a été proposé et validé.

Resumo: O presente estudo tem o objetivo de analisar a geração da energia eólica no Brasil. Para tanto, foi utilizado o método de SWOT para verificar a situação atual da fonte eólica, contando com a análise PESTEL, aplicando a escala Likert. A fonte apresenta-se como interessante e importante energia para o Brasil, com características naturais favoráveis para realização do investimento. Abstract: The present study has as objective to analyze the generation of wind energy in Brazil. Therefore, the SWOT method was used to verify the current situation of the wind energy source, including on the PESTEL analysis, applying the Likert scale. The source presents as an interesting and important energy for Brazil, having favorable natural characteristics to realize the investment. Résumé: La présente étude vise à analyser la production d’énergie éolienne au Brésil. A cet effet, la méthode SWOT a été utilisée pour vérifier la situation actuelle de la source d’énergie éolienne, en se basant sur l’analyse PESTEL, en appliquant l’échelle Likert. La source se présente comme une énergie intéressante et importante pour le Brésil, avec des caractéristiques naturelles favorables à la réalisation de l’investissement. Resumen: El presente estudio tiene el objetivo de analizar la generación de la energía eólica en Brasil. Para ello, se utilizó el método de SWOT para verificar la situación actual de la fuente eólica, incluso el análisis PESTEL, aplicando la escala Likert. La fuente se presenta como interesante e importante energía para Brasil, con características naturales favorables para la realización de la inversión.

In a context of global warming and energy transition, the development of renewable energies is essential in order to ensure energy production that meets a constantly growing demand. French wind power producers benefit from a “obligation to purchase” from EDF for 15 years. After that, they have to sell their production in the competitive market. To do so, they must announce in advance the amount of energy they will inject into the grid. In case of imbalance, they are charged penalties. In France, the deadline for selling energy is 30 minutes. Thus, in this thesis, several downscaling approaches, parametric (linear regression) and non-parametric (random forests) are developed, calibrated and evaluated. The considered lead times range from 30 min to 3 h.The downscaling methods considered are rarely used for lead times lower than 1 h since numerical models are generally run every 6 to 12 hours. The use of in-situ measurements in downscaling methods to correct the numerical prediction at initialization, allows a significant performance gain. Compared to traditional statistical methods for short term forecasting, the improvement compared to the persistence method ranges from 1.5%, 10 min ahead, to more than 30%, 3 h ahead. In order to limit the accumulation of errors in the conversion from wind speed forecast to wind power forecast, an analysis of the error induced by different meteorological variables, such as wind direction or air density, is presented. First, the forecast at the farm scale is explored and then the spatial dimension is introduced. Finally, the economic value of such a short term forecasting model is explored. The different steps of the electricity market are studied and the different sources of uncertainty and variability, such as forecast errors and price volatility, are identified and assessed. For the two wind farms considered in this study, the results show that the short term forecasts allow an increase in annual income between 4 and 5%; Dans un contexte de réchauffement climatique et de transition énergétique, le développement des énergies renouvelables est indispensable afin de garantir une production d’énergie qui réponde à une demande en croissance constante. Les producteurs éoliens Français bénéficient d’une période de rachat obligatoire de leur production de la part d’EDF durant 15 ans. Après cela, ils doivent vendre leur production sur le marché concurrentiel. Pour ce faire ils doivent annoncer à l’avance la quantité d’énergie qu’ils injecteront sur le réseau. En cas de déséquilibre, des pénalités leurs sont imputées. En France, l’échéance limite pour vendre son énergie est de 30 minutes.Ainsi, dans cette thèse, plusieurs approches de réduction d’échelle, paramétriques (régression linéaire) et non paramétriques (forêts aléatoires) sont développées, calibrées et évaluées. Les échéances considérées vont de 30 min à 3 h. Les méthodes de réduction d’échelle considérées sont très rarement utilisées pour des échéances inférieures à l’heure puisque les modèles numériques sont généralement exécutés toutes les 6 à 12 h. L’utilisation de mesures in-situ dans les méthodes de réduction d’échelle, afin de corriger la prévision numérique à l’initialisation, permet un gain de performance significatif. Comparé avec les méthodes statistiques classiques pour la prévision court terme, l’amélioration par rapport à la méthode de persistance va de 1.5% à 10 min à plus de 30% à 3 h. Afin de limiter l’accumulation d’erreurs lors du passage de la prévision du vent à la prévision de la puissance éolienne, une analyse de l’erreur induite par différentes variables météorologiques, comme la direction du vent ou la densité de l’air, également est présentée. Dans un premier temps, la prévision ferme par ferme est explorée puis la dimension spatiale est introduite. Pour finir, la valeur économique d’un tel système de prévision court terme est explorée. Les différentes étapes du marché de l’électricité sont étudiées et les différentes sources d’incertitude et de variabilité, comme les erreurs de prévision et la volatilité des prix, sont mises en évidence et évaluées. Pour les deux fermes considérées dans cette étude, les résultats montrent que les prévisions court terme permettent une augmentation du revenu annuel entre 4 et 5%.

The use of renewable energies, particularly wind power, is one of the solutions commonly used to limit the worsening of ongoing climate change. The variability and intermittency of these energy sources are the main constraints to be managed to ensure the integration of renewable energies into the electricity grid. This problem can be partly solved by improving production forecasts in the short and medium term. The theory of AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems) proposes to solve complex problems by self-organization for which no algorithmic solution is known. The local and cooperative behavior of the agents allows the system to adapt to a dynamic environment for maintaining the system in an adequate operating state. In this thesis, this approach is applied to the forecasting of wind farm production. More specifically, we are studying the integration of finer scale data (wind farms for a region or wind turbines for a farm) into the forecast model. We therefore propose a method that takes into account local data in the global forecast and more precisely the interdependencies between wind turbine and wind farm productions. The study led to the design of two adaptive multi-agent systems: AMAWind-Turbine forecasting the production of a wind farm using wind turbine data, and AMAWind-Farm forecasting the production of a region using wind farm data. These systems have been tested in real conditions on five wind farms currently in operation. The experiments carried out validated the proper functioning of the systems and showed a decrease in forecasting error, the main factor in the field of application.; Le recours aux énergies renouvelables, notamment l'éolien, est une des solutions communément retenues pour limiter l'aggravation du changement climatique en cours. La variabilité et l'intermittence de ces sources d'énergie constituent la principale contrainte à gérer pour assurer l'intégration des énergies renouvelables sur le réseau électrique. Ce problème peut être en partie résolu par l'amélioration des prévisions de production à court et moyen termes. La théorie des AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems) propose de résoudre des problèmes complexes par auto-organisation pour lesquels aucune solution algorithmique n'est connue. Le comportement local et coopératif des agents permet au système de s'adapter à un environnement dynamique pour maintenir le système dans un état de fonctionnement adéquat. Dans cette thèse, cette approche est appliquée à la prévision de production de parcs éoliens. Plus précisément, nous étudions l'intégration de données à plus fine échelle (les parcs éoliens pour une région ou les éoliennes pour un parc) dans le modèle de prévision. Nous proposons donc une méthode prenant en compte des données locales dans la prévision globale et plus précisément les interdépendances entre la production des éoliennes et des parcs. L'étude a mené à la conception de deux systèmes multi-agents auto-adaptatifs : AMAWind-Turbine prévoyant la production d'un parc en utilisant les données des éoliennes, et AMAWind-Farm prévoyant la production d'une région en utilisant les données des parcs. Ces systèmes ont été testés en conditions réelles sur cinq parcs éoliens actuellement en cours d'exploitation. Les expérimentations effectuées ont validé le bon fonctionnement des systèmes et ont permis d'observer une baisse d'erreur de prévision, le principal facteur dans le domaine d'application.

A ausência do uso de indicadores nas avaliações de impactos ambientais de parques eólicos no Rio Grande do Norte e da efetiva participação pública têm limitado o potencial preventivo e mitigador desse instrumento de gestão ambiental. Nesse sentido, buscamos no presente artigo propor indicadores para a avaliação de impactos ambientais de parques eólicos a partir da percepção ambiental dos habitantes de um assentamento diretamente afetado. Para tanto, realizamos um estudo de caso em que foram aplicadas entrevistas semiestruturadas com os assentados, e suas informações tratadas por meio da Análise de Conteúdo. Com base nisso, identificamos os impactos percebidos pelos entrevistados e propusemos quinze indicadores nas dimensões social, econômica e natural. Concluímos que as dimensões mais afetadas pelos impactos dos parques eólicos estudados são a social e a econômico. Nosso estudo mostra que a percepção ambiental pode ser um instrumento de participação pública no processo de AIA de parques eólicos para identificar impactos e propor indicadores. Le potentiel de prévention et d’atténuation de l’évaluation de l’impact sur l’environnement a été limité en raison de l’absence de participation effective du public et de l’utilisation d’indicateurs dans cet instrument. Pour cette raison, nous avons cherché à proposer des indicateurs pour l’évaluation des impacts environnementaux des parcs éoliens sur la perception des habitants d’un village directement affecté. À cette fin, nous avons réalisée où des entretiens semi-structurés ont été réalisés, analysés par le biais de l'analyse de contenu. Quinze indicateurs ont été proposés capables de suivre et de générer des informations sur les impacts environnementaux des parcs éoliens les plus ressentis par les habitants de la colonie. Nous concluons que dans la perception des habitants, les moyens les plus affectés par les impacts des parcs éoliens sont sociaux et économiques. En outre, nous avons prouvé que la perception de l’environnement est capable de fournir des informations pertinentes, générant des contributions à la prise de décisions applicables non seulement aux parcs éoliens, mais aussi à d’autres activités ayant un impact. The preventive and mitigating potential of the environmental impact assessment has been limited due the absence of effective public participation and the use of indicators in this powerful instrument. Because of that, we searched to propose indicators for the evaluation of the environmental impacts of wind farms from the perception of the inhabitants of a settlement directly affected. To do so, we conducted a case study with semi-structured interviews, with residents of the settlement, and their information handled through Content Analysis. As results, fifteen indicators were proposed capable of monitoring and generating information about the environmental impacts of the wind farms most felt by the inhabitants of the settlement. Did we conclude that in the habitants perception, the means most affected by the impacts of wind farms are social and economic. In addition, we proved that environmental perception is capable of providing relevant information, generating inputs in decision-making applicable not only to wind farms, but also to other impactful activities.

