• Energy Research
• Open Access close
• Restricted close
• GB close
• NO close
• French close

[Paper in French] The European public policy in favor of the biodiesel consumption is highly debated. Available estimates of the induced land use changes conclude that this policy is inefficient to reduce emissions of GreenHouse Gas. We show that the crop yield evolutions in these estimates are significantly lower than the observed and expected evolutions. This difference is directly related to biased calibration choice of behavioral parameters. We show using the GTAP-BIO framework that a consistent calibration of these parameters leads to a strong reduction (by around 80% in the long run) of the land use changes and induced emissions.

Little research has been done to date on French households’ preferences for energy retrofits in the dwelling. However, the economic role of these choices is crucial for implementing an effective and realistic energy policy in the residential sector, both in terms of proposed aid and targets. Are households interested in retrofits with high energy-savings potential? How much are they willing to pay and is it sufficient to cover the up-front costs? How many households have no choice of heating system, and what is their profile?This work sets out to answer these questions empirically using discrete choice models. It starts by analyzing the technical, socio-demographic and spatial constraints that face households and create barriers to domestic energy choices. A method to detect household constraint is devised and applied to the choice of space heating system in 2006 and 2013. The second stage analyzes household preferences for heating equipment and retrofits. This second part is based on a discrete choice experiment specially carried out for this research among 2,000 households. This work sheds light on households’ preferences and heterogeneity, as well as their willingness to pay, the implicit discount rate and other economic impacts. Les préférences des ménages français pour les travaux de rénovation énergétique dans le logement ont été peu étudiées jusqu’à présent. Or, elles sont la clé d’une politique énergétique efficace et réaliste pour le secteur résidentiel, tant au niveau des aides proposées, qu’au niveau des objectifs à réaliser. Les ménages sont-ils intéressés par des travaux à fort potentiel d’économie d’énergie ? Combien sont-ils prêt à payer et est-ce que c’est suffisant pour couvrir les coûts réels ? Combien de ménages n’ont pas le choix de leur mode de chauffage et quel est leur profil ?La thèse s'attache à répondre à ces questions de façon empirique à l’aide de modèles de choix discrets. Il s’agit, dans un premier temps, d’analyser les contraintes techniques, sociodémographiques et spatiales que rencontrent les ménages et qui entravent les choix énergétiques dans le logement. Une méthodologie de détection des ménages contraints a été proposée, puis appliquée au choix du chauffage en 2006 et 2013. Dans un deuxième temps, les préférences des ménages pour les équipements de chauffage et les travaux de rénovation ont été analysées. Cette deuxième partie utilise une enquête expérimentale qui a été réalisée spécialement pour ce travail de recherche auprès de 2000 ménages. Ce travail a permis de comprendre les préférences des ménages, leur hétérogénéité, et d’en déduire les consentements à payer, les taux d’actualisation implicites et les différents effets économiques.

Les progrès réalisés durant ces dernières années dans le domaine de la microélectronique et notamment vis-à-vis de l'augmentation exponentielle de la densité d'intégration des composants et des systèmes a participé activement à l'apparition et au développement de systèmes portables communicants de plus en plus performants et polyvalents. La R&D dans les technologies de stockage d'énergie n'a pas suivi cette tendance d'évolution très rapide ; ce qui constitue un handicap majeur dans les évolutions futures des systèmes portables. La transmission d'énergie sans fils sur des distances considérables (plusieurs dizaines de mètres) grâce aux microondes constitue une solution très prometteuse pour pallier aux problèmes d'autonomie dans le cas des systèmes sans fils communicants. De plus, du fait de l'omniprésence des ondes électromagnétiques dans notre environnement avec des niveaux plus ou moins importants, la récupération et l'exploitation de cette énergie libre est également possible. La rectenna (Rectifying Antenna) est le dispositif permettant de capter et de convertir une onde électromagnétique en une tension continue. Plusieurs travaux de thèse axés sur l'étude et l'optimisation de la rectenna ont été réalisés au sein du laboratoire. Ces travaux avaient montré que pour des faibles niveaux de champs les tensions délivrées par la rectenna sont généralement très faibles et inexploitables. Aussi, comme la majorité des