Dissertations / Theses on the topic 'Processus éolien'

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans la problématique du transport éolien du sable. L'étude principale porte sur un aspect particulier du transport par saltation. La saltation désigne le mouvement par sauts des grains de sable emportés par le vent. Lors du rebond du grain en saltation sur le lit de sable, certains grains peuvent être éjectés. Ce mécanisme d'éjection a été étudié à partir d'une expérience modèle de collision d'une bille sur unempilement mensionnel de mêmes billes, en fonction de la vitesse d'impact, du nombre de couches dans l'empilement, des propriétés dissipatives des billes ainsi que du désordre des contacts dans l'empilement. Des lois de distributions des vitesses d'éjection ont été établies. Un modèle sochastique a été développé qui permet d'interpréter certains résultats expérimentaux du processus d'éjection. La dernière partie de cette thèse aborde un autre aspect du transport éolien: celui de la formation des structures éoliennes telles que les rides et les dunes. Nous proposons un modèle de formation des rides capable de prédire l'évolutionspatio-temporelle de ces structures.

L'objectif de cette etude est de quantifier de facon realiste le transport eolien au niveau des zones cotieres. Pour cela nous avons concu des chaines et des logiciels d'acquisition que nous avons utilises lors de nombreuses experimentations de terrain afin de mesurer a diverses echelles de temps et de facon simultanee : les ecoulements eoliens, les parametres meteorologiques ainsi que les flux sedimentaires. Dans un premier temps, nous avons montre que les bases theoriques des formules de transport eolien generalement utilisees etaient incorrectes. Ceci nous a conduit a proposer une nouvelle formule integrant les dernieres decouvertes sur la saltation des particules. Dans un deuxieme temps, nous avons developpe des expressions de correction du transport eolien en fonction des principaux facteurs environnementaux : variations du plan d'eau (maree et houle), pluviometrie et morphologie cotiere. Finalement, nous avons elabore un modele de quantification du transport eolien a court et a long terme en tenant compte de la nouvelle formule de transport ainsi que des corrections liees aux facteurs environnementaux. Les resultats de ce modele offrent une precision jusqu'ici jamais atteinte. Son application a la cote girondine revele une grande variation spatiale des flux eoliens (3. 6 a 13. 7 m 3/m/an) ainsi qu'une valeur moyenne de 6 a 7. 4 m 3/m/an, c'est-a-dire 3 a 4 fois plus faible a ce qui etait prevu jusqu'a present.

