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Renewable Energies (MREs) can contribute significantly to the energy mix. MREs can be produced from different sources, among them tidal energy – the focus of this work – has aroused major interest from industrialists and decision-makers.In this thesis, a decision support tool for the optimization of the architecture of tidal farms is developed. The optimization tool, named OPTIFARM, takes into account the hydrodynamics of the site, the investment and maintenance costs, the loss of production caused by the wake effect and the energy loss in the electrical network. The tool allows determining the optimal number and positions of tidal turbines and offshore substations in the farm as well as the optimal AC electrical connection topology of the tidal farm network. The optimization tool relies on a genetic and a particle swarm optimization algorithms. OPTIFARM is applied to two French tidal energy sites: the Alderney Race located between the Alderney Island and Cap de la Hague, and the Fromveur Strait located in the sea of Iroise. Those sites represent respectively the first and the second greatest tidal potential in France. The results show that the energy production cost considerably differs from one site to another and it strongly depends on the size of the farm.; Pour faire face au réchauffement climatique, une transition énergétique de grande ampleur est impérative. Pour les pays disposant de vastes zones maritimes, comme la France, les Energies Marines Renouvelables (EMRs) peuvent constituer une part significative d’énergie à bas carbone. Les EMRs peuvent être produites à partir de la houle, du vent, des gradients de salinité… Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l’énergie des courants de marée et leur exploitation par les hydroliennes. Cette technologie est aujourd’hui en phase pré-industrielle.Dans ce travail de thèse, un outil d’aide à la décision destiné à l’optimisation de l’architecture des parcs d’hydroliennes est développé. Cet outil nommé OPTIFARM tient compte de l’hydrodynamique du site, des coûts d’investissement et des opérations de maintenance, des pertes d’énergie de production dues aux effets de sillage ainsi que des pertes d’énergies dans le réseau électrique. L’outil permet de déterminer de manière optimale le nombre et les positions des hydroliennes et des sous-stations électriques offshores ainsi que la topologie de raccordement électrique en AC. OPTIFARM est basé sur un algorithme génétique et un algorithme d’optimisation par essaim particulaire. La méthode d'optimisation développée est appliquée à deux sites hydroliens français : le Raz-Blanchard (situé entre l'île d'Aurigny et le Cap de la Hague) et le passage du Fromveur (situé en mer d'Iroise) qui représentent respectivement le premier et le deuxième plus grand gisement hydrolien en France. Les résultats montrent que le coût de production de l'énergie diffère considérablement d'un site à l'autre et qu'il dépend fortement de la taille du parc.

Cet article s’intéresse à la trajectoire contrariée de l’énergie des vagues. S’inscrivant dans une démarche forecasting volontairement transdisciplinaire à la croisée des sciences sociales et des sciences de l’ingénieur, notre propos vise à questionner la situation présente (insight) de cette énergie en replaçant les enjeux à travers le prisme rétrospectif (hindsight) et prospectif (foresight). Comment expliquer la difficulté du houlomoteur à se déployer industriellement alors que la recherche scientifique est foisonnante depuis le xixe siècle ? This paper will examine the complicated path of wave energy with a transdisciplinary and forecasting approach between social and engineering sciences. Our statement is to question the present situation of wave energy regarding hindsight and foresight aspects. How to explain wave energy’s difficulties for industrial implementation while scientific research is abundant since the 19th century?