micro-sources d'énergie et à cause de son impédance interne, les performances de la rectenna dépendent fortement de sa charge de sortie. Ainsi, le développement d'un système d'interfaçage de la rectenna est nécessaire afin de pallier ces manquements inhérents du convertisseur RF/DC. Ce genre de système d'interfaçage est généralement absent dans la littérature à cause des faibles niveaux de puissance exploités. Par conséquent, la rectenna est très souvent utilisée tel quelle ; ce qui limite fortement le champ applicatif. Dans ce projet de recherche, un système de gestion énergétique de la rectenna complètement autonome a été conçu, développé et optimisé afin de garantir les performances optimales de la rectenna quelques soient les fluctuations de la puissance d'entrée et celles de la charge de sortie. Le circuit d'interfaçage permet également de fournir à la charge des niveaux de tension utilisables. Le système réalisé est basé tout d'abord sur l'utilisation d'un convertisseur DC/DC résonant pouvant fonctionner d'une manière complètement autonome à partir de niveaux très bas de la tension et de la puissance de la source. Ce convertisseur permet donc de garantir l'autonomie du système en éliminant la nécessité d'une source d'énergie auxiliaire. A cause de ses faibles performances énergétiques, ce convertisseur ne sera utilisé que durant la phase de démarrage. L'efficacité du système en termes de rendement énergétique et d'adaptation d'impédance est garantie grâce à l'utilisation d'un convertisseur Flyback fonctionnant dans son régime de conduction discontinu. Ainsi, une adaptation d'impédance très efficace est réalisée entre la rectenna et la charge de sortie. Ce convertisseur principal fonctionnera durant le régime permanent. Les deux convertisseurs ont été optimisés pour des niveaux de tension et de puissance aussi bas que quelques centaines de mV et quelques μW respectivement. Des mesures expérimentales réalisées sur plusieurs prototypes ont démontré le bon fonctionnement et les excellentes performances prédites par la procédure de conception ; ce qui nous permet de valider notre approche. De plus, les performances obtenues se distinguent parfaitement vis-à-vis de l'état de l'art. Enfin, en fonction de l'application désirée, plusieurs synoptiques d'association des deux structures sont proposés. Ceci inclut également la gestion énergétique de la charge de sortie.

“Masting” designates a fruiting dynamics common in many perennial plants and characterized by seed production that is highly variable over the years and strongly synchronized among trees within populations. It is expected to strongly impact the population demography of seed consumers, and by cascade effect, the dynamics of forest ecosystems as a whole. Our lack of knowledge of the proximate causes of “masting” currently prevents any reliable prediction about the frequency and the intensity of fruiting, or about their consequences, under climate change. In this work I aimed to test the hypothesis that the pollination process is playing a key role in “masting” in temperate oak forests (Quercus petraea and Q. robur), which would make masting highly sensitive to climate change. By combining an empirical multi-site approach at large spatio-temporal scale in France and a theoretical approach based on a mechanistic model, I found that (i) fruiting dynamics depends on the annual amount of airborne pollen available for reproduction. This amount could be limited some years due to either low amounts of pollen produced at the population level, or harsh weather conditions affecting pollen release and aerial diffusion; (ii) pollen phenology is a key character of “masting”: pollen release takes place in early spring when weather conditions are typically unfavorable to pollination, which leads to frequent fruiting failure and explains thereby why mast years are rare and unpredictable; (iii) “masting” should become less stochastic in the upcoming decades because of the increase of spring temperatures, which should markedly influence the dynamics of seed consumers, and by cascading effect, oak forest regeneration Le « masting » correspond à une dynamique de fructifications, commune chez de nombreuses plantes pérennes, et caractérisée par une production de fruits extrêmement fluctuante d’une année à l’autre et synchronisée à l’échelle populationnelle. Il a un impact important sur la démographie des populations de consommateurs de fruits, et par effet de cascade, sur l’ensemble de la dynamique des écosystèmes forestiers. Notre méconnaissance actuelle des causes proximales du « masting » empêche toute prédiction crédible sur la fréquence et l'intensité des fructifications, et sur leurs conséquences au niveau des écosystèmes forestiers, dans le contexte du changement climatique. Cette thèse vise à tester l’hypothèse selon laquelle le processus de pollinisation pourrait jouer un