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Tidal turbine arrays are planed to be installed in areas with strong currents where the flow can often be sheared throughout the water column. To study the shear flow effects on tidal turbine, four vertical velocity profiles are generated in a flume tank and are imposed to a three-bladed horizontal axis turbine model. Results show that the sheared velocity profiles do not impact the turbine average performance but are responsible for an increase of blade root streamwise load variations. Blade root streamwise load is moreover linked to the turbine rotational frequency and its harmonics. The velocity perceived by the blades during their rotation is estimated over the rotor area and is compared to the angular phase average of the streamwise load measured on the blades. The phase average of the load and the velocity perceived by the blades are highly correlated even if a varying phase lag has been noticed between these two quantities. This phase lag is dependent on the rotational speed of the turbine, on the incoming flow shear, and is probably caused by the turbine induction effects. This experimental study is a first step to understand the effect of shear velocity profiles on tidal turbines better.

This document presents the metocean design basis of offshore test site «SEM-REV» operated by Centrale Nantes and dedicated to the test of floating wind turbines and wave energy converters. It is released in order to provide data for offshore operations and engineering in the French offshore area of South Brittany and Pays la Loire regions. It presents a metocean analysis, based on a Measure-Correlate-Predict approach in a consolidated report which provides simultaneously design data for wind, waves, current, tides and marine growth on a French site. In particular, it uses data issued from more than 10 years of continuous campaigns performed since the creation of SEM-REV test site since 2009: 2 years of wind measurements, 10 years of wave measurements and 19 ADCP campaigns for current measurement. The provided design data are operational statistics and long-term statistics such as values for return periods of 1, 5, 10, 25, 50 and 100 years and for various directional sectors. Additional information are also provided such as turbulence intensity, extreme direction change for wind. Scatter diagram, monthly distribution, beaking wave criteria… are provided for waves. Harmonic analysis of tidal measurements enable to hindcast and forecast water elevation on site. Deeper analysis of current on the water column is also provided. Marine growth thickness is evaluated on various components such as chains, nylon and dynamic cable. Additionally, other environmental conditions such as air density, normal and extreme air and sea temperature ranges are presented. This report was appraised by Bureau Veritas Marine and Offshore which «certifi[es] that the metocean condition of the SEM-REV Test Site has been appraised according to the following international standards: IEC 61400-1:2019 Wind turbines – Part1: Design requirements IEC 61400-3-1:2019 Design requirements for fixed offshore wind turbines IEC 61400-3-2:2019 Design requirements for floating offshore wind turbines [...] The metocean design basis of SEM-REV test site presented, and the associated Measure-Correlate-Predict based method has been found in compliance with the above standards[…] &raquo

International audience; Tidal current turbine is one of the innovative and emerging technologies of marine renewable energies because it offers constant and predictable energy source that can be very beneficial, especially for commercial scale production of electrical power. Hydrofoils (HF) are essential elements of tidal current turbine (TCT) and should be properly designed as they play a vital role in improving the turbine output and providing adequate resistance to the blade structure. In connection with the hydrofoil designs, it is noteworthy that the primary objectives in their designs are to increase the coefficient of lift and to reduce the coefficients of drag and pitching moment, thus delaying the cavitation phenomenon. In this paper, the technology developments of the hydrofoil designs used in the horizontal axis TCT industry are reviewed, including the hydrodynamics design and the mechanical structure design. Besides, an up-todate review and the newest achievements of marine TCT technologies with their developing histories are further explored. Included are also reviews on the numerical models used to assess the performance of TCT and optimization methods applied to design the hydrofoils. This in turn significantly contributes to a better knowledge on the recent designs of TCT hydrofoils for the researchers working in the marine turbine energy domain. Such information could also have important implications in the design of more sophisticated hydrofoils for the exploitation in diverse tidal current energy technologies for reaching a sustainable future.