The use of renewable energies, particularly wind power, is one of the solutions commonly used to limit the worsening of ongoing climate change. The variability and intermittency of these energy sources are the main constraints to be managed to ensure the integration of renewable energies into the electricity grid. This problem can be partly solved by improving production forecasts in the short and medium term. The theory of AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems) proposes to solve complex problems by self-organization for which no algorithmic solution is known. The local and cooperative behavior of the agents allows the system to adapt to a dynamic environment for maintaining the system in an adequate operating state. In this thesis, this approach is applied to the forecasting of wind farm production. More specifically, we are studying the integration of finer scale data (wind farms for a region or wind turbines for a farm) into the forecast model. We therefore propose a method that takes into account local data in the global forecast and more precisely the interdependencies between wind turbine and wind farm productions. The study led to the design of two adaptive multi-agent systems: AMAWind-Turbine forecasting the production of a wind farm using wind turbine data, and AMAWind-Farm forecasting the production of a region using wind farm data. These systems have been tested in real conditions on five wind farms currently in operation. The experiments carried out validated the proper functioning of the systems and showed a decrease in forecasting error, the main factor in the field of application., Le recours aux énergies renouvelables, notamment l'éolien, est une des solutions communément retenues pour limiter l'aggravation du changement climatique en cours. La variabilité et l'intermittence de ces sources d'énergie constituent la principale contrainte à gérer pour assurer l'intégration des énergies renouvelables sur le réseau électrique. Ce problème peut être en partie résolu par l'amélioration des prévisions de production à court et moyen termes. La théorie des AMAS (Adaptive Multi-Agent Systems) propose de résoudre des problèmes complexes par auto-organisation pour lesquels aucune solution algorithmique n'est connue. Le comportement local et coopératif des agents permet au système de s'adapter à un environnement dynamique pour maintenir le système dans un état de fonctionnement adéquat. Dans cette thèse, cette approche est appliquée à la prévision de production de parcs éoliens. Plus précisément, nous étudions l'intégration de données à plus fine échelle (les parcs éoliens pour une région ou les éoliennes pour un parc) dans le modèle de prévision. Nous proposons donc une méthode prenant en compte des données locales dans la prévision globale et plus précisément les interdépendances entre la production des éoliennes et des parcs. L'étude a mené à la conception de deux systèmes multi-agents auto-adaptatifs : AMAWind-Turbine prévoyant la production d'un parc en utilisant les données des éoliennes, et AMAWind-Farm prévoyant la production d'une région en utilisant les données des parcs. Ces systèmes ont été testés en conditions réelles sur cinq parcs éoliens actuellement en cours d'exploitation. Les expérimentations effectuées ont validé le bon fonctionnement des systèmes et ont permis d'observer une baisse d'erreur de prévision, le principal facteur dans le domaine d'application.

The increase of the share of intermittent renewable energy in the energy mix raises issues related to the predictability of electricity production. Especially, at the seasonal scale, the transmission system operators (TSOs) are required to make projections of the availability of means of production as well as to predict the consumption in order to guarantee the security of energy supply during the coming winter or summer. However, current projections are mainly based on historical data (climatology) of temperatures (consumption), wind speed (wind energy production), or solar radiation (photovoltaic production). The thesis presents 4 studies: three within the framework of seasonal forecasts, and one study on the realism of the surface wind speed modelled by the Numerical Weather Prediction model of the European Center of Medium-range Weather Forecasts.If the wind energy forecasts at short timescales going from the minute to several days as well as the wind trends at climatic scale have been thoroughly studied, forecasts of wind energy at the intermadiate scale going from a fortnight to the seasonal horizon have recieved little attention. Predictability at midlatitude and at those long term horizons is indeed still an open question. However, several studies have shown that Numerical Weather Prediction models (NWP) are able to bring valuable information on the large scale atmospheric circulation via the forecast of large scale atmospheric oscillations such as ENSO in the Pacific region, or the NAO in the North Atlantic. It has also been demonstrated that these oscillations have a strong influence on precipitations, temperatures, and surface wind speed.Building the relation between such indicators of the large scale atmospheric circulation and the surface wind speed in France allows to take into account the interannual variability of the surface wind speed, which is not the case of climatology by construction. This is the idea developed in the three studies concerning the seasonal forecasts. In order to forecast the wind energy ressource at the seasonal scale, two probabilistic models are proposed. A parametric model based on the forecast of the surface wind speed seasonal distribution at different location in France estimated by the theorical Weibull distribution ; and another non-parametric based on the estimation of the daily surface wind speed distribution knowing the state of the atmosphere. The third study propose to reconstruct the joint probability of the French national consumption and production, allowing to measure the risk of imbalance between supply and demand.; L'augmentation de la part des énergies renouvelables intermittentes dans le mix énergétique génère des problématiques liées à la prévisibilité de la production d'électricité. Notamment,à l'échelle saisonnière, les gestionnaires du réseau de transport d'électricité sont contraints de projeter la disponibilité des moyens de production ainsi que de prévoir la demande. Cela permet de garantir l'approvisionnement pour le prochain hiver ou été. Néanmoins, les projections actuelles sont principalement basées sur des données historiques (climatologie) de températures (consommation), vents (production éolienne), ou encore de rayonnement solaire (production photovoltaïque). La thèse présente 4 travaux : trois dans le cadre de la prévision saisonnière, et une étude sur le réalisme du vent de surface tel qu'il est modélisé; par le modèle de prévision du temps du Centre Européen.Si la prévisions de l'énergie éolienne aux échelles de temps courtes allant de la minute à quelques jours ainsi que la tendance des vents aux échelles climatiques ont été largement étudiées, la prévision de la production éolienne l'échelle de temps intermédiaire allant d'une quinzaine de jours à la saison n'a reçu que peu d'attention. La prévisibilité; du temps aux moyennes latitudes à ces horizons lointains est en effet encore une question ouverte. Cependant, plusieurs études ont montré que les modèles numériques de prévision saisonnières étaient capable d'apporter de l'information sur la variabilité de la circulation atmosphérique de grande échelle via la prévision des oscillations de la circulation grande échelle, comme ENSO dans le Pacifique, ou encore la NAO en Atlantique Nord. Il a aussi été démontré que ces oscillations ont un impact fort sur les précipitations, les températures, et les vents de surface.Construire la relation entre ces indicateurs de la circulation atmosphérique grande échelle et le vent de surface en France permet donc de prendre en compte la variabilité; interannuelle du vent de surface, ce dont n'est pas capable par définition la climatologie. C'est là l'idée développée dans les 3 études concernant la prévision saisonnière. Afin de prévoir la ressource et la production éolienne à l'échelle saisonnière, deux modèles probabilistes sont développés. L'un paramétrique, basée sur la prévision de la distribution saisonnière du vent de surface, à différents endroits en France ; l'autre non paramétrique, basé sur l'estimation de la de la densité de probabilité du vent de surface journalier conditionnel à l'état de l'atmosphère. La troisième étude propose de reconstruire la probabilité jointe de la consommation et de la production nationale française, permettant ainsi de mesurer le risque de déséquilibre entre l'offre et la demande.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; International audience; A major part of renewable electricity production is characterized by a large degree of intermittency driven by the natural variability of climate factors such as air temperature, wind velocity, solar radiation, precipitation, evaporation, and river runoff. The main strategies to handle this intermittency include energy-storage, -transport, -diversity and -information. The three first strategies smooth out the variability of production in time and space, whereas the last one aims a better balance between production and demand. This study presents a literature review on the space-time variability of climate variables driving the intermittency of wind-, solar- and hydropower productions and their joint management in electricity systems. A vast body of studies pertains to this question bringing results covering the full spectrum of resolutions and extents, using a variety of data sources, but mostly dealing with a single source. Our synthesis highlights the consistency of these works, and, besides astronomic forcing, we identify three broad climatic regimes governing the variability of renewable production and load. At sub-daily time scales, the three considered renewables have drastically different pattern sizes in response to small scale atmospheric processes. At regional scales, large perturbation weather patterns consistently control wind and solar production, hydropower having a clearly distinct type of pattern. At continental scales, all renewable sources and load seem to display patterns of constant space characteristics and no indication of marked temporal trends.

Faced with the stakes of sustainable development, the challenges imposed by climate change and the erosion of biodiversity must be taken into consideration coherently. To limit our impact on the climate, we must drastically rethink our relationship with energy and, first and foremost, what is known as carbon-intensive energy. [br/][br/] Three complementary and insperable courses of action should allow us to reach such objectives :[br/][br/] - firstly, energy sobriety; the best energy being energy which is not used, this challenges our behaviour[br/] - next, energy efficiency which stimulates techniques[br/] - and lastly, the use of sustainable energy wich we focus in this document[br/] [br/] This document considers and defines this sustainable energy for current issues. This sustainable energy groups togethers "sustainable" renewable energy and recoverable energy (R&RE). This is an opportunity to combine the issues of climate and biodiversity to help us approach the boundaries of what is possible for a sustainable development energy transition.