rôle clé dans le « masting » des chênes de région tempérée (Quercus petraea et Q. robur), ce qui pourrait le rendre extrêmement sensible au changement climatique. En combinant une approche empirique multi-sites à large échelle spatio-temporelle en France et une approche théorique basée sur l’utilisation d’un modèle mécaniste, j’ai montré que (i) la dynamique des fructifications est liée à la disponibilité en pollen pour la reproduction. Le pollen peut être limitant certaines années en raison d’une faible quantité de pollen produite ou de conditions météorologiques défavorables à l’émission et à la diffusion du pollen ; (ii) la phénologie pollinique est un caractère clé du « masting » : l’émission pollinique a lieu au début du printemps, dans des conditions météorologiques souvent défavorables à la pollinisation, ce qui conduit à de fréquents échecs de la fructification et explique le caractère rare et imprévisible des fructifications massives ; (iii) le « masting » deviendrait moins stochastique avec l’augmentation des températures printanières au cours des prochaines décennies, ce qui pourrait avoir des conséquences importantes sur la dynamique des consommateurs de fruits, et par effet de cascade, sur la capacité de régénération des chênaies

Energy consumption in industry is increasing today, with the amplification of industrial activities in the world. At the same time, the scarcity of primary energy and global warming are insist the use of alternative technologies and energies, in order to sustainably develop, and to satisfy the increase in consumption. Thus, improving energy use in industry is also becoming an important topic to be developed and studied. In some industrial sites, the waste heats are enormously released into the environment without any energy treatment. Its temperatures are sometimes, much higher than the ambient. The valorization of these heats is advised, by using the valorization systems, for the production of hot, cold and electricity. This treatment can significantly reduce the energy waste and improve energy efficiency in the industry. For this reason, several projects are being launched. The aim of the VALENTHIN project is to improve industrial energy efficiency by valorizing waste heat or by developing industrial processes. This thesis concentrates on the studies of valorization systems, particularly with regard to the different modeling methods. In this report, the bibliographies are synthesized, on the different models used for the valorization systems, especially the absorption system and the organic Rankine cycle mentioned in this project. Consequently, a modeling strategy is proposed and is shown for steady state simulations and dynamic regime systems. The choice of types of modeling must take into account their advantages and disadvantages and also the needs of the users, with the aim of modeling and developing systems more easily and efficiently.; La consommation énergétique dans l’industrie augmente de nos jours, avec l’amplification des activités industrielles dans le monde. En parallèle, la pénurie des énergies primaires et le réchauffement climatique obligent des exploitations sans cesse des énergies et des techniques alternatives, afin de développer durablement, et de satisfaire l’augmentation de la consommation. Ainsi, l’amélioration de l’utilisation énergétique dans l’industrie devient aussi un sujet important à développer et à étudier. Dans certains sites industriels, les rejets thermiques sont énormément dégagés dans l’environnement sans aucun traitement énergétique. Ses températures sont parfois, beaucoup plus élevées que l’ambiant. La valorisation de ces chaleurs est conseillée, par des systèmes de valorisation, pour la production de chaud, de froid et d’électricité. Ce traitement peut réduire significativement le gaspillage et améliorer l’efficacité énergétique dans l’industrie. C’est pour cette raison, plusieurs projets sont lancés. Le projet VALENTHIN (VALorisation ENergétique des rejets THermiques INdustriels) est pour but d’améliorer l’efficacité énergétique industrielle en valorisant les rejets thermiques ou en développant les processus industriels. Cette thèse concentre sur les études des systèmes de valorisation, particulièrement en ce qui concerne les différentes méthodes de simulation. Dans cette thèse, les bibliographies sont synthétisées, sur les différentes modélisations des systèmes de valorisation, surtout le système à absorption et le cycle de Rankine organique mentionnés dans ce projet. Par conséquent, une stratégie de modélisation est proposée et est montrée, pour les simulations des systèmes en régime permanent et en régime dynamique. Le choix des types de modélisation doit prendre en compte leurs avantages et leurs inconvénients, et aussi les besoins des utilisateurs, pour but de modéliser et développer des systèmes plus aisément et plus efficacement.