(IF 6.26; Q1); International audience; In an increasingly anthropogenic world, the scientific community and managers have to take interactions between the drivers of ecosystems into consideration. Tools like ecological network analysis (ENA) indices offer the opportunity to study those interactions at the ecosystem level. However, ENA indices have never been used to test the incidence of cumulative drivers. The present study uses models combining the effects of (i) the reef caused by the future offshore wind farm of Courseulles-sur-Mer and (ii) climate change on species distribution, to test the response of multiple ENA indices. ENA indices proved sensitive to this cumulative impact, displaying a wide variety of cumulative effects. They were also very powerful to characterize the role of the cumulative impact on ecosystem functioning. These results demonstrate the capacity of ENA indices to describe and understand cumulative effects at the ecosystem scale. Using a sensitivity analysis approach, this study shows that ENA indices could be viable tools for managers. To help them in their tasks, the next step could be to link ecosystem services to ENA indices for a more practical use.

The main objective of the works presented in this thesis is the design of an innovative linear generator for wave energy conversion. The other objective is the development of a tool that can be used during the pre-design phases of linear permanent magnets machines for wave generator applications. The chosen structure is a linear tubular flux switching permanent magnet machine. This choice is motivated by the fact that, for this application, the machine must be robust with high reliability and easy maintainability. Because the marine environment is an inhospitable, hostile, corrosive environment, systems installed offshore must be reliable. First, the study focuses on an electromagnetic model with permeance network coupled to the analytical model in order to benefit of the advantages of the permeance network model and the analytical model that is obtained by the Maxwell's equations resolution. For example, thepermeance network model offers the possibility of taking into account the nonlinear behaviour of magnetic materials and the analytical model offers the possibility of taking into account movements easily. This model is used for the pre-design of the linear flux switching machine permanent magnet for wave energy application. The cogging torque reduction and the reduction of edge effects arealso studied in this work. In the second part, a thermal study is proposed. The study is focused on the determination of the thermal convection coefficients in the air gap of the linear machine through experimentation. This choice is motivated by the fact that not many studies are dedicated to the thermal behaviour of tubular linear machines in scientific literature, as compared to rotating electric machines, for example., Les travaux de cette thèse ont pour objectif premier la conception d’un générateur linéaire innovant pour la conversion de l’énergie de la houle. L’autre objectif est le développement d’un outil d’aide à la décision lors de la phase de pré-dimensionnement des machines linéaires à aimants permanents pour application houlogénérateur. La structure choisie est une machine linéaire tubulaire à commutation de flux. Ce choix est motivé par le fait que, pour cette application d’houlogénérateur, la machine doit être robuste, fiable et avec une maintenabilité aisée. Le milieu marin est inhospitalier, hostile, et corrosif, et les systèmes qui y sont installés doivent être le plusfiable possible. Dans un premier temps, l’étude porte sur un modèle électromagnétique par réseau de perméances couplé au modèle analytique dans le but de bénéficier des avantages du modèle par réseau de perméances pure, et du modèle analytique par résolution formelle des équations de Maxwell. Le modèle par réseau de perméances offre la possibilité par exemple de tenir compte ducomportement non linéaire des matériaux magnétiques, et le modèle analytique offre la possibilité de tenir compte des mouvements facilement. Ce modèle hybride est utilisé pour le pré-dimensionnement de la machine linéaire à commutation de flux pour application houlogénérateur. Des études sur la réduction du couple de détente, la réduction des effets de bords, sont entre autres les problématiques abordées. Dans la seconde partie du document, une étude thermique est proposée. Cette dernière se focalise sur la détermination expérimentale des coefficients de convection thermique dans l’entrefer de la machine linéaire tubulaire. Ce choix est motivé par le fait que peu d’études sur le comportement thermique de ces machines sont disponibles dans la littérature dédiée aux machines électriques.

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.