Renewable Energies (MREs) can contribute significantly to the energy mix. MREs can be produced from different sources, among them tidal energy – the focus of this work – has aroused major interest from industrialists and decision-makers.In this thesis, a decision support tool for the optimization of the architecture of tidal farms is developed. The optimization tool, named OPTIFARM, takes into account the hydrodynamics of the site, the investment and maintenance costs, the loss of production caused by the wake effect and the energy loss in the electrical network. The tool allows determining the optimal number and positions of tidal turbines and offshore substations in the farm as well as the optimal AC electrical connection topology of the tidal farm network. The optimization tool relies on a genetic and a particle swarm optimization algorithms. OPTIFARM is applied to two French tidal energy sites: the Alderney Race located between the Alderney Island and Cap de la Hague, and the Fromveur Strait located in the sea of Iroise. Those sites represent respectively the first and the second greatest tidal potential in France. The results show that the energy production cost considerably differs from one site to another and it strongly depends on the size of the farm., Pour faire face au réchauffement climatique, une transition énergétique de grande ampleur est impérative. Pour les pays disposant de vastes zones maritimes, comme la France, les Energies Marines Renouvelables (EMRs) peuvent constituer une part significative d’énergie à bas carbone. Les EMRs peuvent être produites à partir de la houle, du vent, des gradients de salinité… Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l’énergie des courants de marée et leur exploitation par les hydroliennes. Cette technologie est aujourd’hui en phase pré-industrielle.Dans ce travail de thèse, un outil d’aide à la décision destiné à l’optimisation de l’architecture des parcs d’hydroliennes est développé. Cet outil nommé OPTIFARM tient compte de l’hydrodynamique du site, des coûts d’investissement et des opérations de maintenance, des pertes d’énergie de production dues aux effets de sillage ainsi que des pertes d’énergies dans le réseau électrique. L’outil permet de déterminer de manière optimale le nombre et les positions des hydroliennes et des sous-stations électriques offshores ainsi que la topologie de raccordement électrique en AC. OPTIFARM est basé sur un algorithme génétique et un algorithme d’optimisation par essaim particulaire. La méthode d'optimisation développée est appliquée à deux sites hydroliens français : le Raz-Blanchard (situé entre l'île d'Aurigny et le Cap de la Hague) et le passage du Fromveur (situé en mer d'Iroise) qui représentent respectivement le premier et le deuxième plus grand gisement hydrolien en France. Les résultats montrent que le coût de production de l'énergie diffère considérablement d'un site à l'autre et qu'il dépend fortement de la taille du parc.

The electrical power generation in remote maritime areas must face many technical-economic constraints related to the load satisfaction and the expensive fuel import for fossil based sources. Thanks to the recent development of marine renewable energies, new perspectives appear for the electrical power supply of maritime remote areas, so as to decarbonize the electrical power generation. In this thesis, it is proposed to study the sizing and the energy management of an islanded microgrid made of solar photovoltaic panels, wind turbines, tidal turbines, wave energy converters and batteries. A preliminary analysis of the harnessed resources allows some complementarities and non-complementarities to be highlighted. In order to reduce the unmet load demand and the cost of energy, a combined sizing and energy management optimization is proposed. Several demand-side management strategies are hierarchically applied on several loads, in order to avoid the occurrence of critical situations. The obtained results show that demand-side management allows the cost of energy to be reduced by decreasing the amount of required storage. Also, the diversification of the sources brings many benefits. Finally, the ability of the developed algorithms to correctly manage the micro-grid in real time is validated on an experimental test bench.; La production d’énergie électrique dans les zones isolées en mer doit faire face à de nombreuses contraintes technico-économiques, liées à la satisfaction de la demande et à l’importation coûteuse du combustible nécessaire aux moyens de production à partir d’énergies fossiles. Avec le récent développement des sources d’énergie marine renouvelable, de nouvelles perspectives apparaissent pour l’alimentation des sites isolés en mer, dans une optique de dé-carbonisation de la production d’énergie. Ainsi, il est proposé dans ces travaux de thèse d’étudier le dimensionnement et la gestion d’un micro-réseau insulaire composé de panneaux solaires photovoltaïques, d’éoliennes, d’hydroliennes, de houlogénérateurs et de batteries. Une analyse préalable des ressources exploitées permet de mettre en avant quelques complémentarités et non-complémentarités. Afin de minimiser l’insatisfaction de la demande et le coût de l’énergie produite, une optimisation combinée du dimensionnement et de la gestion de l’énergie est proposée. Différentes stratégies de gestion de la demande sont appliquées de manière hiérarchique sur plusieurs charges, pour éviter l’apparition de situations critiques. Les résultats obtenus montrent que l’application d’une gestion de la demande permet de réduire le coût de production de l’électricité en diminuant la quantité de stockage nécessaire. Par ailleurs, la diversification des sources utilisées offre de nombreux avantages. Enfin, la capacité des algorithmes développés à gérer correctement un micro-réseau en temps réel est validée sur un banc expérimental.