Ce travail doctoral a pour objectif de caractériser la dynamique éolienne sur un système dune-plage sous l'influence des vents de terre dominants. Pour y répondre, le site de Leucate-Plage est un candidat idéal en raison de la présence de la Tramontane, un vent de terre de Nord-Ouest soufflant plus de 70 % du temps. Ce site présente également une unique dune peu développée, un aspect microtidal et des tempêtes marines rares, mais parfois intenses. Ces caractéristiques font de cette zone d'étude un des systèmes dune-plage représentatifs des littoraux du Golfe du Lion. Ces recherches montrent par l'utilisation complémentaire des observations et de la modélisation qu'une dune de petite taille peut malgré tout avoir des effets significatifs sur la dynamique éolienne. Ce travail met en évidence une zone de séparation et de recirculation du vent dans la région sous le vent de la dune lors d'un vent perpendiculaire. Cependant, celle-ci n'occasionne pas de transport vers le pied de la dune. Peu importe les vitesses de vent incidentes, les vitesses seuils de déplacement des grains ne sont jamais atteintes dans cette zone de recirculation. La dune de Leucate-Plage étant anthropique, des variations longitudinales de sa morphologie sont observées dues à des différences de techniques de construction. Elles occasionnent des perturbations de l'écoulement duvent et du transport éolien variables. Dans certains cas, le vent au passage de la dune est uniquement dévié et moins atténué permettant le déplacement des sédiments. Dans tous les cas, le vent sera accéléré à l'approche de la crête de dune d'autant plus fort que le vent est perpendiculaire, atteignant jusqu'à 2 fois la vitesse du vent incident. Le déplacement de ces sédiments est dépendant de nombreux facteurs de contrôle, parmi eux, ce travail s'est concentré sur la granulométrie qui est souvent négligée dans les études. Les résultats montrent pourtant que ce paramètre peut avoir de fortes conséquences sur les taux de transport observés et calculés. Dans un environnement présentant de fortes variations de la taille des grains au cours du temps, les taux de transport calculés à l'échelle annuelle peuvent être plus de 75 fois différents de ceux observés. Dans le cas des vents de terre, la distribution des vitesses et du transport éolien associé est inégale sur la plage, une accentuation de ces derniers est observée en s'éloignant de la dune. Ainsi, les taux de transport peuvent aisément dépasser les 100 kg/m/h à l'extrémité de la plage au niveau de la berme. La conséquence de ce transport éolien dirigé vers la mer peut entraîner une érosion significative de la plage aérienne en fonction des vitesses de vent et de l'état granulométrique de la plage. Celle-ci peut atteindre des valeurs supérieures à 50 cm sur la berme en quelques heures. Cette thèse met donc en avant l'impact des vents de terre sur un littoral microtidal ainsi que l'influence d'une dune artificielle et de ses méthodes de construction sur l'écoulement et le transport sédimentaire éolien. Elle met également en garde sur l'utilisation d'une taille de grain appropriée pour le calcul des taux de transport éolien dans un environnement à granulométrie hétérogène
This Research aims to characterize the aeolian processes on a beach-dune system under prevailing offshore winds. To achieve this, the site of Leucate-Plage has been chosen due to the Tramontane, an offshore wind blowing more than 70 % of thetime. This field site is composed of a small foredune on a microtidal area sometimes hit by intense marine storms. These characteristics make this site one of the representative coastal areas present on the Gulf of Lion. This research demonstrates, using observations and modelisations, that a small dune can nonetheless have significant effects on aeolian dynamics. This work highlights an area of wind separation and recirculation in the leeward region of the dune during perpendicular wind. However, this does not cause transport towards the dune foot because, regardless of the incident wind speeds, the threshold shear velocity for grain movement is never reached in this recirculation zone. the dune at Leucate-Plage is human-made, this cause longitudinal variations in its morphology due to different construction methods. These variations create variable disturbances in wind flow and aeolian transport. In some cases, with gentler dune slopes, the wind is not separated but only deflected and much less attenuated when passing over the dune, allowing sediment transport in the lee side. In all cases, the wind is accelerated approaching the dune crest, especially when the wind is perpendicular, reaching up to twice the speed of the incident wind. Aeolian sand transport depends on many control factors, this work focused on the beach grain size and histemporal variability, often neglected in studies. The results show that this parameter can have significant consequences on the observed and calculated transport rates. In an environment with wide variations in grain size over time, annual transport rates can differ by more than 75 times from those observed depending on the grain size applied to the transport formula. In the case of offshore winds, the distribution of wind speeds and aeolian sand transport fluxes is unequal across the beach profile, with an increase observed moving away from the dune. Thus, transport rates can easily exceed 100 kg/m/h at the berm. The consequence of this seaward aeolian transport can cause significant erosion of the beach, depending on wind speeds and beach's grain size state. This erosion can reach values greater than 50 cm on the berm and 20 cm on the beach in a few hours. This thesis highlights the impact of offshore winds on a microtidal beach and the influence of an artificial dune and its construction methods, on wind flow and aeolian sediment transport. It also warns about using an appropriate grain size for calculating aeolian transport rates in a heterogeneous and variable grain size environment

Le travail mené dans cette thèse se présente sous la forme d'études expérimentales des processus d'érosion, de transport et d'avalanches relatifs à la migration et la formation des dunes. Il est divisé en deux grandes parties : La première retrace les résultats d'un ensemble d'expériences et de mesures effectuées sur un champ de dunes dans le nord de la Mauritanie. Ces mesures et observations ont été effectuées sur une période de six mois, dans l'optique d'analyser le transport éolien au coeur du champ de dunes et le mode de déplacement de celles-ci. Cette étude a été complétée par des expériences réalisées en soufflerie pour étudier l'érosion d'un tas de sable en mode contrôlé. La deuxième partie concerne des expériences faites en laboratoire sur des écoulements de grains sur plan incliné, dans une configuration bi-dimensionnelle. Nous avons étudié entre autres les processus dynamiques d'érosion et d'accrétion lors d'avalanches dans ce type d'écoulement