[EN] From the devices for harnessing the energy of ocean currents (In English, they are denoted as TEC “Tidal Energy Converters”. This term does not englobe all the devices for marine current harnessing), those denoted as first-generation devices are used to obtain energy from underwater currents at depths that do not exceed 40 or 50 m, which configures them as structures supported over the seabed. For the energy exploitation of this resource to be competitive, from a technical and economic perspective, it is necessary to overcome various technological challenges, and to reduce operating costs, focusing the effort on lowering maintenance costs too. Thanks to the implementation of a ballast control system, these generators are equipped with the possibility of automatically changing orientation and depth during emersion-immersion maneuvers, which can reduce these costs. This work presents the dynamic modeling of a device with two degrees of freedom and several multivariable control algorithms, all of them based on a non-linear decoupling matrix, together with the compensation of the loss of buoyancy term in the neighborhood of the free surface. The performance of these controllers is evaluated by simulating the emersion maneuver of a full-scale device, and these results are validated with a small-scale prototype in the Model Basin. Finally, the obtained results under simulation are compared, and experimental validation is presented., [ES] Los Dispositivos de Aprovechamiento de la Energía de las Corrientes (DAECs), denominados de primera generación, se emplean para la obtención de la energía de las corrientes submarinas en profundidades que no superan los 40 ó 50 m, lo que los configura como estructuras apoyadas en el fondo marino. Para que la explotación energética de este recurso sea competitiva -desde una perspectiva técnica y económica-, se requiere superar diversos retos tecnológicos y además, reducir los gastos de explotación, focalizando los esfuerzos en un abaratamiento de los costos de mantenimiento. Gracias a la implantación de un sistema de control de lastres, se dotan a estos generadores de la posibilidad de cambiar automáticamente de orientación y profundidad durante las maniobras de emersión-inmersión que pueden reducir dichos costos. En este trabajo se presenta el modelado dinámico de un dispositivo de dos grados de libertad y varios algoritmos de control multivariable, todos ellos basados en una matriz no lineal de desacoplamiento, junto con el término de compensación de la pérdida de empuje en las cercanías de la superficie libre. Se evalúan las prestaciones de estos controladores mediante la simulación de la maniobra de emersión de un dispositivo a escala real, y se validan los resultados con un prototipo a escala en Canal de Ensayos. Finalmente, se comparan los resultados obtenidos en simulación y se presenta su validación experimental., Este trabajo se ha realizado con financiación parcial del Ministerio de Ciencia e Innovación, a través del Proyecto de Investigación Fundamental DPI2014-53499-R CoDMAEC y del Grupo Tecnológico de Investigación en Energías Renovables Marinas de la Universidad Politécnica de Madrid, GIT-ERM. Los autores quieren agradecer al Tribunal que otorgó el premio al mejor trabajo de los presentados a las XL Jornadas de Automática de Ferrol en 2019 por su consideración. También al personal del CEHINAV, en la ETSI Navales de la UPM, por su siempre amable colaboración altruista. Y a los revisores anónimos por sus aportaciones para la mejora de este trabajo.

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.

This PhD thesis models a renewable-based hybrid power supply system applied in an islanded context and investigates sizing and regulation strategies of such a hybrid system. First, various marine energy production technologies were reviewed and compared to common renewable resources. As well, various energy storage technologies were reviewed, compared, and evaluated to fit the chosen site characteristics. A brief investigation on offshore energy transmission and inverter regulations methods is presented. Then, a study of the site characteristics, and the availability of the different renewable energy resources in the area are presented. This energy study constitutes the basis of the proposed system sizing method, where minimizing the cost and the CO2 emissions are considered as the main objectives. Furthermore, a fuzzy logic power management approach is proposed for the islanded microgrid. Finally, a detailed study of the system components grid-side inverter regulation is presented. Three regulation levels were investigated: the single inverter, the renewable farm, and the hybrid system. In this context, different regulation strategies are considered at each level.; L’objectif de cette thèse est de dimensionner et régler un système hybride de production d’énergie pour un site isolé de type insulaire, basé sur des énergies renouvelables marines. De manière préliminaire divers systèmes de production d’énergie renouvelable marine ont d’abord été étudiés et comparés de manière qualitative à des systèmes de production d’énergie classiques. Plusieurs types de système de stockage d’énergie ont également été étudiés, comparés et évalués dans le cas du site considéré. Cette analyse préliminaire a été étendue aux différents types de transmissions d’énergie offshore et de méthodes de réglage des convertisseurs associés aux sources renouvelables. A partir de l’étude des caractéristiques du site et de l’analyse statistique des ressources renouvelables (vents, courants marins) une méthode de dimensionnement des éléments du système de production est présentée, dans l’objectif de minimiser les émissions de CO2 et le coût du système sur son cycle de vie. Pour cela, une solution de gestion de la puissance basée sur la logique floue est proposée pour le type de site considéré et comparée à une solution plus classique basée sur des règles logiques. Pour finir, une étude détaillée des différentes méthodes de réglage du système hybride côté réseau est présentée. Trois niveaux de réglage sont considérés : réglage d’une source unique, réglage d’une ferme de plusieurs sources et réglage global du système hybride. Plusieurs modes de réglage sont considérés pour chaque niveau.