The objective of this thesis is to study the new dynamics and their impacts in the electricity sector. It discusses the critical issues from the perspectives of macroeconomics, structural configuration, and a transition to renewable energy sources. More precisely, three topics emerge: the nexus between electricity consumption and economic growth, the impacts of vertical integration between power generators and retailers, and the market impacts and integration issues of intermittent renewable generation. By studying these three topics, it provides answers to the key challenges of supply security, competitiveness and sustainable development in the energy sector. By giving new research directions of energy economics, it serves to inspire related policy debates., L’objectif de cette thèse est d’étudier les nouvelles dynamiques et leurs impacts dans le secteur de l'électricité. Elle discute des sujets critiques d’après les perspectives de la macroéconomie, de la configuration structurelle, et de la transition vers des sources d'énergie renouvelables. Plus précisément, trois sujets se dégagent: le lien entre la consommation d'électricité et la croissance économique, les impacts de l'intégration verticale entre les producteurs et les détaillants, et les impacts d'intégration de production d'énergie renouvelable intermittente. En mettant en jeu ces trois sujets, elle tente d’apporter des réponses aux défis principaux de la sécurité d'approvisionnement, de la compétitivité, et de la durabilité du développement énergétique. En donnant de nouvelles orientations dans la recherche sur l’économie de l’énergie, elle servira à éclairer des débats politiques.

This thesis addresses the modeling, design and optimization with experimental validation of the Brushless Doubly-Fed Reluctance Machine (BDFRM) for wind power systems. The BDFRM is being considered as a viable alternative to the Doubly Fed Induction Machine (DFIG) in variable speed wind energy conversion systems. It keeps the cost advantages of the DFIG by allowing the use of a fractionally rated power converter and it has the advantage of reduced maintenance costs due to its brushless operation. A literature review shows that there is still a lack of researches to define a design procedure to make this machine widely used in general and in such application in particular. The main goal of this thesis is to contribute on mastering the BDFRM optimized design by proposing a methodological approach based on different modeling levels and on optimization. It discusses how optimization could be applied in all development stages with distinct objectives to be assessed. More precisely, it draws its attention on setting the optimization problem and on the iterative solution of a constrained inputs/outputs problem by using a deterministic algorithm coupled to analytical-based modeling levels. The activities performed during this thesis can be divided in five main topics. The first refers to the study of the BDFRM and its operating principles in the context of wind power. The second discusses the BDFRM electromagnetic modeling aspects using different approaches. Two optimization-oriented models have been developed: the Semi-Analytical Model (SAM) and the Multi-Static Reluctance Network model (MSRN). The implementation of the models focusing on deterministic optimization and their verification through simulations using Finite Element Analysis (FEA) are considered the third topic. It can be concluded from the simulation results that the SAM has a limited accuracy level and it is recommended to be used in early design stages, where the designer is most interested in fast computation times to test many design variation than in obtaining the results with the highest possible accuracy. The MSRN, on the contrary, presents remarkably precise results when compared to FEA, yielding a very interesting trade-off among accuracy and computation time. This thesis has also allowed to specify and realize a BDFRM prototype using an optimization approach, presented in the fourth part. Then, the experimental data obtained from the prototype has been confronted to the simulation results to validate the models, focusing on the investigation of the flux modulation process by the reluctance rotor, especially the mutual inductance among the windings. Although the results were in a sense satisfactory to validate the models, there have been differences that demanded further investigation. A discussion on the most likely hypothesis for that has been performed, indicating the significant role of the manufacturing process on machine performance. The fifth topic explores through a case study the use of the proposed BDFRM design procedure for wind power applications. As a general conclusion, it can be stated that the BDFRM is potentially a good candidate to be used in wind power systems. However, the technical and economic aspects on this choice must be still assessed, analyzing and comparing the overall system solution of distinct topologies within the same framework., Cette thèse traite de la modélisation, conception, optimisation ainsi que de la validation expérimentale d'une machine à reluctance variable à double alimentation (BDFRM-Brushless Doubly-Fed Reluctance Machine) destinée aux éoliennes. La BDFRM est notamment considérée comme une alternative viable à la Machine Asynchrone à Double Alimentation (MASDA) dans les systèmes éoliens à vitesse variable. Elle maintient les avantages de coût de la MASDA tout en permettant l'utilisation d'un convertisseur de puissance réduit ainsi que la diminution des coûts d'entretien en raison de son fonctionnement sans balais. Une revue de la littérature fait apparaitre un manque de recherches concernant la définition de procédures de conception pour rendre cette machine plus populaire en général, et dans l'éolien en particulier. L'objectif principal de cette thèse est de contribuer à la maîtrise du processus de conception optimale de la BDFRM en proposant une approche méthodologique basée sur différents niveaux de modélisation et sur l'optimisation. Elle examine comment l'optimisation pourrait être appliquée à toutes les étapes de développement avec des objectifs distincts à évaluer. Plus précisément, elle se focalise sur la définition du problème d'optimisation sous contraintes et sur sa solution itérative en utilisant un algorithme déterministe couplé à des modèles semi-analytiques de différents niveaux. Les activités effectuées au cours de cette thèse peuvent être divisées en cinq parties principales. La première se réfère à l'étude de la BDFRM et de son principe de fonctionnement dans le contexte de l'énergie éolienne. La seconde partie examine les aspects de modélisation électromagnétique de la BDFRM en utilisant différentes approches. Deux modèles orientés pour l'optimisation ont été développés: le Modèle Semi-Analytique (SAM-Semi Analytical Model ) et le modèle multistatique de réseau de reluctances (MSRN-Multi-Static Reluctance Network). La mise en œuvre des modèles axés sur l'optimisation déterministe et leurs vérifications par des simulations utilisant la méthode des éléments finis (MEF) constituent la troisième partie. Il est possible de conclure qu'à partir des résultats de simulation que le SAM a un niveau de précision limité et qu'il est alors recommandé de l'utiliser dans les étapes de prédimensionnement, où le concepteur est plus intéressé par l'acquisition de résultats avec des temps de calcul rapides que par l'obtention d'une plus grande précision. Le MSRN, au contraire, présente des résultats d'une précision remarquable par rapport à la MEF, ce qui donne un compromis très intéressant entre précision et temps de calcul. Cette thèse a permis aussi de spécifier et réaliser un prototype de BDFRM en utilisant une approche d'optimisation présenté en quatrième partie. Ensuite, les données expérimentales obtenues à partir du prototype ont été confrontées aux résultats de la simulation pour valider les modèles, mettant l'accent sur le processus de modulation de flux par le rotor à réluctance, en particulier l'inductance mutuelle entre les enroulements. Bien que les résultats soient dans un sens satisfaisant pour la validation des modèles, il y a des différences qui ont exigés un examen plus approfondie. Une discussion sur les hypothèses les plus probables a donc été effectuée, celle-ci a souligné le rôle important du processus de fabrication de la machine sur ses performances. La cinquième partie explore à travers une étude de cas l'utilisation de la procédure de conception de la BDFRM proposée dans cette thèse pour les éoliennes. En conclusion générale, on peut affirmer que la BDFRM est potentiellement une bonne candidate pour être utilisée dans les systèmes éoliens. Toutefois, les aspects techniques et économiques sur ce choix doivent être encore évalués, en analysant et en comparant la solution globale du système dans le même cadre de recherche avec d'autres solutions alternatives., Esta tese aborda a modelagem, o projeto e a otimização, com validaçãoexperimental, de máquinas de relutância duplamente alimentadas sem escovas (BDFRM)para sistemas de geração de energia eólica.A BDFRM é considerada como uma alternativa viável para o gerador de indução duplamentealimentado (DFIG) em sistemas de geração de energia eólica com variação develocidade. Ela mantém as vantagens de custo da solução com o DFIG, permitindo autilização de um conversor de frequência de potência nominal reduzida, e tem a vantagemadicional de custos de manutenção mais baixos devido a sua operação sem escovas. Umarevisão da literatura evidencia que ainda há uma necessidade de pesquisas na área parade_nir um procedimento de projeto desta máquina para torná-la amplamente utilizada emaplicações em geral e, em particular, para geração eólica.O objetivo principal desta tese é de contribuir para o domínio de técnicas de projetootimizado para a BDFRM através da proposição de uma metodologia baseada em diferentesníveis de modelagem e em otimização. Discute-se como técnicas de otimização podem seraplicadas em todas as fases de desenvolvimento com objetivos distintos. Especi_camente,a metodologia proposta se concentra na de_nição e na solução iterativa de problemas deotimização com restrições nas saídas utilizando um algoritmo determinístico acoplado amodelos semi-analíticos de diferentes níveis.As atividades realizadas durante esta tese podem ser divididas em cinco tópicos principais.O primeiro refere-se ao estudo da BDFRM e seu princípio de funcionamento no contextode geração de energia eólica. O segundo trata dos aspectos de modelagem eletromagnética da BDFRM utilizando diferentes abordagens. Dois modelos orientados à otimizaçãoforam desenvolvidos: o modelo semi-analítico (SAM) e o modelo multi-estático de redes derelutâncias (MSRN). A implementação dos modelos com foco na otimização e a veri_caçãodeles através de simulações com o método de elementos _nitos (FEA) são consideradas aterceira parte. Pode-se concluir, a partir dos resultados de simulação, que o SAM tem umaprecisão limitada e é recomendado para ser utilizado em estágios iniciais de projeto, emque o projetista está mais interessado em cálculos rápidos para testar diversas variações deprojeto do que na obtenção de resultados com a maior precisão possível. O MSRN, ao contrário, apresenta resultados precisos quando comparado aos obtidos com o FEA, resultandonum interessante custo-benefício entre precisão e tempo de cálculo. Nesta tese, fabricou-setambém um protótipo da BDFRM, o qual foi especi_cado utilizando-se otimização e osdetalhes sobre ele são introduzidos na quarta parte. Os dados experimentais obtidos com oprotótipo foram confrontados com os resultados de simulação para validação dos modelos,focando-se na investigação do processo de modulação de _uxo pelo rotor relutância, especialmentea indutância mútua entre os enrolamentos. Embora os resultados obtidos sejamsatisfatórios para validar os modelos, encontraram-se diferenças que exigiram uma investigação mais detalhada. As hipóteses mais prováveis foram investigadas e as conclusõesindicam o papel determinante do processo de fabricação no desempenho da máquina. Oquinto tópico explora através de um estudo de caso a utilização do procedimento de projetoproposto da BDFRM para aplicações de geração de energia eólica.Como conclusão geral, pode-se a_rmar que a BDFRM é potencialmente uma boa candidatapara ser utilizada em sistemas de geração de energia eólica. Contudo, aspectostécnicos e econômicos sobre essa escolha devem ainda ser avaliados, comparando-se asdiferentes topologias existentes sob o mesmo enfoque metodológico.