International audience

This thesis sheds light on the dynamics of change in the energy system by taking the example of marine renewable energies (MRE). By exploring ten case studies (both sectoral and territorial), it reflects on the reasons for the return of these technologies in the 2000’s. Previously excluded from the dominant paradigm of French electricity production, in the 1980s, marine renewable energies are currently making a comeback in the context of the systemic crisis of the 3Es (environmental, economic and energy). At the interface of energy policies (energy transition policies) and maritime policies (blue growth policies), marine renewable energies were legitimized when the sea became a new horizon for (re)building visionary, avant-garde and technopolitical discourses. Through this, we highlight the importance of beliefs and collective representations of technological activity. Through the diversity of technological trajectories discussed in this thesis (tidal stream and tidal range energy, wave energy, ocean thermal energy conversion and offshore wind energy), we show that, in France, the industry of marine renewable energies presents itself as a political construction without asserted technological consistency, at the interface between different technical worlds. This thesis put into perspective the notion of disruptive innovation and creative destruction by highlighting phenomena of technological rebirth, which can take several decades and even centuries. Through a retroprospective analysis, this thesis defends the idea that the dynamics of change of the energy system are not mainly driven by creation and novelty, but could, rather, be construed as a process of update and reinterpretation of existing technological principles. This thesis aims to provide insights to economists, sociologists and historians of technology who try to understand the trajectories of innovation and the conditions for success of energy technologies.; Cette thèse analyse les dynamiques de changement du système énergétique en se focalisant sur les énergies marines renouvelables (EMR). A travers l’examen de dix études de cas (études à la fois sectorielles et territoriales), elle s’interroge sur les raisons du retour de ces technologies au tournant des années 2000. Mises à la marge du paradigme dominant de la production d’électricité des années 1980, nous montrons que les énergies marines renouvelables sont revenues sur le devant de la scène dans un contexte de crise systémique des 3E (environnementale, économique et énergétique). A l’interface des politiques énergétiques (celles de la transition énergétique) et des politiques maritimes (celles de la croissance bleue), les énergies marines renouvelables ont été légitimées au moment où la mer est devenue un terrain pour (re)construire des discours visionnaires, avant-gardistes et technopolitiques. Par ce biais, nous mettons en lumière l’importance des croyances et des représentations collectives sur l’activité technologique. Au regard de la diversité des trajectoires technologiques examinées (énergie des marées et des courants, énergie des vagues, énergie thermique des mers et éolien marin), nous montrons que « la filière » des énergies marines renouvelables se présente en France comme une construction politique sans cohérence technologique affirmée entre des univers techniques différents. Cette thèse permet également de relativiser la notion d’innovation de rupture et de destruction créatrice en mettant en évidence des phénomènes de résurgence technologique pouvant durer plusieurs décennies, voire plusieurs siècles, dans l’exploitation de sources d’énergies renouvelables. Enfin, en s’inscrivant dans une démarche rétro-prospective, cette thèse défend l’idée que les processus fondamentaux dans la dynamique de changement du système énergétique ne sont pas la création et la nouveauté mais plutôt l’actualisation et la réinterprétation. Elle entend ainsi apporter une contribution originale aux interrogations à la fois des économistes, des sociologues et des historiens des techniques, qui chacun dans leur domaine tentent de comprendre les trajectoires de l'innovation et les conditions de réussite des technologies de l’énergie.