International audience; As part of the energy transition, the French government is planning the construction of three offshore wind farms in Normandy (Bay of Seine and eastern part of the English Channel, northwestern France) in the next years. These offshore wind farms will be integrated into an ecosystem already facing multiple anthropogenic disturbances such as maritime transport, fisheries, oyster and mussel farming, and sediment dredging. Currently no integrated, ecosystem-based study on the effects of the construction and exploitation of offshore wind farms exists, where biological approaches generally focused on the conservation of some valuable species or groups of species. Complementary trophic web modelling tools were applied to the Bay of Seine ecosystem (to the 50 km 2 area covered by the wind farm) to analyse the potential impacts of benthos and fish aggregation caused by the introduction of additional hard substrates from the piles and the turbine scour protections. An Ecopath ecosystem model composed of 37 compartments, from phytoplankton to seabirds, was built to describe the situation " before " the construction of the wind farm. Then, an Ecosim projection over 30 years was performed after increasing the biomass of targeted benthic and fish compartments. Ecological Network Analysis (ENA) indices were calculated for the two periods, " before " and " after " , to compare network functioning and the overall structural properties of the food web. Our main results showed (1) that the total ecosystem activity, the overall system omnivory (proportion of generalist feeders), and the recycling increased after the construction of the wind farm; (2) that higher trophic levels such as piscivorous fish species, marine mammals, and seabirds responded positively to the aggregation of biomass on piles and turbine scour protections; and (3) a change in key-stone groups after the construction towards more structuring and dominant compartments. Nonetheless, these changes could be considered as limited impacts of the wind farm installation on this coastal trophic web structure and functioning.

El Mar Negro es enormemente valioso desde diferentes perspectivas: económica, política, social, medioambiental y estratégica. Varias fuentes de energías renovable marinas, potencialmente extraíbles en este espacio, pueden ofrecer soluciones exitosas para diferentes desafíos que existen en la cuenca y más allá. Para ello, el Mar Negro precisa una aproximación regional o, al menos, subregional. A pesar de que la UE ha adoptado diferentes iniciativas, todavía hay espacio para mejorar la coherencia de sus acciones. En este sentido, la UE debería identificar todos los aspectos en relación con los cuales puede allanar el camino y esforzarse por conseguir la máxima conexión lógica entre sus diferentes estrategias, y así maximizar su efectividad. Por último, el crecimiento azul y la energía azul deberían jugar un mayor papel en las planificaciones e iniciativas de la UE para todas las cuencas, incluida la del Mar Negro. The Black Sea is enormously valuable from different perspectives: economic, political, social, environmental and strategic. Various sources of marine renewable energies can offer successful answers to some specific challenges in this basin and beyond. To that end, the Black Sea needs a regional, or at least sub-regional, approach. Despite the European Union has undertaken different initiatives, there is room for improving the consistency of its actions. In this sense, the EU should identify all the aspects in which it can help to pave the way and strive to achieve maximum coherence between its strategies, thereby maximising their effectiveness. Finally, blue growth and blue energy should play a greater role in the European Union’s projections and initiatives for all the sea basins within its scope, included that of the Black Sea. Este artículo ha sido elaborado en el marco de los tres proyectos de investigación siguientes, concedidos por el Ministerio de Economía y Competitividad: “Alianza Público-Privada en la Cooperación para el Desarrollo en el Sector Pesquero: Las Empresas Pesqueras Españolas en los Países en Desarrollo” (DER 2013-45995-R); “Actores económicos internacionales y derechos humanos. Especial relevancia para España” (DER2014-55484-P); y “Nuevos escenarios jurídicos marítimo-pesqueros y la protección de las gentes del mar” (Red de Excelencia) (DER2015-70965-REDT).