Le Royaume-Uni doit réviser son modèle énergétique, pour se préparer à l’épuisement de ses ressources naturelles et pour répondre aux exigences environnementales. Depuis le début des années 2000, les gouvernements successifs ont entamé plusieurs stratégies : développement des énergies renouvelables, relance du nucléaire et volonté d’exploiter le gaz de schiste. Outre certaines contradictions et certains revirements dans l’approche politique, les évolutions du modèle énergétique britannique se retrouvent confrontées à des enjeux géopolitiques internes, visibles à plusieurs échelles. Ainsi, les projets d’infrastructures énergétiques provoquent presque systématiquement des contestations, phénomène devenu classique dans l’aménagement du territoire. Toutefois, les enjeux énergétiques exacerbent également certaines tensions et rivalités entre les territoires. Ils révèlent ainsi des clivages identitaires, sociaux et politiques spécifiques au Royaume-Uni, Etat-multinations. La transition vers un autre modèle énergétique apparait d’autant plus complexe qu’elle doit prendre en compte à la fois des aspects techniques et financiers, mais aussi ce type d’enjeux géopolitiques internes., The United Kingdom should reform its energy model, to prepare for the depletion of natural resources and to meet environmental issues. Since the early 2000s, successive governments have initiated several strategies: development of renewable energies, nuclear revival and process towards the exploitation of shale gas. In addition to contradictions and shifts in the political approach, developments in the UK energy model are confronted with internal geopolitical issues. Indeed, the energy infrastructure projects almost always cause conflicts, now a classic phenomenon in planning process. However, energy issues also exacerbate tensions and rivalries between territories. They thus reveal specific identity, social and political divides in the United Kingdom, a multinational State. The transition to another energy model appears even more complex it is confronted with both technical and financial aspects, but also with these internal geopolitical issues.

From the governing equations of the velocity field, one can not only expect a (highly) non-Gaussian wind but also one that is scaling. By ‘scaling' we mean a given statistical self-similarity; a turbulent cascade of eddies. Stochastic multifractals (with multiple singularities and co-dimensions) easily reproduce the scaling, heavy-tailed probabilities ubiquitous with the wind and essential to quantify for the wind energy community. The few parameters that define these models can be derived either from theoretical considerations or from statistical data analysis. It is sometimes possible to determine the statistics of the velocity shears with the universal multifractal (UM) parameters: alpha - the index of multifractality (0 ≤ alpha ≤ 2), C1 - the co-dimension of the mean intermittency (C1 ≥ 0) and H - the degree of non-conservation - the linear part of the scaling exponents. The latter of the three parameters is often called the Hurst exponent. We inter-compare the results from the rather standard method of empirical estimation of the UM parameters, the Double Trace Moment (DTM) method, with that of the Double Structure Function (DSF), a newly developed method. We found that flux proxies based on the modulus of the wind velocity shears yield non-scaling statistical moments and therefore spurious multifractal parameter estimates. DSF does not require this proxy approximation thus providing the scaling of the structure-function to an extent. We found no truly stable estimate of alpha using standard methods. This no longer occurs when we locally optimise (by fractionally differentiating) the DTM scaling behaviour. We then obtain very stable estimates of the multifractality index that are furthermore consistent (alpha ≤ 2) with other literature. On the contrary, the two other parameters (C1 and H) become non-linear functions of the order q of the statistical moments. These results suggest that the isotropic UM model cannot be used to reproduce the velocity shears in the atmospheric surface-layer. To investigate the above hypothesis we use a rotated frame of reference to analyse the anisotropy of the horizontal velocity in the atmospheric surface-layer. This enables us to quantify the angular dependency of a Hurst exponent. Despite being anisotropic the Hurst exponent is consistent with other surface-layer literature. For time-scales above a few seconds, both data exhibit a strong, scaling anisotropy that decreases with height. We put forward an analytical expression for the angular variation of the Hurst exponent based on the correlation of the horizontal components. It determines the generation of wind shear extremes, including those in the wake of a turbine. We find that the turbulent wind shears are so extreme that their probability distributions follow a power law. The corresponding exponent (qD) is rather the same in both sites at 50m heights (4 ≤ qD ≤ 5), in spite of very different orographic conditions. We also discuss its consequences when analysing the stability of the atmospheric boundary-layer and propose a new method for its classification. Finally, we analytically demonstrate that anisotropy increases the extremes probability. This finding reveals one of the many possible turbulence mechanisms in the atmospheric surface-layer that may seemingly over-generate wind shear extremes if they are studied in an isotropic UM framework. We theoretically analyse the consequences of this on the UM estimates for the DTM method. The obtained analytical results fully support empirical findings. We then discuss how to take into account all of these considerations when simulating multifractal fields of the wind in the atmospheric boundary-layer. The overall results of this dissertation go beyond wind energy, they open up new perspectives for the theoretical predictions of extremes in the general case of strongly correlated data, A partir des équations gouvernant le champ de vitesse, on peut non seulement s'attendre à un vent (fortement) non-gaussien, mais aussi à un vent présentant un comportement scalant. Par ‘scalant' ou invariant d'échelle, nous faisons référence à un comportement statistique auto-similaire particulier; les cascades de tourbillons. Les multifractales stochastiques (avec des singularités et des co-dimensions multiples) reproduisent facilement le comportement scalant et les distributions de probabilités à queues épaisses omniprésentes dans le vent et dont la quantification est essentielle pour la communauté. Les quelques paramètres qui définissent ces modèles peuvent être déduits soit de considérations théoriques, soit de l'analyse statistique de données. Nous avons constaté que les approximations de flux basées sur le module du cisaillement du vent donnent des moments statistiques non-scalants et donc des estimations faussées des paramètres multifractals. La méthode DSF n'exige pas cette approximation et garantit un comportement scalant sur une certaine gamme d'échelles. Nous n'avons trouvé aucune estimation véritablement stable d'alpha en utilisant des méthodes standards. Ceci n'arrive plus quand nous optimisons localement (par la différenciation fractionnaire) le comportement scalant du DTM. Nous obtenons alors des estimations très stables de l'indice de multifractalité qui sont en outre en accord (alpha ≤ 2) avec des résultats publiés. Au contraire, les deux autres paramètres (C1 et H) deviennent des fonctions non-linéaires de l'ordre q des moments statistiques. Ces résultats suggèrent que le modèle UM isotrope ne peut être utilisé pour reproduire le cisaillement de vent dans la couche de surface atmosphérique. Lesdites hypothèses sont examinées en utilisant un repère tournant pour analyser l'anisotropie de la vitesse horizontale dans la couche de surface atmosphérique. Cela permet de quantifier la dépendance angulaire de l'exposant de Hurst. Les valeurs de cet exposant restent tout de même conformes aux résultats précédemment publiés. Pour des échelles de temps supérieures à quelques secondes, les deux jeux de données présentent une anisotropie scalante forte, qui décroît avec l'altitude. Nous mettons en évidence une expression analytique de la variation angulaire de l'exposant de Hurst, reposant sur les corrélations entre les composantes horizontales. Ceci pilote la formation des extrêmes du cisaillement, y compris dans le sillage d'une éolienne. Les cisaillements turbulents du vent sont si extrêmes que leur loi de probabilité est une loi de puissance. L'exposant correspondant (qD) est similaire pour les deux sites à une hauteur de 50m (4 ≤ qD ≤ 5), malgré des conditions orographiques très différentes. Nous discutons aussi de ses conséquences en analysant la stabilité de la couche limite atmosphérique et proposons une nouvelle méthode pour sa classification. Enfin, nous démontrons analytiquement que l'anisotropie augmente la probabilité des extrêmes. Ce résultat met en lumière un des nombreux mécanismes de turbulence possibles dans la couche de surface qui peut apparemment surproduire les cisaillements extrêmes du vent, s'ils sont étudiés dans le cadre des UM isotropes. Nous en analysons théoriquement les conséquences sur les estimations des paramètres multifractales par la méthode DTM. Les résultats analytiques obtenus sont en parfait accord avec les observations empiriques. Nous discutons alors de la prise en compte de toutes ces considérations pour faire des simulations multifractales des champs du vent dans la couche limite atmosphérique

