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Les thèses soutenues
LES THESES SOUTENUES DANS LE CADRE DE LA CHAIRE MODELISATION PROSPECTIVE
2011
Mathilde DROUINEAU, Modélisation prospective et analyse spatio-temporelle: intégration de la dynamique du réseau électrique, sous la direction de Nadia MAIZI (MINES ParisTech / CMA) et de Vincent MAZAURIC (SCHNEIDER ELECTRIC), décembre 2011
La fiabilité de fourniture est une caractéristique essentielle des systèmes électriques : elle évalue leur capacité à se prémunir d’incidents d’exploitation et repose sur leurs réserves dynamiques, caractérisées par le plan de tension et la fréquence et dont les temps caractéristiques varient entre quelques millisecondes et quelques heures. Or, les exercices de prospective long terme, s’intéressant à l’évolution des systèmes énergétiques sur plusieurs décennies, ne permettent pas d’apprécier cette fiabilité de fourniture et les systèmes électriques proposés sur l’horizon prospectif peuvent alors ne plus la garantir. Ceci d’autant plus que l’intégration massive d’énergies renouvelables pourrait se faire au détriment de la fiabilité, du fait de la complexité induite par la gestion de l’intermittence.
L’enjeu de notre étude est de rendre compatible l’évaluation de la fiabilité avec la dynamique temporelle associée aux exercices prospectifs de long terme. Nous proposons une représentation agrégée des systèmes électriques élaborée à travers une description thermodynamique de l’électromagnétisme. Cette approche nous permet d’établir deux indicateurs de fiabilité relatifs aux réserves dynamiques du système électrique et donc de quantifier de façon originale le niveau de fiabilité d’un système électrique en fonction du mix de production qui lui est associé.
L’intérêt des indicateurs est démontré pour l’île de La Réunion où l’étude de la fiabilité du système électrique est réalisée sur les résultats issus de l’exercice de prospective long terme avec le modèle TIMES. Ce cas d’étude illustre particulièrement bien notre problématique puisque les acteurs publics de l’île se sont fixé l’objectif d’un mix de production d’électricité en 2030 issu de 100% d’énergies renouvelables. L’analyse de ce scénario, et de quelques variantes, montre que les niveaux des réserves dynamiques diminuent avec l’intégration massive d’énergies renouvelables et qu’ils sont particulièrement préoccupants pendant la journée, lorsque la production intermittente est importante. On illustre ainsi comment, grâce à la mise en oeuvre de nos indicateurs, il est désormais possible de discuter les conditions dans lesquelles la fiabilité continuerait à être assurée et à quel niveau, ce qui permet d’arbitrer entre l’ambition de décarbonation du mix électrique et la qualité de fourniture attendue.
Mots-clés : Modélisation prospective ; système électrique ; fiabilité de la fourniture d’électricité ; approche thermodynamique de l’électromagnétisme ; Île de La Réunion
Jean-Michel CAYLA, Les ménages sous la contrainte carbone. Exercice de modélisation des secteurs résidentiel et transports avec TIMES, sous la direction de Nadia MAIZI, MINES ParisTech / CMA, mars 2011 [Télécharger]
Le contexte énergétique et politique en France laisse présager de l’apparition d’une forte contrainte de réduction des émissions de CO2 des ménages dans les décennies à venir. Plusieurs interrogations se posent alors : Quelles sont les technologies permettant d’atteindre une telle réduction ? Quelles politiques mettre en oeuvre pour atteindre un tel objectif ? Et quel est l’impact de ces politiques sur le budget des ménages ?
Le présent travail de thèse s’attache à répondre à ces questions à partir d’un modèle bottom-up d’optimisation de type TIMES portant sur les secteurs résidentiel et transports, réalisé dans le cadre de cette thèse. Ce modèle s’appuie notamment sur une représentation des ménages très désagrégée qui permet d’apporter beaucoup plus de robustesse par rapport aux autres modèles de ce type, basés sur la description d’un ménage moyen. De plus, à l’aide d’une enquête auprès de 2000 ménages réalisée dans le cadre de cette thèse, il est possible de prendre en compte le comportement de consommation des ménages de manière relativement fine, notamment en rendant compte des contraintes subies par les ménages et des arbitrages qu’ils réalisent entre coût et confort.
L’exercice de prospective réalisé à partir de ce modèle permet d’évaluer l’efficacité en terme de réduction et l’impact sur le budget des ménages de différents outils politiques. Il permet notamment de visualiser que l’instauration d’une taxe carbone est un moyen efficace de réduire les émissions et que la mise en place conjointe de subventions ciblées permet de compléter l’action de cette taxe tout en diminuant son impact distorsif sur le budget des ménages.
Mots-clés : Comportement des ménages, modélisation prospective, MARKAL/TIMES, résidentiel, transports, contrainte carbone
2010
Céline GUIVARCH, Evaluer le coût des politiques climatiques. De l'importance des mécanismes de second rang, sous la direction de Jean-Charles HOURCADE, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, octobre 2010 [Télécharger]
La thèse montre comment des mécanismes "de second rang" (rigidités des marchés du travail, imperfection des anticipations) et des mécanismes considérés de court-terme (inertie du capital installé, chômage) induisent que (i) les coûts de l'atténuation sont des coûts de transition, si tant est que des politiques de réorientation des investissements sont mises en place de façon précoce pour éviter des lock-ins sur des chemins de développement carbonés ; (ii) ces coûts peuvent être élevés, en particulier pour les pays émergents et en développement.
Dès lors, la représentation des rigidités du monde réel dans les modèles des interfaces économie-énergie-environnement a des implications importantes pour l'analyse des politiques climatiques. L'égalisation des prix du carbone n'est plus la politique minimisant les coûts de l'atténuation lorsque l'on se place dans un monde de second-rang. La thèse illustre ainsi que le paquet "prix du carbone mondial plus transferts compensatoires" ne peut conduire, par lui-même, à un accord acceptable pour les pays émergents et en développement. Elle insiste sur la nécessité de concevoir des politiques alternatives ouvrant la palette des variables de contrôle (investissements publics, infrastructures, réformes fiscales) et passant par des politiques spécifiques au niveau local.