Plusieurs mesures du transport éolien ont été effectuées sur les plages macrotidales de la Côte d'Opale, en vue d'apprécier la façon dont leur morphologie à barres intertidales module les processus éoliens. Les résultats montrent que malgré un fetch de vent potentiel qui peut être très important du fait de la largeur de ces plages, le fetch effectif réel est réduit au haut de plage et à la première barre, et de surcroît, souvent segmenté par les bâches, qui interceptent le sable. Les taux de piégeage, dépendant avant tout de la vitesse du vent, ont été variables, souvent faibles, ce qui peut être un facteur limitant pour l'alimentation des dunes, notamment dans la mesure où les vents de terre constituent la composante dominante sur les sites expérimentaux donnant sur la Mer du Nord. Le suivi par MNT du bilan sédimentaire a permis de cerner l'efficacité des mesures de réhabilitation des dunes bordières et de mettre en évidence les étapes de transfert de sables des plages vers des dunes
Several experiments aimed at elucidating the effects of ridge and runnel morphology on aeolian transport were carried out on macrotidal beaches on the Opal Coast. The results show that in spite of a potentially large wind fetch with onshore winds given the width of these beaches, the effective fetch is generally limited to the upper beach terrace and to the first ridge on the upper beach, and is especially segmented by the runnels which may act as efficient sand traps. The results also highlight highly variable trapping rates. The rates were commonly weak and this could be a limiting factor in terms of beach-dune sand transfers, especially in view of the fact that the dominant winds on the North Sea sites are essentially obliquely offshore. The short term topographic surveys and digital elevation models have highlighted the efficiency of dune management and rehabilitation schemes. Differential contour maps generated by these surveys bring out the stages of foredune accretion

Les grains de sables transportés par le vent dans le désert se déplacent par bonds successifs sur un lit granulaire ; lors de leur impact sur le sol, ils peuvent éjecter d’autres grains. Afin d’étudier ce processus, nous avons réalisé une expérience modèle de collision d'une bille sur un empilement de billes identiques. Nous avons réalisé une étude systématique en faisant varier nos paramètres de contrôle (vitesse et angle d’impact) dans une large gamme. Les résultats obtenus montrent que la bille incidente, lors du rebond, dissipe moins d'énergie pour des impacts rasants, mais qu’en contrepartie, le nombre des grains éjectés est dans ce cas moins important. Les caractéristiques moyennes des éjectats (vitesse et angle d’éjection) sont, au premier ordre, insensibles aux caractéristiques cinématiques de la bille incidente. Par ailleurs, nous avons mis en évidence que l’énergie cinétique totale des éjectats est directement proportionnelle à la fraction d'énergie fournie au lit
Sand grains transported by the desert wind move in successive jumps on a granular bed. During the impact, they can eject other grains. To study this process, we collided a single bead on a packing of identical grains. We reported the experiment for a broad range of incident speeds and impact angles. The results show that, although the incident bead dissipates less energy for grazing impacts, the number of ejected grains is smaller in this case. The mean values of the ejection speed and ejection angle are, to first order, insensitive to the kinematics characteristics of the incident bead. In addition, the total kinetic energy of ejected beads is directly proportional to the fraction of incident energy given

Ce travail présente une démarche méthodologique visant le " traitement de profils " de " mission " et plus généralement de " variables environnementales " (mission, gisement, conditions aux limites), démarche constituant la phase amont essentielle d‟un processus de conception systémique. La " classification " et la " synthèse " des profils relatifs aux variables d‟environnement du système constituent en effet une première étape inévitable permettant de garantir, dans une large mesure, la qualité du dispositif conçu et ce à condition de se baser sur des " indicateurs " pertinents au sens des critères et contraintes de conception. Cette approche s‟inscrit donc comme un outil d‟aide à la décision dans un contexte de conception systémique. Nous mettons en particulier l‟accent dans cette thèse sur l‟apport de notre approche dans le contexte de la conception par optimisation qui, nécessitant un grand nombre d‟itérations (évaluation de solutions de conception), exige l‟utilisation de " profils compacts " au niveau informationnel (temps, fréquence,...). Nous proposons dans une première phase d‟étude, une démarche de " classification " et de " segmentation " des profils basée sur des critères de partitionnement. Cette étape permet de guider le concepteur vers le choix du nombre de dispositifs à concevoir pour sectionner les produits créés dans une gamme. Dans une deuxième phase d‟étude, nous proposons un processus de " synthèse de profil compact ", représentatif des données relatives aux variables environnementales étudiées et dont les indicateurs de caractérisation correspondent aux caractéristiques de référence des données réelles. Ce signal de durée réduite est obtenu par la résolution d‟un problème inverse à l‟aide d‟un algorithme évolutionnaire en agrégeant des motifs élémentaires paramétrés (sinusoïde, segments, sinus cardinaux). Ce processus de " synthèse compacte " est appliqué ensuite sur des exemples de profils de missions ferroviaires puis sur des gisements éoliens (vitesse du vent) associés à la conception de chaînes éoliennes. Nous prouvons enfin que la démarche de synthèse de profil représentatif et compact accroît notablement l'efficacité de l‟optimisation en minimisant le coût de calcul facilitant dès lors une approche de conception par optimisation.