The French government is planning the construction of three offshore wind farms in Normandy. These offshorewind farms will integrate into an ecosystem already subject to a growing number of anthropogenic disturbancessuch as transportation, fishing, sediment deposit, and sediment extraction. The possible effects of this cumulativestressors on ecosystem functioning are still unknown, but they could impact their resilience, making themsusceptible to changes from one stable state to another.Understanding the behaviour of these marine coastal complex systems is essential in order to anticipate potentialstate changes, and to implement conservation actions in a sustainable manner. Currently, there are noglobal and integrated studies on the effects of construction and exploitation of offshore wind farms. Moreover,approaches are generally focused on the conservation of some species or groups of species. Here, we developa holistic and integrated view of ecosystem impacts through the use of trophic webs modelling tools. Trophicmodels describe the interaction between biological compartments at different trophic levels and are based on thequantification of flow of energy and matter in ecosystems. They allow the application of numerical methods forthe characterization of emergent properties of the ecosystem, also called Ecological Network Analysis (ENA).These indices have been proposed as ecosystem health indicators as they have been demonstrated to be sensitiveto different impacts on marine ecosystems. We present here in detail the strategy for analysing the potentialenvironmental impacts of the construction of the Courseulles-sur-Mer offshore wind farm (Bay of Seine) such asthe reef effect through the use of the Ecopath with Ecosim software. Similar Ecopath simulations will be made inthe future on the Le Tréport offshore wind farm site.Results will contribute to a better knowledge of the impacts of the offshore wind farms on ecosystems.They also allow to define recommendations for environmental managers and industry in terms of monitoring theeffects of Marine Renewable Energy, not only locally, but also on other sites, national and European levels. Finally,this approach could contribute to a better social acceptability of Marine Renewable Energy projects allowing aholistic vision of all pressures on ecosystems

The Baie of Seine is a highly impacted ecosystem of the English Channel subjected to fishing, harbour building, dredging, dredged material disposal, pollution etc. It is also highly sensitive to climate change and associated species distribution changes. Moreover, 3 projects of offshore wind-farm building are under negotiation in this ecosystem. Several of those pressures have been studied by food-web modellers, looking at functional and holistic properties derived from the Ecological Network Analysis (ENA) indices (see poster Tecchio et al. and Raoux et al.) like connectance, redundancy, trophic efficiency, mean trophic level, recycling or omnivory. These studies are based on different methods where network interactions are quantified or not (qualitative modelling), static or dynamic, statistic (allowing uncertainty estimation) or not. These different models were analysed in order to answer the question: what would be useful, in these ecological studies in the decision and policy-making process? This analysis is based on the conclusions about the understanding of effects of human pressures on the complexity of the functioning of ecosystems and their integration into social-ecological system, with a special interest in interactions of scales, uncertainty estimation, possible use of scenarios and indirect interactions between decisions, through ecosystem changes.

Considered their capacity to deliver economic, social and environmental benefits, marine renewable energies have featured increasingly in sustainable development discussions, with a variety of commitments and initiatives. However, the ongoing and the desired developments put to the test the ability of the existing international regulatory framework to govern these new activities at sea, and legal and regulatory issues are cited in several studies as a major non-technical barrier to their development. It is necessary for international law to provide a coherent and certain framework for operation of domestic regulatory regimes, also ensuring that such regimes respects necessary limits established by international rules.

International audience

The region of Galicia, in the northwest of the Iberian Peninsula, has a high wind potential for the installation of offshore wind farms (OWFs) in many areas of its surrounding marine waters. However, legal restrictions derived from the protection of other interests that converge in the marine environment (such as fishing, navigation, and biodiversity conservation) must be considered, along with technical limitations resulting from water depth. This study is aimed at analysing legal restrictions on the installation of OWFs in Galician waters and at identifying those zones of less conflict where the wind power density (WPD) is greater and the depths and distances from the coast are technically feasible given the current status of technology in Europe. To do this, a legal study was performed of both the strategic environmental assessment of the Spanish coast and the regulations of the different marine sectors at European, international, national, and regional levels. In addition, the WPD along the north-western area of the Iberian Peninsula and Europe was calculated, and an analysis of maximum and average depths and distances from the coast of planned and installed OWFs in Europe was made. Two main zones without legal and technical restrictions were identified in the north-eastern corner of Galicia and in the south of the Vigo estuary. The greatest WPD was identified in the north-western zone, from Cape Finisterre to Cape Ortegal, where there are small sites without legal or technical restrictions that are near several protected zones (such as a marine reserve, a special protected area, and a wetland and its buffer zone), making necessary a deeper analysis of the specific impacts of each OWF project in the Environmental Impact Assessment.