Bathymetry is a key parameter for marine renewable energies development. The current acquisition these data is made by acoustic sounders on board ships. Synthetic Aperture Radar (SAR) images can be used to acquire bathymetric maps whose resolution could satisfy the actors of the MRE. The objective of the thesis is the evaluation of the potential of new satellites carrying radar imagers for bathymetry estimation and mapping. Repetition of measurements of the Sentinel-1 mission provides Synthetic Aperture Radar (SAR) images of the same area every 6 days. This ability to capture images with sea states very different from one to another allows increasing the probability of capturing favorable conditions to estimate bathymetry with methods exploiting the swell bottom interaction. The approach proposed in this thesis is the use of wave propagation for the purpose of estimating depth. First, the use of a phase-resolved wave propagation model (Boussinesq Ocean & Surf Zone model) allowed establishing, testing and developing a method of bathymetry estimation on several free surfaces of the ocean. With favorable conditions, SAR images of the ocean can be considered as a linear representation of the sea state. Secondly, we adapted and apply the method implemented on the model to SAR images. Simple approaches of data fusion have been applied to exploit of the repetitiveness of the Sentinel-1 mission. Results obtained are able to satisfy the needs of actors in the domain of MRE. The prospects of this work are presented in this document.; La bathymétrie est un paramètre clé pour le développement des énergies marines renouvelables. L’acquisition actuelle de ces données est faite par des sondeurs acoustiques embarqués sur navires. Les images satellites des Radar à Synthèse d'ouverture (RSO) peuvent être utilisées pour obtenir des cartes bathymétriques dont la résolution est adaptée aux besoins des acteurs des EMR. L’objectif de la thèse est l’évaluation du potentiel des nouveaux satellites embarquant des imageurs radar pour l’estimation de la bathymétrie. La répétition de la mesure de la mission Sentinel-1 permet d’obtenir des images RSO d’une même zone tous les 6 jours. Cette capacité à imager des conditions de mer très différentes permet d'augmenter la probabilité d'obtenir des conditions favorables à l’estimation de la bathymétrie par des méthodes exploitant l'interaction de la houle avec la bathymétrie. L’approche proposée dans cette thèse est basée sur l’utilisation de la propagation de la houle dans le but d’estimer la profondeur. Dans un premier temps l’utilisation d'un modèle de propagation d'onde à résolution de phase (modèle Boussinesq Ocean & Surf Zone) a permis d'établir, de tester et de mettre au point une méthode d’estimation de la bathymétrie sur plusieurs surfaces libres. Dans des conditions favorables, les images RSO de l’océan peuvent être considérées comme une représentation linéaire de l’état de mer. Dans un second temps, nous avons adapté et appliqué la méthode établie sur le modèle aux images SAR. Des approches simples de fusion de données sont appliquées pour tirer parti de la répétitivité de la mission Sentinel-1. Les résultats obtenus sont en mesure de satisfaire les besoins des acteurs des EMR. Les perspectives de ce travail sont présentées.

Bathymetry is a key parameter for marine renewable energies development. The current acquisition these data is made by acoustic sounders on board ships. Synthetic Aperture Radar (SAR) images can be used to acquire bathymetric maps whose resolution could satisfy the actors of the MRE. The objective of the thesis is the evaluation of the potential of new satellites carrying radar imagers for bathymetry estimation and mapping. Repetition of measurements of the Sentinel-1 mission provides Synthetic Aperture Radar (SAR) images of the same area every 6 days. This ability to capture images with sea states very different from one to another allows increasing the probability of capturing favorable conditions to estimate bathymetry with methods exploiting the swell bottom interaction. The approach proposed in this thesis is the use of wave propagation for the purpose of estimating depth. First, the use of a phase-resolved wave propagation model (Boussinesq Ocean & Surf Zone model) allowed establishing, testing and developing a method of bathymetry estimation on several free surfaces of the ocean. With favorable conditions, SAR images of the ocean can be considered as a linear representation of the sea state. Secondly, we adapted and apply the method implemented on the model to SAR images. Simple approaches of data fusion have been applied to exploit of the repetitiveness of the Sentinel-1 mission. Results obtained are able to satisfy the needs of actors in the domain of MRE. The prospects of this work are presented in this document.; La bathymétrie est un paramètre clé pour le développement des énergies marines renouvelables. L’acquisition actuelle de ces données est faite par des sondeurs acoustiques embarqués sur navires. Les images satellites des Radar à Synthèse d'ouverture (RSO) peuvent être utilisées pour obtenir des cartes bathymétriques dont la résolution est adaptée aux besoins des acteurs des EMR. L’objectif de la thèse est l’évaluation du potentiel des nouveaux satellites embarquant des imageurs radar pour l’estimation de la bathymétrie. La répétition de la mesure de la mission Sentinel-1 permet d’obtenir des images RSO d’une même zone tous les 6 jours. Cette capacité à imager des conditions de mer très différentes permet d'augmenter la probabilité d'obtenir des conditions favorables à l’estimation de la bathymétrie par des méthodes exploitant l'interaction de la houle avec la bathymétrie. L’approche proposée dans cette thèse est basée sur l’utilisation de la propagation de la houle dans le but d’estimer la profondeur. Dans un premier temps l’utilisation d'un modèle de propagation d'onde à résolution de phase (modèle Boussinesq Ocean & Surf Zone) a permis d'établir, de tester et de mettre au point une méthode d’estimation de la bathymétrie sur plusieurs surfaces libres. Dans des conditions favorables, les images RSO de l’océan peuvent être considérées comme une représentation linéaire de l’état de mer. Dans un second temps, nous avons adapté et appliqué la méthode établie sur le modèle aux images SAR. Des approches simples de fusion de données sont appliquées pour tirer parti de la répétitivité de la mission Sentinel-1. Les résultats obtenus sont en mesure de satisfaire les besoins des acteurs des EMR. Les perspectives de ce travail sont présentées.