Ce travail présente une démarche méthodologique visant le «traitement de profils» de «mission» et plus généralement de «variables environnementales» (mission, gisement, conditions aux limites), démarche constituant la phase amont essentielle d’un processus de conception systémique. La «classification» et la «synthèse» des profils relatifs aux variables d’environnement du système constituent en effet une première étape inévitable permettant de garantir, dans une large mesure, la qualité du dispositif conçu et ce à condition de se baser sur des «indicateurs» pertinents au sens des critères et contraintes de conception. Cette approche s’inscrit donc comme un outil d’aide à la décision dans un contexte de conception systémique. Nous mettons en particulier l’accent dans cette thèse sur l’apport de notre approche dans le contexte de la conception par optimisation qui, nécessitant un grand nombre d’itérations (évaluation de solutions de conception), exige l’utilisation de «profils compacts» au niveau informationnel (temps, fréquence,…). Nous proposons dans une première phase d’étude, une démarche de «classification» et de «segmentation» des profils basée sur des critères de partitionnement. Cette étape permet de guider le concepteur vers le choix du nombre de dispositifs à concevoir pour sectionner les produits créés dans une gamme. Dans une deuxième phase d’étude, nous proposons un processus de «synthèse de profil compact», représentatif des données relatives aux variables environnementales étudiées et dont les indicateurs de caractérisation correspondent aux caractéristiques de référence des données réelles. Ce signal de durée réduite est obtenu par la résolution d’un problème inverse à l’aide d’un algorithme évolutionnaire en agrégeant des motifs élémentaires paramétrés (sinusoïde, segments, sinus cardinaux). Ce processus de «synthèse compacte» est appliqué ensuite sur des exemples de profils de missions ferroviaires puis sur des gisements éoliens (vitesse du vent) associés à la conception de chaînes éoliennes. Nous prouvons enfin que la démarche de synthèse de profil représentatif et compact accroît notablement l’efficacité de l’optimisation en minimisant le coût de calcul facilitant dès lors une approche de conception par optimisation
This work presents a methodological approach aiming at analyzing and processing mission profiles and more generally environmental variables (e.g. solar or wind energy potential, temperature, boundary conditions) in the context of system design. This process constitutes a key issue in order to ensure system effectiveness with regards to design constraints and objectives. In this thesis, we pay a particular attention on the use of compact profiles for environmental variables in the frame of system level integrated optimal design, which requires a wide number of system simulations. In a first part, we propose a clustering approach based on partition criteria with the aim of analyzing mission profiles. This phase can help designers to identify different system configurations in compliance with the corresponding clusters: it may guide suppliers towards “market segmentation” not only fulfilling economic constraints but also technical design objectives. The second stage of the study proposes a synthesis process of a compact profile which represents the corresponding data of the studied environmental variable. This compact profile is generated by combining parameters and number of elementary patterns (segment, sine or cardinal sine) with regards to design indicators. These latter are established with respect to the main objectives and constraints associated to the designed system. All pattern parameters are obtained by solving the corresponding inverse problem with evolutionary algorithms. Finally, this synthesis process is applied to two different case studies. The first consists in the simplification of wind data issued from measurements in two geographic sites of Guadeloupe and Tunisia. The second case deals with the reduction of a set of railway mission profiles relative to a hybrid locomotive devoted to shunting and switching missions. It is shown from those examples that our approach leads to a wide reduction of the profiles associated with environmental variables which allows a significant decrease of the computational time in the context of an integrated optimal design process

Une étude morphodynamique des avant-dunes des côtes bas-normandes est réalisée. Après une revue de la terminologie des dunes littorales, la synthèse bibliographique expose l'ensemble des paramètres à prendre en compte pour caractériser l'activité éolienne en milieu tempéré. Le domaine de validité des prédictions des transports à partir de formules et les protocoles à mettre en œuvre à court terme sont précisés. Les limites de l'approche analytique sont exposées à travers une intégration à moyen terme (39 mois) des calculs de transport comparés à l'évolution volumétrique de la dune. Des mesures d'écoulement du vent, de transport et d'évolution morphologique sur des durées horaires permettent de mettre en évidence les paramètres contrôlant les transferts éoliens plage-dune. A moyen terme, une analyse originale des suivis topométriques sur une période de 5 ans est proposée. Un modèle conceptuel d'évolution est développé retenant les rôles de la pente et de la hauteur en pied en dune reliés à la dynamique du trait de côte.