To benefit from strong winds, an increasing number of wind turbines are placed in complex terrains. But complex terrains means complex flows and difficult wind resource assessment. This study proposed to use wind tunnel modelling to evaluate the wind in a complex topography. The goal of this study is to evaluate the possibilities of wind resources assessment by wind tunnel modelling and to quantify the important modelling parameters. The lower part of the atmosphere, the atmospheric boundary layer (ABL) is defined by a velocity and a turbulence gradient. The ABL is reproduced in the wind tunnel by placing obstacles and roughness elements of different size representative to the type of terrain desired. The flow produced in the wind tunnel is validated against field data and a wise choice of the obstacles is discussed to reproduce the desired wind profile. The right reproduction of the inflow conditions is found to be the most important parameter to reproduce. The choice of the area to reproduce around a site in usually difficult to make in order to keep a low scaling factor and to account for the surrounding topography. A series of tests on simplified hills helps the experimentalist in this choice by enlightening the longitudinal and vertical extension of the wake downstream different hills shapes. Finally, two complex topographies are studied in two wind tunnels, the Bolund hill in Denmark and the Alaiz mountain in Spain. The results are giving good results, 5 to 10 %, for predicting the wind speed but more scatter is observed for the modelling of the turbulence, up to 100 %. The laboratory simulation of atmospheric flows proves to be a demanding but reliable tool for the prediction of the mean wind speed in complex terrain., Afin de bénéficier de vents importants, un nombre croissant d'éoliennes est installé en terrain complexe. Cependant, un terrain complexe accroit la complexité de l'écoulement et donc la prédiction du potentiel éolien. Dans ce travail, le vent en terrain complexe est simulé en soufflerie. L'objectif est d'étudier la capacité de la modélisation en soufflerie.La partie basse de l'atmosphère, appelée couche limite atmosphérique, est le siège d'important gradients de vitesse et de turbulence. Dans la soufflerie, ils sont reproduits grâce à des obstacles placés dans la section d'essai. Leurs tailles varient en fonction du type de terrain à modéliser. Cette approche expérimentale est validée par des données terrain. La reproduction des conditions atmosphériques est le paramètre crucial pour une bonne modélisation.Pour évaluer le vent en terrain complexe, le choix de la zone à reproduire autour du site d'intérêt est une question centrale : elle doit tenir compte de l'effet des reliefs environnants mais doit être assez réduite pour préserver un facteur d'échelle raisonnable dans la soufflerie. Une série d'études sur des collines simplifiées est ainsi réalisé afin de déterminer l'étendue spatiale du sillage en aval d'un relief simplifié afin de rationaliser le choix de la zone d'étude.Deux cas réels sont ensuite traités, l'ile de Bolund au Danemark et la montagne Alaiz en Espagne. Les résultats sont bons pour l'estimation de la vitesse du vent, entre 5 et 10 % mais la modélisation de la turbulence est plus difficile, des écarts jusqu'à 100 % sont enregistrés comparés aux données terrain.

There is increasing consensus that NIMBYism is a deficient explanation for widespread resistance to the installation of wind power facilities. This paper addresses this deficiency by examining the determinants of tourist preferences over the position of offshore wind farms at different distances from the shore in the Mediterranean Sea. A principal component analysis is used to retrieve general attitudinal themes, which act as covariates in a choice model. We demonstrate the role of respondents’ opinions on energy policy, perceived urgency of tackling climate change, NIMBY objections, nationality and education in explaining preferences for the siting of offshore wind farms.

The French government has committed itself to an ambitious target of boosting the offshore wind power capacity to reach 6 GW by 2020. Wind turbines onshore as well as offshore are highly contested on visual grounds. Affected stakeholders, ranging from business and property owners, fishermen and elected municipal planners, fear significant negative economic impacts on their ‘business' or their ‘property'. In the French Mediterranean region of the Languedoc Roussillon, the expectation is that the tourist industry will be chagrined in the presence of an offshore wind farm – giving a windy and cemented image of the region. Since talks began about 10 years ago, on the potential for ‘harvesting' the winds of the Mediterranean Sea, many postulates have been made with regard to the impact on coastal tourism. In particular, resistance mounted when plans to include the Languedoc Roussillon in the 2011 tender for the construction of 2 GW wind power capacity were materialising. In this light, it was considered of pertinence to investigate how offshore wind farms, installed at realistic distances from the coast (5, 8 or 12 km), would affect coastal tourism. Additionally, it was considered of interest to help define strategies that coastal community resort may adopt to boost visiting numbers or profit margins with or without wind farms. To answer these questions a full-scale choice experiment valuation survey with over 350 tourists was undertaken in the summer of 2010 on Languedoc beaches. Our survey results show (in chapter 3) that average visual disamenity costs tends to zero, when an offshore wind farm is installed somewhere between 8 and 12 km from the shore. We also find that there is considerable demand for “sustainable” coastal community resorts that favours local produce, bicycling, public transport, energy and water saving devices. Thus, our estimates show that a wind farm installed 8 km from the shore could be ‘compensated for' through the simultaneous ‘greening' of the coastal community resort. If in addition a wind farm is associated with artificial reefs and recreational user access, our results point to an actual rise in tourist related revenues when the wind farm is located min. 5 km from the coast. The policy recommendation is thus two fold: Everything else equals, a wind farm located 12 km offshore will have no negative incidence on tourism. With simultaneous application of a coherent environmental policy and wind farm associated recreational activities, wind farm siting can be conceived from 5 km and outwards. In a latter stage (chapter 5) we explicit account for the well-established fact that humans' over-estimate losses compared with equal-sized gains, in our econometric estimations. By incorporating so-called gain-loss asymmetry in the utility function, we observe that the WTP to remove wind farms had they already been installed is half the compensation required to accept their presence during a vacation. The disamenity costs associated with wind farm installation are thus of a significantly smaller magnitude had the wind farms already been installed. On the other hand, the welfare benefits associated with eco-efficiency and wind farm associated recreational activities are larger had they already been invigorated. The verdict is that asymmetry should be accounted for, or at least recognised in stated preference valuation studies that simultaneously use utility increasing and utility decreasing attributes. Finally, the thesis highlights (in chapter 4) that it is not only relevant to understand how the tourist industry and Languedoc service sector may be affected by the installation of offshore wind farms. It is similarly relevant to gain an insight into the wider factor governing public acceptance of offshore wind farm projects. In that regard the thesis provides evidence that there has been an excessive and not very constructive focus on NIMBYism as a mean to explain resistance to wind farm proposals. A large range of factors drives preferences for or against the installation of offshore wind farms - these have a direct bearing on the visual evaluation of wind turbines in the seascape. We find that concerns over the efficiency and costliness of wind energy and localized consequences on noisescape, seascape, fauna and flora, exacerbates disamenity costs. Climate change concern and aversion to traditional fuels on the other hand serve to lessen disamenity costs of wind farm installation. Similarly, respondents with a higher education also experiences a smaller disutility costs from the presence of wind turbines. Finally, it is noteworthy that nationality stands out as the single most important socio-demographic determinant of preferences for/against the installation of wind farms. This alerts us about the degree to which nation specific energy policies, social norms, and lobbying may be part of leading to widely divergent evaluations. Conclusively, preferences for the siting of energy producing facilities are inherently and deeply heterogeneous. This heterogeneity can fruitfully be addressed in valuation studies to help design efficient, sustainable policies and define dynamic responses to these., Le gouvernement français s'est engagé sur un ambitieux objectif de développer l'éolien offshore pour atteindre une capacité de 6 GW d'ici 2020. La construction d'éoliennes terrestres, tout comme les éoliennes offshore, est très contestée en raison de leur impact visuel sur le paysage. Dans la région française du Languedoc Roussillon, les acteurs concernés (industrie touristique, commerces, pêcheurs, élus locaux), craignent que la construction de parc éoliens offshore aie des effets néfastes sur le tourisme, en donnant à la région une image industrialisée et « bétonnée ». Jusqu'à présent, en mer du Nord, il n'a jamais été mis en évidence que la construction de parcs éoliens offshore ait réellement affecté l'attractivité touristique des côtes environnantes. On peut se demander si ce constat peut être extrapolé à la cote méditerranéenne. Depuis une dizaine d'années, lorsqu'ont débuté les débats sur la possibilité d'exploiter les vents méditerranéens, beaucoup de préjugés sont apparus sur l'impact potentiel négatif que cela pourrait avoir sur le tourisme. La réticence a d'autant plus augmenté lorsque le Languedoc Roussillon a été inclus dans le zonage de l'appel d'offre concernant la construction de 2 GW de parcs éoliens. Il était donc pertinent de mener une enquête auprès des touristes du littoral pour évaluer comment l'installation de parcs éoliens, installés à des distances réalistes des côtés, pourrait affecter le tourisme balnéaire. Par ailleurs, il était également intéressant de proposer des stratégies que les stations balnéaires pourraient adopter pour augmenter le nombre de touristes et leurs profits, avec ou sans parc éolien. Pour répondre à ces questions, une enquête d'évaluation mobilisant la méthode des « choice experiment », a été réalisée durant l'été 2010, auprès de plus de 350 touristes, sur les plages languedociennes. Les résultats de cette enquête, présentés au chapitre 3, montrent que les coûts liés à la nuisance visuelle s'annulent lorsque le parc éolien est installé à des distances comprises entre 8 et 12 km de la côte. L'enquête a également mis en évidence une forte demande pour la mise en place de démarches éco responsable (favorisant les produits locaux, le vélo, les transports publics et les économies d'eau et d'énergie) par les stations balnéaires. Ainsi, nos résultats montrent que la nuisance vécue par l'installation d'un parc à 8 km de la cote serait compensée par la mise en place simultanée d'une « démarche verte ». Par ailleurs, la construction de récifs artificiels associé au parc éolien, qui permettrait l'accès à des loisirs récréatifs (plongée sous marine par ex.) générerait, d'après nos résultats, une augmentation des dépenses des touristes, si ce parc était installé à une distance d'au moins 5 km de la côte. De nos résultats émergent deux principaux constats : - L'implantation d'une éolienne à 12 km de la côte, sans aucune évolution de la station par ailleurs, n'aurait pas d'incidence négative sur le tourisme. - Si la station balnéaire met simultanément en place des actions environnementales et des activités récréatives, le parc éolien peut alors être conçu à partir d'une distance de 5 km de la côte. L'écart entre le Consentement à Payer pour un bien et le Consentement à Recevoir une compensation pour renoncer à ce même bien est un phénomène très largement mis en évidence en économie de l'environnement. Dans une seconde partie de la thèse, nous prenons en compte dans nos estimations économétriques cet écart entre les pertes et des gains dans la fonction d'utilité. En tenant compte de cette asymétrie, nous estimons une réduction de moitié de la nuisance vécue par rapport aux éoliennes si le parc éolien est déjà installé. D'un autre côté, les bénéfices liés aux activités récréatives et à une démarche éco responsable sont perçu comme plus élevés si ces activités étaient déjà mises en place. La thèse démontre également la nécessite de prendre en compte des facteurs globaux influençant l'acceptation publique de ces parcs. Traditionnellement, le syndrome NIMBY , a été utilisé comme le composant explicatif principal pour expliquer la résistance aux futurs projets de parcs. Cependant, un grand nombre de facteurs influence directement les préjugés et donc la « perception visuelle » des parcs éoliens. D'une part, certains facteurs aggravent la nuisance vécue tels que les préoccupations relatives à l'efficacité énergétique des éoliennes, leur coût énergétique, leurs conséquences en terme de nuisance sonore, leur impact sur le paysage, la faune et la flore locales. D'autre part, des facteurs comme la préoccupation relative au changement climatique associée et l'aversion pour les énergies fossiles et le nucléaire diminuent la nuisance vécue par rapport aux éoliennes. Les répondants qui ont un niveau d'études élevé ont également une nuisance vécue moins importante concernant la présence d'éoliennes. Finalement, on remarque que le facteur le plus déterminant parmi les variables socio démographiques impactant sur la position favorable ou non pour la présence d'éoliennes est la nationalité : les ressortissants des pays du nord de l'Europe y sont plus favorables que les français. Cela nous alerte sur l'importance de l'impact des politiques énergétiques, des normes sociales et du lobbying sur les évaluations. En conclusion, les préférences pour l'emplacement des sites de production énergétiques sont profondément hétérogènes. Cette hétérogénéité peut être mise en évidence par le biais d'études d'évaluation économiques et ainsi apporter des réponses pertinentes pour la mise en place de politiques efficaces et durables.