In the context of a territory suffering from the negative impacts of an infrastructure declared of public utility, territorial compensation consists of a set of measure that aims to help maintaining the level of well-being of each and every individual as well as a desirable ecological state. This way, territorial compensation allows to balance between the global scale of the project, in which only the positive impacts are taken into account, and the local scale where both positive and negative externalities of the project are running. Initiated by a questioning on how such a public policy tool can be deployed at the heart of specific territories, the main objective of this PhD work is to characterize the expectation of local stakeholders towards the perceived impacts awaited from the instatement of a development project. More specifically, this work relies on an analytical approach centered on the study of the perception of the stakeholders of the Bay of St-Brieuc territory (Western Brittany, France), who are directly concerned by an offshore wind farm project. To reach suchaims, complementary qualitative and quantitative methods are used such as fuzzy cognitive mapping and choice experiment method. Using this kind of approaches allowed us to better define several keys for understanding how local stakeholders perceive the impacts of such a project and agree or not with compensation being an appropriate answer regarding the negative impacts of the project and consider the implementation of compensation in reference to their preferences towards different types of action – monetary incentives, public goods investments, ecological restoration. Our results show very heterogeneous perceptions in between the different stakeholders that can in a large part beexplained using the concept of Communities of Practice. Finally, when the principle of compensation is accepted by allthe stakeholders of a territory, the equivalency logical that determines the compensation expectations can be of three types: a territorial equivalency, in which the benefits of compensation must be shared by all inhabitants of the impacted territory; an ecological equivalency, in which the level of ecological functions or ecosystem services is maintained constant; and an equivalency based on economic values that must balance the loss of benefits underwent by some professional activities., Les politiques de développement durable ont fait émerger de nombreux outils qui visent à concilier les enjeux de développement économique et ceux de préservation des intérêts sociaux et environnementaux. Parmi eux, la compensation territoriale se matérialise par l’attribution, à un territoire subissant les impacts négatifs d’un aménagement déclaré d’utilité publique, d’un ensemble de mesures visant à maintenir à niveau acceptable le bien-être des individus et l’état écologique du milieu. Elle permet ainsi de rétablir un équilibre entre la dimension globale du projet, qui ne considère que ses effets positifs, et la dimension locale, dans laquelle les externalités positives et négatives du projet rentrent en jeu. Initié par un questionnement sur la mise en oeuvre d’un tel outil de politique publique au sein de territoires spécifiques, l’objectif principal de ce travail est de caractériser la demande de compensation par les acteurs du territoire au regard des impacts perçus dans un contexte de projet d’aménagement. Ce travail explore les perceptions des acteurs du territoire de la baie de Saint-Brieuc directement concernés par un projet de parc éolien en mer vis-à-vis de ce principe de compensation. Pour ce faire, des approches qualitatives et quantitatives ont été utilisées de manière complémentaire et font appel à des outils spécifiques tels que la cartographie cognitive floue et la méthode des choix expérimentaux. Cette démarche nous a permis de produire de nombreux éléments de compréhension quant à la manière dont ces acteurs perçoivent les impacts d’un tel projet d’aménagement, acceptent ou non le principe de compensation comme outil de réponse aux impacts négatifs du projet et envisagent la mise en oeuvre de la compensation à travers leurs préférences vis-à-vis de différentes types d’actions – indemnisations financières, investissements dans des biens communs, restauration écologique. Les résultats de ce travail montrent que les perceptions, très hétérogènes au sein des acteurs du territoire, s’expliquent en grande partie à travers le concept de Communautés de Pratiques. Finalement, lorsque le principe de compensation est accepté par les acteurs du territoire, la logique d’équivalence qui conditionne la demande de compensation peut s’expliquer de trois manières différentes : une équivalence territoriale dans laquelle les bénéfices issus de la compensation doivent profiter à l’ensemble de la population du territoire impacté ; une équivalence écologique dans laquelle le niveau de fonctions écologiques et de services écosystémiques est maintenu constant, une équivalence basée sur des valeurs économiques pour pallier le manque à gagner de certaines activités professionnelles.