During this PhD thesis we developped two new molecular modeling methods applied to enzymes containing flavin-type prosthetic groups.The first method, PredFace, predicts the stereochemistry of products from a reaction catalyzed by enzymes containing prosthetic groups, by automatically identifying the solvent-exposed face of the prosthetic group. The protocol involves the use of eigth complexes as "probes", obtained by symmetry operations starting from the transition state of a hydrogen atom transfer reaction between nicotinamide and lumiflavin. These complexes are positioned in the binding site with the prosthetic group as reference and the energy of the protein-ligand interaction is evaluated by the scoring function implemented in the docking software (AutoDock). The most favorable interaction energy allows the identification of the prosthetic group face that is available for the enzymatic reaction in the binding site. The PredFace method has been validated by analyzing all the structures in the Protein Data Bank containing flavin-derived prosthetic groups (2170). This method is very fast (less than a minute), which allowed us to develop a web site open to the scientific community.The second method, ProsthDock, is a new mechanism-based molecular docking method guided by prosthetic groups present in the active sites of enzymes. The development of this method was motivated by the incapacity of the currently available docking methods to provide, in the presence of prosthetic groups, ligand conformations that are compatible with the enzymatic reactions. In this regard, we have added a new term to the classical scoring function, to take into account the interaction between ligand and prosthetic group. We have built a simplified model of the NADH/FMN complex and calculated the transition state of the hydrogen transfer reaction between the two partners. Potential energy surfaces have been calculated for this reaction by variating the angle, diedral angle and distance between the two reaction partners. A subsequent docking with constraints provides binding site conformations of the ligand for which the new term of the scoring function is calculated using the potential energy surfaces. This results in a new ranking of the docking poses, favoring those in agreement with the enzymatic reaction. Les travaux de cette thèse ont porté sur le développement de deux méthodes de modélisation des enzymes contenant des groupes prosthétiques de la famille des flavines.La première méthode, PredFace, permet de prédire la stéréochimie des produits d'une réaction catalysée par des enzymes contenant des groupes prosthétiques, en identifiant la face libre d'interaction avec les substrats. Le protocole mis en place pour cette méthode implique l'utilisation de huit complexes "sondes", obtenus par des opérations de symétrie à partir de l'état de transition de la réaction de transfert d'un atome d'hydrogène entre le nicotinamide et la lumiflavine. Ces complexes sont positionnés dans le site actif avec le groupe prosthétique comme référence et dans chaque cas l'énergie d'interaction protéine-ligand est évaluée par la fonction de score implémentée dans le logiciel de docking utilisé (AutoDock). L'énergie d'interaction la plus favorable permet d'identifier la face du groupe prosthétique accessible pour la réaction enzymatique dans le site actif. La méthode PredFace a été validée par l'analyse de l'ensemble des structures de la Protein Data Bank contenant des groupes prosthétiques de la famille des flavines (2170). Le protocole mis au point est très rapide (moins d'une minute), ce qui nous a permis de développer un site web afin de mettre cette méthode à la disposition de la communauté.La seconde méthode, ProsthDock, est une nouvelle méthode de docking basée sur le mécanisme d'une réaction enzymatique catalysée par un groupe prosthétique et guidée par la présence de ce groupe prosthétique dans le site actif de l'enzyme. Le développement de cette méthode a été motivé par le fait que les méthodes actuelles de docking, en présence de groupes prosthétiques, se révèlent incapables de produire des poses correctes pour des substrats, en accord avec les réactions enzymatiques. Afin de remédier à ce problème nous avons ajouté à la fonction de score classique un terme supplémentaire, qui rendra compte de l'interaction du ligand avec le groupe prosthétique. Dans un premier temps, nous avons construit un modèle simplifié du complexe NADH/FMN et calculé l'état de transition de la réaction de transfert d'hydrogène entre les deux partenaires. Des surfaces d'énergie potentielle pour cette réaction ont été calculées en variant la distance, l'angle et l'angle dièdre entre les deux réactifs. Un docking sous contrainte est ensuite réalisé et en fonction du positionnement de chaque pose de docking dans le site actif le terme supplémentaire de la fonction de score est calculé à partir des surfaces d'énergie potentielle, ce qui nous permet de modifier le classement des résultats de docking en favorisant les poses qui sont en accord avec la réaction enzymatique.