O potencial eólico brasileiro é uma importante alternativa para a produção de energia renovável para enfrentar as emissões de poluentes atmosféricos com a utilização de energia limpa. Uma excelente política ambiental para minimizar as consequências previstas pelo aquecimento global, perante as emissões de dióxido de carbono e poluentes relacionados com a utilização de carvão mineral e outros combustíveis fósseis. Este artigo enumerou as consequências ambientais das usinas eólicas sobre os campos de dunas através da fragmentação dos sistemas ambientais provocado pelas obras de engenharia. Ao final foi possível analisar os impactos cumulativos tomando como exemplo o litoral cearense, definir alternativas locacionais e ações adequadas para o planejamento de ambientes costeiros diante esta nova forma de geração de energia limpa.En ce qui concerne la production d'énergies renouvelables au Brésil, le potentiel éolien est une alternative prometteuse pour la réduction d’émissions de polluants atmosphériques, la mise en pratique d’une politique environnementale sensible aux conséquences du phénomène de réchauffement global. Cependant, la localisation de projets de cette nature dans les champs de dunes, suscite un changement drastique de la dynamique géomorphologique de la zone côtière, avec des impacts environnementaux que ce texte vise à d’évaluer, surtout dans le cas du Ceará. La localisation des parcs éoliens dans les champs de dunes y est une conséquence des politiques d’aménagement mises en place dans la zone côtière et d’après la logique de production d'énergie propre.The wind potential in Brazil is an important alternative for the production of renewable energy, reducing the emission of air pollutants with the use of clean energy. An environmental policy to minimize the consequences of global warming. This article evaluated the environmental impacts of wind farms on the dune fields and changes in the geomorphological dynamics of the coastal zone. We analyzed the cumulative impacts taking as example the coast of Ceará State, defined locational alternatives and coastal environments for the generation of clean energy.

In the run-up to a governmental invitation to tender for the construction offshore wind farms in the Languedoc Rousillon, coastal municipalities have been voicing fear about their potential impact on the tourist industry. To understand how offshore wind farms may affect tourism, we conducted a choice experiment with coastal tourists in Languedoc Rousillon. We elicited willingness to pay and willingness to accept compensation for wind turbines at different distances from the shore and examined whether potential visual nuisances may be compensated by associating the wind farm with recreational opportunities (observational boating, diving at artificial reefs and turbine foundations) or by adopting a coherent environmental policy. We show that the compensation required for the visual nuisance depends on the age segment of the tourists, their nationality, their vacation activities and their degree of loyalty to Languedoc Rousillon coastal community resorts. Our policy recommendation is two-fold: Everything else equals, wind farm implantation 12 km offshore is preferable from the viewpoint of favouring the tourist industry. With simultaneous application of a coherent environmental policy and wind farm associated recreational activities, a wind farm can be conceived from 5 km and outwards without a loss in tourist revenues.

International audience; Because wind energy is materialised at local level it seems important also to think locally its development. Although the global impact of wind energy is mainly perceived as positive, local concerns have to be coped with. Based on a review of the international literature and on a study of five Belgian cases, the paper underlines the spatial transition of energy production relating to the spreading of wind turbines. It proposes several ways to include the local society in the wind energy development.; Parce que l'énergie éolienne prend place à l'échelle locale, il semble important de penser aussi son développement à ce niveau. Quand le développement éolien est globalement perçu comme positif, des problèmes apparaissent au niveau local. Basée sur une revue de la littérature et sur cinq études de cas en Belgique, la communication souligne la transition spatiale de la production d'énergie suite à la multiplication des sites éoliens. Elle propose des pistes afin de mieux inclure la société locale dans le développement éolien.

The large-scale integration of wind power can be a challenge for power system operators because, unlike conventional power sources, wind power is variable and non-dispatchable. To alleviate some of the problems posed by large-scale wind power integration, power system operators express the need for short-term (48 to 120 hours ahead) forecasts of the aggregated output of all wind farms within a specified geographical region.The aim of the thesis is to develop a framework and tools to help in the implementation of statistical regional wind power forecasting models.We first propose a framework for the characterization of the regional wind power. In this way, salient aspects of the regional wind power forecasting problem that must be taken into account when designing a regional forecasting model are identified. We then examine the regional forecasting problem from a statistical learning perspective. We define three generic approaches that can be used to combine sub-models to build regional models. The influence of these approaches on forecast accuracy is examined, as well as that of the choice of sub-models. The comparison of sub-models is made possible by the introduction of a novel forecasting model whose performance is shown to be comparable to that of other state-of-the-art models.Finally, we examine the impact of explanatory variable selection on forecast accuracy and derive general guidelines applicable in the frame of regional wind power forecasting. To ease modelling, automatic selection techniques are investigated. Two variable selection methods (a filter and a wrapper method) that exploit problem-specific characteristics are proposed. These methods are shown to compare very favourably to a generic state-of-the-art method.; L'intégration à grande échelle de l'énergie éolienne dans les réseaux électriques peut poser des problèmes aux opérateurs de ces réseaux car, contrairement aux moyens de production conventionnels, la production éolienne est variable et non contrôlable. Pour réduire l'impact de certains de ces problèmes, les gestionnaires de réseaux expriment le besoin de prévisions à court terme (de 48 à 120 heures) de la production agrégée des parcs éoliens situés dans une région définie.Le but de la thèse est de développer un cadre d'analyse et des outils permettant de faciliter la mise en place de modèles de prévision de la production éolienne régionale.La thèse présente tout d'abord un cadre d'analyse permettant de caractériser la production éolienne régionale. Par ce biais, les propriétés saillantes de la production régionale, qui doivent être prises en compte lors de la conception d'un modèle de prévision régionale, sont identifiées.Le problème de la prévision régionale est ensuite abordé comme un problème d'apprentissage statistique. Nous définissons trois approches de modélisation générique permettant la combinaison de sous-modèles. L'influence de ces approches sur la précision des prévisions est étudiée ainsi que celle du choix des sous-modèles. Pour permettre la comparaison de sous-modèles, nous introduisons un modèle de prévision éolienne dont la performance est comparable aux modèles de l'état de l'art.Finalement, nous examinons l'impact sur la précision de prévision qu'a le choix des variables explicatives et nous proposons des règles générales de sélection dans le cadre de la prévision éolienne régionale. Pour faciliter le processus de modélisation, des méthodes de sélection automatique sont étudiées. Deux méthodes (une méthode filtre et une méthode wrapper) qui exploitent les caractéristiques propres au problème sont proposées. Nous montrons que ces méthodes sont plus performantes qu'une méthode générique de l'état de l'art.