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.

Foraging in the marine environment presents particular challenges for air-breathing predators. Information about prey capture rates, the strategies that diving predators use to maximise prey encounter rates and foraging success are still largely unknown and difficult to observe. As well, with the growing awareness of potential climate change impacts and the increasing interest in the development of renewable sources it is unknown how the foraging activity of diving predators such as seabirds will respond to both the presence of underwater structures and the potential corresponding changes in prey distributions. Motivated by this issue we developed a theoretical model to gain general understanding of how the foraging efficiency of diving predators may vary according to landscape structure and foraging strategy. Our theoretical model highlights that animal movements, intervals between prey capture and foraging efficiency are likely to critically depend on the distribution of the prey resource and the size and distribution of introduced underwater structures. For multiple prey loaders, changes in prey distribution affected the searching time necessary to catch a set amount of prey which in turn affected the foraging efficiency. The spatial aggregation of prey around small devices (∼ 9 × 9 m) created a valuable habitat for a successful foraging activity resulting in shorter intervals between prey captures and higher foraging efficiency. The presence of large devices (∼ 24 × 24 m) however represented an obstacle for predator movement, thus increasing the intervals between prey captures. In contrast, for single prey loaders the introduction of spatial aggregation of the resources did not represent an advantage suggesting that their foraging efficiency is more strongly affected by other factors such as the timing to find the first prey item which was found to occur faster in the presence of large devices. The development of this theoretical model represents a useful starting point to understand the energetic reasons for a range of potential predator responses to spatial heterogeneity and environmental uncertainties in terms of search behaviour and predator–prey interactions. We highlight future directions that integrated empirical and modelling studies should take to improve our ability to predict how diving predators will be impacted by the deployment of manmade structures in the marine environment.

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.

This PhD thesis models a renewable-based hybrid power supply system applied in an islanded context and investigates sizing and regulation strategies of such a hybrid system. First, various marine energy production technologies were reviewed and compared to common renewable resources. As well, various energy storage technologies were reviewed, compared, and evaluated to fit the chosen site characteristics. A brief investigation on offshore energy transmission and inverter regulations methods is presented. Then, a study of the site characteristics, and the availability of the different renewable energy resources in the area are presented. This energy study constitutes the basis of the proposed system sizing method, where minimizing the cost and the CO2 emissions are considered as the main objectives. Furthermore, a fuzzy logic power management approach is proposed for the islanded microgrid. Finally, a detailed study of the system components grid-side inverter regulation is presented. Three regulation levels were investigated: the single inverter, the renewable farm, and the hybrid system. In this context, different regulation strategies are considered at each level.; L’objectif de cette thèse est de dimensionner et régler un système hybride de production d’énergie pour un site isolé de type insulaire, basé sur des énergies renouvelables marines. De manière préliminaire divers systèmes de production d’énergie renouvelable marine ont d’abord été étudiés et comparés de manière qualitative à des systèmes de production d’énergie classiques. Plusieurs types de système de stockage d’énergie ont également été étudiés, comparés et évalués dans le cas du site considéré. Cette analyse préliminaire a été étendue aux différents types de transmissions d’énergie offshore et de méthodes de réglage des convertisseurs associés aux sources renouvelables. A partir de l’étude des caractéristiques du site et de l’analyse statistique des ressources renouvelables (vents, courants marins) une méthode de dimensionnement des éléments du système de production est présentée, dans l’objectif de minimiser les émissions de CO2 et le coût du système sur son cycle de vie. Pour cela, une solution de gestion de la puissance basée sur la logique floue est proposée pour le type de site considéré et comparée à une solution plus classique basée sur des règles logiques. Pour finir, une étude détaillée des différentes méthodes de réglage du système hybride côté réseau est présentée. Trois niveaux de réglage sont considérés : réglage d’une source unique, réglage d’une ferme de plusieurs sources et réglage global du système hybride. Plusieurs modes de réglage sont considérés pour chaque niveau.