This thesis sheds light on the dynamics of change in the energy system by taking the example of marine renewable energies (MRE). By exploring ten case studies (both sectoral and territorial), it reflects on the reasons for the return of these technologies in the 2000’s. Previously excluded from the dominant paradigm of French electricity production, in the 1980s, marine renewable energies are currently making a comeback in the context of the systemic crisis of the 3Es (environmental, economic and energy). At the interface of energy policies (energy transition policies) and maritime policies (blue growth policies), marine renewable energies were legitimized when the sea became a new horizon for (re)building visionary, avant-garde and technopolitical discourses. Through this, we highlight the importance of beliefs and collective representations of technological activity. Through the diversity of technological trajectories discussed in this thesis (tidal stream and tidal range energy, wave energy, ocean thermal energy conversion and offshore wind energy), we show that, in France, the industry of marine renewable energies presents itself as a political construction without asserted technological consistency, at the interface between different technical worlds. This thesis put into perspective the notion of disruptive innovation and creative destruction by highlighting phenomena of technological rebirth, which can take several decades and even centuries. Through a retroprospective analysis, this thesis defends the idea that the dynamics of change of the energy system are not mainly driven by creation and novelty, but could, rather, be construed as a process of update and reinterpretation of existing technological principles. This thesis aims to provide insights to economists, sociologists and historians of technology who try to understand the trajectories of innovation and the conditions for success of energy technologies., Cette thèse analyse les dynamiques de changement du système énergétique en se focalisant sur les énergies marines renouvelables (EMR). A travers l’examen de dix études de cas (études à la fois sectorielles et territoriales), elle s’interroge sur les raisons du retour de ces technologies au tournant des années 2000. Mises à la marge du paradigme dominant de la production d’électricité des années 1980, nous montrons que les énergies marines renouvelables sont revenues sur le devant de la scène dans un contexte de crise systémique des 3E (environnementale, économique et énergétique). A l’interface des politiques énergétiques (celles de la transition énergétique) et des politiques maritimes (celles de la croissance bleue), les énergies marines renouvelables ont été légitimées au moment où la mer est devenue un terrain pour (re)construire des discours visionnaires, avant-gardistes et technopolitiques. Par ce biais, nous mettons en lumière l’importance des croyances et des représentations collectives sur l’activité technologique. Au regard de la diversité des trajectoires technologiques examinées (énergie des marées et des courants, énergie des vagues, énergie thermique des mers et éolien marin), nous montrons que « la filière » des énergies marines renouvelables se présente en France comme une construction politique sans cohérence technologique affirmée entre des univers techniques différents. Cette thèse permet également de relativiser la notion d’innovation de rupture et de destruction créatrice en mettant en évidence des phénomènes de résurgence technologique pouvant durer plusieurs décennies, voire plusieurs siècles, dans l’exploitation de sources d’énergies renouvelables. Enfin, en s’inscrivant dans une démarche rétro-prospective, cette thèse défend l’idée que les processus fondamentaux dans la dynamique de changement du système énergétique ne sont pas la création et la nouveauté mais plutôt l’actualisation et la réinterprétation. Elle entend ainsi apporter une contribution originale aux interrogations à la fois des économistes, des sociologues et des historiens des techniques, qui chacun dans leur domaine tentent de comprendre les trajectoires de l'innovation et les conditions de réussite des technologies de l’énergie.