The large-scale integration of wind power can be a challenge for power system operators because, unlike conventional power sources, wind power is variable and non-dispatchable. To alleviate some of the problems posed by large-scale wind power integration, power system operators express the need for short-term (48 to 120 hours ahead) forecasts of the aggregated output of all wind farms within a specified geographical region.The aim of the thesis is to develop a framework and tools to help in the implementation of statistical regional wind power forecasting models.We first propose a framework for the characterization of the regional wind power. In this way, salient aspects of the regional wind power forecasting problem that must be taken into account when designing a regional forecasting model are identified. We then examine the regional forecasting problem from a statistical learning perspective. We define three generic approaches that can be used to combine sub-models to build regional models. The influence of these approaches on forecast accuracy is examined, as well as that of the choice of sub-models. The comparison of sub-models is made possible by the introduction of a novel forecasting model whose performance is shown to be comparable to that of other state-of-the-art models.Finally, we examine the impact of explanatory variable selection on forecast accuracy and derive general guidelines applicable in the frame of regional wind power forecasting. To ease modelling, automatic selection techniques are investigated. Two variable selection methods (a filter and a wrapper method) that exploit problem-specific characteristics are proposed. These methods are shown to compare very favourably to a generic state-of-the-art method.; L'intégration à grande échelle de l'énergie éolienne dans les réseaux électriques peut poser des problèmes aux opérateurs de ces réseaux car, contrairement aux moyens de production conventionnels, la production éolienne est variable et non contrôlable. Pour réduire l'impact de certains de ces problèmes, les gestionnaires de réseaux expriment le besoin de prévisions à court terme (de 48 à 120 heures) de la production agrégée des parcs éoliens situés dans une région définie.Le but de la thèse est de développer un cadre d'analyse et des outils permettant de faciliter la mise en place de modèles de prévision de la production éolienne régionale.La thèse présente tout d'abord un cadre d'analyse permettant de caractériser la production éolienne régionale. Par ce biais, les propriétés saillantes de la production régionale, qui doivent être prises en compte lors de la conception d'un modèle de prévision régionale, sont identifiées.Le problème de la prévision régionale est ensuite abordé comme un problème d'apprentissage statistique. Nous définissons trois approches de modélisation générique permettant la combinaison de sous-modèles. L'influence de ces approches sur la précision des prévisions est étudiée ainsi que celle du choix des sous-modèles. Pour permettre la comparaison de sous-modèles, nous introduisons un modèle de prévision éolienne dont la performance est comparable aux modèles de l'état de l'art.Finalement, nous examinons l'impact sur la précision de prévision qu'a le choix des variables explicatives et nous proposons des règles générales de sélection dans le cadre de la prévision éolienne régionale. Pour faciliter le processus de modélisation, des méthodes de sélection automatique sont étudiées. Deux méthodes (une méthode filtre et une méthode wrapper) qui exploitent les caractéristiques propres au problème sont proposées. Nous montrons que ces méthodes sont plus performantes qu'une méthode générique de l'état de l'art.

Wind power forecasting tools have been developed for some time. The majority of such tools usually provides single-valued (spot) predictions. Such predictions limits the use of tools for decision-making under uncertainty. In this paper we propose a method for producing the complete predictive probability density function (PDF). The method is based on kernel density estimation techniques. The preliminary results show that this method levels with state of the art one while being fast and producing the complete PDF. The results were obtained through real data from three French wind farms.

International audience; The consortium of the European Coordination Action 'Prediction of Waves, Wakes and Offshore Wind' (POW'WOW) has established a Virtual Laboratory (ViLab) for the development and operational use of wind power prediction systems. The objectives are to stimulate research in this field, to tighten the collaboration between forecasters and forecast users, and to follow and communicate the state of the art in short term prediction of wind generation. The present note clarifies the benefits for the participants to the ViLab. Also, it describes the methodology employed and some practical issues related to data and confidentiality.

Wind power experiences a tremendous development in Europe. Though, the intermittence of wind generation causes difficulties in the management of power systems. Moreover, in the context of the deregulation of electricity markets, wind energy is penalized by its intermittent nature. It is recognized today that the forecasting of wind power for horizons up to 2/3-day ahead eases the integration of wind generation. Wind power forecasts are traditionally provided in the form of point predictions, which correspond to the most-likely power production for a given horizon. That sole information is not sufficient for developing optimal management or trading strategies. Therefore, we investigate on possible ways for estimating the uncertainty of wind power forecasts. The characteristics of the prediction uncertainty are described by a thorough study of the performance of some of the state-of-the-art approaches, and by underlining the influence of some variables e.g. level of predicted power on distributions of prediction errors. Then, a generic method for the estimation of prediction intervals is introduced. This statistical method is non-parametric and utilizes fuzzy logic concepts for integrating expertise on the prediction uncertainty characteristics. By estimating several prediction intervals at once, one obtains predictive distributions of wind power output. The proposed method is evaluated in terms of its reliability, sharpness and resolution. In parallel, we explore the potential use of ensemble predictions for skill forecasting. Wind power ensemble forecasts are obtained either by converting meteorological ensembles (from ECMWF and NCEP) to power or by applying a poor man's temporal approach. A proposal for the definition of prediction risk indices is given, reflecting the disagreement between ensemble members over a set of successive look-ahead times. Such risk indices may comprise a more comprehensive signal on the expected level of uncertainty in an operational environment. A probabilistic relation between classes of risk indices and the level of forecast error is shown. In a final part, the trading application is considered for demonstrating the value of uncertainty estimation when predicting wind generation. It is explained how to integrate that uncertainty information in a decision-making process accounting for the sensitivity of end-users to regulation costs. The benefits of having a probabilistic view of wind power forecasting are clearly shown.; L'énergie éolienne connaît un développement considérable en Europe. Pourtant, le caractère intermittent de cette énergie renouvelable introduit des difficultés pour la gestion du réseau électrique. De plus, dans le cadre de la dérégulation des marchés de l'électricité, l'énergie éolienne est pénalisée par rapport aux moyens de production contrôlables. La prédiction de la production éolienne à des horizons de 2-3 jours aide l'intégration de cette énergie. Ces prédictions consistent en une seule valeur par horizon, qui correspond à la production la plus probable. Cette information n'est pas suffisante pour définir des stratégies de commerce ou de gestion optimales. C'est pour cela que notre travail se concentre sur l'incertitude des prédictions éoliennes. Les caractéristiques de cette incertitude sont décrites à travers une analyse des performances de certains modèles de l'état de l'art, et en soulignant l'influence de certaines variables sur les moments des distributions d'erreurs de prédiction. Ensuite, nous décrivons une méthode générique pour l'estimation d'intervalles de prédiction. Il s'agit d'une méthode statistique nonparamétrique qui utilise des concepts de logique floue pour intégrer l'expertise acquise concernant les caractéristiques de cette incertitude. En estimant plusieurs intervalles à la fois, on obtient alors des prédictions probabilistes sous forme de densité de probabilité de production éolienne pour chaque horizon. La méthode est évaluée en terme de fiabilité, finesse et résolution. En parallèle, nous explorons la possibilité d'utiliser des prédictions ensemblistes pour fournir des 'prévisions d'erreur'. Ces prédictions ensemblistes sont obtenues soit en convertissant des prévisions météorologiques ensemblistes (fournies par ECMWF ou NCEP), soit en appliquant une approche de décalage temporel. Nous proposons une définition d'indices de risque, qui reflètent la dispersion des ensembles pour un ou plusieurs horizons consécutifs. Une relation probabiliste entre ces indices de risque et le niveau d'erreur de prédiction est établie. Dans une dernière partie, nous considérons la participation de l'énergie éolienne dans les marchés de l'électricité afin de démontrer la valeur de l'information 'incertitude'. Nous expliquons comment définir des stratégies de participation à ces bourses de l'électricité avec des prédictions déterministes ou probabilistes. Les bénéfices résultant d'une estimation de l'incertitude des prédictions éoliennes sont clairement démontrés.