Les réservoirs résultant de la construction de barrages noient de la végétation et des sols. Leur évolution suit trois phases.[br/] - Dynamique initiale : les nouvelles niches écologiques ouvertes ainsi que les stocks de carbone et de nutriments contenus dans la végétation vivante et morte contribuent à une hausse brutale du niveau trophique et de la productivité des réservoirs. Ce phénomène, appelé « trophic upsurge », est d’importance et de durée variables. Il s’accompagne d’une désoxygénation et d’émissions de CO2 et de CH4, d’autant plus fortes que la température est élevée.[br/] - Dynamique à moyen terme : le marnage induit par l’exploitant exonde temporairement les sols noyés, qui sont alors soumis à l’érosion par le batillage des vagues. Dès que la pente dépasse 5 %, les matériaux érodés sont redistribués dans la zone toujours en eau, contribuant au « trophic upsurge » et à la sédimentation. Ces phénomènes ont été très peu quantifiés. Des résultats récents obtenus sur la retenue de Sarrans (Aveyron) suggèrent que ce phénomène est à l’origine d’une proportion importante de l’accumulation sédimentaire. L’influence écologique de l’apport de nutriments associé à la redistribution des sols pourrait être significative dans les environnements oligotrophes. On connaît très mal l’évolution des sols ennoyés au fond des retenues. Des observations préliminaires effectuées sur la retenue de Sarrans montrent que les sols conservent leur structure d’origine. Elles suggèrent aussi que des sols bruns de prairie, ennoyés en permanence depuis 80 ans, ou exondés occasionnellement, ont perdu 30 % de leur carbone, par minéralisation.[br/] - Dynamique à long terme : A long terme, ce sont les sols du bassin versant et de la zone de marnage en pente faible qui influencent l’écologie des retenues. Les sols du bassin versant dans la mesure où le contexte écologique influence l’érosion et l’apport de nutriments. Les sols de la zone littorale dans la mesure où ils soutiennent une production végétale, qui peut contribuer à filtrer l’eau, mais aussi à l’alimenter en carbone organique minéralisable. Il semble que l’émission de gaz à effet de serre par les réservoirs est, toutes choses égales par ailleurs, plus importante que celle des lacs naturels, probablement en raison de la forte sédimentation, et des variations de pression qui favorisent l’émission de CH4, en particulier lors du passage en turbine. Reservoir establishment results in the submersion of soils and vegetation. Their ecological evolution follows 3 main phases.[br/] - Initial: carbon and nutrients stored in living and dead vegetation biomass supply for a rise of the trophic level and productivity of the lake. During this phase, named « trophic upsurge », which duration and intensity are variable, water anoxia, CO2 and CH4 emissions also rise especially when temperature is high.[br/] - Mean Term: Water level fluctuates according to seasonal energy needs. Waves erode submerged soils along the shoreline. If the slope is steeper than 5%, soils are redistributed downslope and this flux contributes to the trophic upsurge and to sediment accumulation. These phenomena have been poorly studied and quantified. Our measurements at Sarrans reservoir suggest that soil redistribution is a major contributor to sediment accumulation. The ecological influence of carbon and nutrient inputs to the lake may be significant in oligotrophic environments. The evolution of permanently submerged soils is poorly known. Preliminary measurements at Sarrans reservoirs show that grassland cambisols (almost) permanently submerged have lost 30% of their original carbon store since impoundment.[br/] - On the long term, both catchment soils, through erosion and nutrient supply, and soils of the littoral zone, which support vegetation communities, influence reservoir ecology. The accumulation of sedimentary carbon in reservoirs appears much higher than in natural lakes, even eutrophic, and reasons for this are many. Greenhouse gas emission is also higher, because of higher sedimentation rate and increased water level fluctuations that favour methane bubbling and water degassing at the turbine outlet.

Le changement climatique exige une compréhension de son fonctionnement pour bâtir des politiques de gestion efficaces, car la variabilité climatique contemporaine a engendré des bouleversements des écosystèmes naturels et produit une désarticulation sociale. Il est donc nécessaire de revisiter certains concepts clés (dégradation, ressources naturelles, acteurs, etc.), avant d'examiner la réalité de la dégradation environnementale, au regard de facteurs peu souhaitables par rapport auxquels il faut pourtant essayer d'esquisser un futur désirable. Les dynamiques environnementales en cours génèrent, en effet, des mutations peu avantageuses et conduisent à des conflits redoutables sur l'eau, la terre et toutes les autres ressources dites naturelles. Dès lors, de nombreux défis se font jour ; ils appellent des solutions qui tiennent compte à la fois de l'illusion et du forçage du destin, car les expériences douloureuses imposent la prudence, mais les potentialités indiscutables fondent, a contrario, de réelles ambitions de sortie des situations difficiles dans lesquelles se trouve l'Afrique. Il s'agit d'un pari sur l'avenir, pour le continent, en tablant d'abord, sur une triple durabilité (institutionnelle, socio-économique et environnementale) mais aussi, sur sa capacité à s'adapter à l'adversité du changement climatique et à améliorer l'utilisation peu efficiente de ses ressources naturelles par une option claire et holistique pour les stratégies d'intégration régionale. C'est le miracle que l'Afrique se doit de faire dès à présent, et pendant ce siècle ! Mots clés : environnement, dégradation, changement climatique, ressources naturelles, acteurs.