Wind energy is seriously growing in response to environmental problems of traditional energy sources and aerogenerator technological improvements. The part of this kind of energy is each day more important in windy regions. Thus, the wind turbine power quality impact on the grid increases.Moreover, wind energy cost is still too high to compete with traditional sources on less windy sites. More intelligence can be introduced into wind turbine control to resolve these problems. This control must be done taking into account the whole wind turbine behaviour. Perturbations from wind have to be also considered. The thesis objective is to design control laws of a pitch regulated variable speed wind turbine, taking into account winf pertubations and four optimisation criterions. These criterions are: improvements of the power quality supply, of the energetic efficiency and of the control robustness ans reduction of the aeogenerator drive-train fatigue loads. There are simulation models allowing the study of wind turbine control laws, but wind perturbations impact on the whole system is not generally considered with high precision. Here, a pitch regulated variable speed wind turbine simulation model is presented. Interaction between wind and wind turbine is accurately examinated. This simulation model has been validated with real data of a 180 kW aerogenerator and with information from some papers. A pitch regulated variable speed wind turbine has different operating zones. Here, three zones are studied: One corresponding to mediam wind speeds where turbine rotational speed is variable, the second related to higher speeds where aerogenerator rotates at nominal speed and the last related to wind speeds where the poer captured by the turbine is limited with pitch control. Beside wind turbine genral control strategy, different control designs are examinated in each zone. Linear models allowing to study the system dynamical behaviour are obtained on different operating points from the non-linear simulation model. Some of these models are used as control models . Robust numerical regulators are synthesised in each operating zone. These regulators are then tested on the simulation model. Different controls are compared observing their behaviour in relation to the four control criterions linked to the thesis objective. A simulation model is pratical to test control laws, but it is better to run also trials of these laws on a test bench before implementing them on a real wind turbine. Here, the aerogeneraor studied is the thesis is emulated on a 15 kW test bench. After this, experimental trials are realides on this bench. The results in simulation and test bench trials show that advanced control laws improving the behaviour of a pitch regulated variable speed wind turbine., L'énergie éolienne est en train de se développer en conséquence des problèmes environnementaux posés par les sources d'énergie traditionnelles et du progrès technologique des aérogénérateurs. La part de ce type d'énergie dans le réseau est de plus en plus importante dans les régions ventées. Par suite, l'impact sur le réseau électrique, de la qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente. D'autre part, le coût de l'énergie éolienne est encore trop élevé pour concurrencer les sources traditionnelles sur des sites moins ventés. Plus " d'intelligence " peut être introduite dans la commande des éoliennes pour résoudre ces problèmes. Cette commande doit être faite en tenant compte du comportement de l'aérogénérateur dans son ensemble. Les perturbations provenant du vent doivent également être considérées. L'objectif de cette thèse se résume ainsi: concevoir les lois de commande d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch, en tenant compte des perturbations éoliennes et avec quatre critères d'optimisation. Ces critères sont: l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique produite, du rendement énergétique et de la robustesse des commandes et la diminution des efforts subis par le train de puissance de l'éolienne. Des modèles de simulation permettant d'étudier les lois de commande d'aérogénérateurs existent, mais l'impact des perturbations éoliennes sur le système dans son ensemble n'est en général pas considéré avec suffisamment de précision. Ici, un modèle de simulation d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch est présenté. Une attention particulière est portée à l'interaction entre le vent et la turbine. Ce modèle de simulation a été validé à l'aide de données réelles d'une éolienne de 180 kW et de données provenant de la littérature. Un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch a différentes zones de fonctionnement. Trois zones sont étudiées ici: celle correspondante à des vitesses de vent moyens où la vitesse de rotation de l'éolienne est variable, celle liée à des vitesses plus importantes où l'éolienne tourne à la vitesse nominale et celle liée aux vitesses de vent où la puissance captée par la turbine est limitée à l'aide du pitch. En plus de la stratégie de commande générale de l'éolienne, différentes conceptions de commandes dans chacune de ces zones sont examinées. Des modèles linéaires permettant d'étudier le comportement dynamique du système éolien sont obtenus sur différents points de fonctionnement à partir du modèle de simulation non-linéaire. Certains de ces modèles sont utilisés en tant que modèle de commande. Des régulateurs numériques robustes sont synthétisés dans chacune des zones de fonctionnement. Ces lois de commande sont ensuite testées sur le modèle de simulation. Différentes commandes sont comparées en observant leur comportement face aux quatre critères liés à l'objectif de thèse. Un modèle de simulation est pratique pour tester les lois de commande, mais il convient d'essayer ces lois aussi sur un banc d'essai avant de les implémenter sur une éolienne réelle. Ici, l'aérogénérateur simulé est émulé sur un banc d'essai de 15 kW. Ensuite, quelques essais expérimentaux sont réalisés sur ce banc. Les résultats obtenus en simulations et sur le banc d'essai montrent que des lois de commande avancées permettent d'améliorer le comportement d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch.

Wind energy is seriously growing in response to environmental problems of traditional energy sources and aerogenerator technological improvements. The part of this kind of energy is each day more important in windy regions. Thus, the wind turbine power quality impact on the grid increases.Moreover, wind energy cost is still too high to compete with traditional sources on less windy sites. More intelligence can be introduced into wind turbine control to resolve these problems. This control must be done taking into account the whole wind turbine behaviour. Perturbations from wind have to be also considered. The thesis objective is to design control laws of a pitch regulated variable speed wind turbine, taking into account winf pertubations and four optimisation criterions. These criterions are: improvements of the power quality supply, of the energetic efficiency and of the control robustness ans reduction of the aeogenerator drive-train fatigue loads. There are simulation models allowing the study of wind turbine control laws, but wind perturbations impact on the whole system is not generally considered with high precision. Here, a pitch regulated variable speed wind turbine simulation model is presented. Interaction between wind and wind turbine is accurately examinated. This simulation model has been validated with real data of a 180 kW aerogenerator and with information from some papers. A pitch regulated variable speed wind turbine has different operating zones. Here, three zones are studied: One corresponding to mediam wind speeds where turbine rotational speed is variable, the second related to higher speeds where aerogenerator rotates at nominal speed and the last related to wind speeds where the poer captured by the turbine is limited with pitch control. Beside wind turbine genral control strategy, different control designs are examinated in each zone. Linear models allowing to study the system dynamical behaviour are obtained on different operating points from the non-linear simulation model. Some of these models are used as control models . Robust numerical regulators are synthesised in each operating zone. These regulators are then tested on the simulation model. Different controls are compared observing their behaviour in relation to the four control criterions linked to the thesis objective. A simulation model is pratical to test control laws, but it is better to run also trials of these laws on a test bench before implementing them on a real wind turbine. Here, the aerogeneraor studied is the thesis is emulated on a 15 kW test bench. After this, experimental trials are realides on this bench. The results in simulation and test bench trials show that advanced control laws improving the behaviour of a pitch regulated variable speed wind turbine., L'énergie éolienne est en train de se développer en conséquence des problèmes environnementaux posés par les sources d'énergie traditionnelles et du progrès technologique des aérogénérateurs. La part de ce type d'énergie dans le réseau est de plus en plus importante dans les régions ventées. Par suite, l'impact sur le réseau électrique, de la qualité de la puissance produite par les aérogénérateurs augmente. D'autre part, le coût de l'énergie éolienne est encore trop élevé pour concurrencer les sources traditionnelles sur des sites moins ventés. Plus " d'intelligence " peut être introduite dans la commande des éoliennes pour résoudre ces problèmes. Cette commande doit être faite en tenant compte du comportement de l'aérogénérateur dans son ensemble. Les perturbations provenant du vent doivent également être considérées. L'objectif de cette thèse se résume ainsi: concevoir les lois de commande d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch, en tenant compte des perturbations éoliennes et avec quatre critères d'optimisation. Ces critères sont: l'amélioration de la qualité de l'énergie électrique produite, du rendement énergétique et de la robustesse des commandes et la diminution des efforts subis par le train de puissance de l'éolienne. Des modèles de simulation permettant d'étudier les lois de commande d'aérogénérateurs existent, mais l'impact des perturbations éoliennes sur le système dans son ensemble n'est en général pas considéré avec suffisamment de précision. Ici, un modèle de simulation d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch est présenté. Une attention particulière est portée à l'interaction entre le vent et la turbine. Ce modèle de simulation a été validé à l'aide de données réelles d'une éolienne de 180 kW et de données provenant de la littérature. Un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch a différentes zones de fonctionnement. Trois zones sont étudiées ici: celle correspondante à des vitesses de vent moyens où la vitesse de rotation de l'éolienne est variable, celle liée à des vitesses plus importantes où l'éolienne tourne à la vitesse nominale et celle liée aux vitesses de vent où la puissance captée par la turbine est limitée à l'aide du pitch. En plus de la stratégie de commande générale de l'éolienne, différentes conceptions de commandes dans chacune de ces zones sont examinées. Des modèles linéaires permettant d'étudier le comportement dynamique du système éolien sont obtenus sur différents points de fonctionnement à partir du modèle de simulation non-linéaire. Certains de ces modèles sont utilisés en tant que modèle de commande. Des régulateurs numériques robustes sont synthétisés dans chacune des zones de fonctionnement. Ces lois de commande sont ensuite testées sur le modèle de simulation. Différentes commandes sont comparées en observant leur comportement face aux quatre critères liés à l'objectif de thèse. Un modèle de simulation est pratique pour tester les lois de commande, mais il convient d'essayer ces lois aussi sur un banc d'essai avant de les implémenter sur une éolienne réelle. Ici, l'aérogénérateur simulé est émulé sur un banc d'essai de 15 kW. Ensuite, quelques essais expérimentaux sont réalisés sur ce banc. Les résultats obtenus en simulations et sur le banc d'essai montrent que des lois de commande avancées permettent d'améliorer le comportement d'un aérogénérateur à vitesse variable et régulation pitch.

ResumenEl desarrollo de la energía eólica en escala mundial es notable, representando ya una parte importante de la capacidad eléctrica global con fuentes renovables. La industria eólica mundial enfoca su atención hacia países en desarrollo con locaciones idóneas para la instalación de centrales eólicas. En México, el sur del istmo de Tehuantepec es la región con mayor potencial eoloenergético y donde se concentra el despliegue de proyectos eólicos. Se examinó el desarrollo eólico en esa región y sus actores principales. Se analizaron diversos aspectos desde lo relativo al derecho a la información, hasta las implicaciones ambientales a fin de comprender la creciente oposición social a la instalación de proyectos en esa zona. El modelo de explotación eólica imperante en el istmo de Tehuantepec favorece a las empresas desarrolladoras, limitando los beneficios para las comunidades locales y acrecentando el rechazo social a los proyectos.AbstractThere has been notable development of wind energy on the global level, and it already accounts for an important share of global electrical capacity in terms of renewable sources. The global wind energy industry is now turning its attention to developing countries with suitable locations to set up wind energy facilities. In Mexico, the southern region of the Isthmus of Tehuantepec has the greatest wind energy potential and is where the majority of wind energy projects are taking place. This work examines the development of wind energy in this region and the main actors involved and analyzes various aspects ranging from the right to information to the environmental implications of these practices, aiming to understand the growing social opposition to projects in this zone. The prevailing wind energy exploitation model in the Isthmus of Tehuantepec favors developers, limiting the benefits received by local communities and increasing social backlash against the projects.