Cette thèse propose des algorithmes pour estimer la vitesse et la direction du vent pour des éoliennes et des parcs éoliens.Tout d'abord, nous proposons des méthodes basées sur les données pour estimer la vitesse effective du rotor (REWS) sans nécessiter la connaissance de certains paramètres physiques de l'éolienne, qui pourraient être inconnus de l'opérateur. Nous fournissons deux méthodes basées sur les données, l'une basée sur la régression par processus gaussien et l'autre combinant la régression par processus gaussien avec un observateur grand gain.Ensuite, en nous basant sur cette estimation locale de la REWS, au niveau d'une éolinenne, nous abordons la question de l'estimation du vent en écoulement libre au niveau du parc éolien.Nous commençons par nous concentrer sur l'estimation de la vitesse du vent, pour une direction du vent connue. Pour un parc éolien de géométrie simple, nous démontrons qu'une mesure locale de la vitesse perturbée par la présence des éoliennes peut être utilisée pour estimer la vitesse du vent en écoulement libre. Nous fondons notre méthodologie d'estimation sur une modélisation simplifiée de l'effet de sillage qui consiste en des équations aux dérivées partielles hyperboliques du premier ordre en cascade, et dont la vitesse de transport est la vitesse du vent en écoulement libre. Nous proposons d'utiliser une solution analytique de ces équations, impliquant des retards de transport, pour effectuer une estimation de la mesure locale et mettre à jour l'estimation de la vitesse du vent en écoulement libre. Nous démontrons formellement la convergence de cette estimation et illustrons numériquement l'efficacité de cette méthode.Enfin, nous passons à une configuration plus générale où à la fois la vitesse et la direction du vent en écoulement libre sont inconnues. Nous proposons d'utiliser une modélisation bidimensionelle du sillage et de nous appuyer sur une méthode basée sur l'optimisation. Le problème d'identification que nous formulons se révèle être particulièrement difficile en raison de l'apparition de retards de transport, mais nous montrons comment contourner cette difficulté en considérant une valeur moyenne de l'historique de la vitesse du vent en écoulement libre. Des résultats de simulation obtenus avec le simulateur FAST.Farm illustrent l'intérêt de la méthode proposée
This thesis designs algorithms to estimate the wind speed and direction for wind turbines and wind farms.First, we propose data-based methods to estimate the Rotor Effective Wind Speed (REWS) for a single turbine without prior knowledge of certain physical parameters of the turbine that might be unknown to an operator.We provide two data-based methods, based respectively on Gaussian Process Regression (GPR) and on an combination of GPR with high-gain observers.Second, grounding on this REWS estimation at the local level of one turbine, we address the question of estimating the free-flow wind at the level of a wind farm.We start by focusing on wind speed estimation, for a given known wind direction. For a wind farm with a simple geometry, we prove that a local speed measurement disturbed by the presence of the turbines can be used to estimate the free-flow wind speed. We ground our estimation methodology on a simplified wake model, which consists of first-order hyperbolic partial differential equations, the transport speed of which is the free-flow wind speed. We propose to use an analytical solution of these equations, involving transport delays, to perform an estimate of the local measurement and to update the free-flow wind speed estimate. We formally prove the convergence of this estimate and numerically illustrate the efficiency of this method.Finally, we move to a more general setup where both the free-flow wind speed and direction are unknown. We propose to use a two-dimensional wake model and to rely on an optimization-based method. This identification problem reveals to be particularly challenging due to the appearance of transport delays, but we illustrate how to circumvent this issue by considering an average value of the free flow wind speed history. Simulation results obtained with the simulator FAST.Farm illustrate the interest of the proposed method

Le processus d'érosion éolienne peut entraîner plusieurs conséquences environnementales: la désertification, la dégradation des sols, la pollution de l'air, etc. Cette dernière est liée aux émissions de particules de matériaux granulaires couramment trouvés sur des sites industriels tels que le minerai et le charbon. La distribution granulométrique de ces matériaux consiste habituellement en un mélange d'une large gamme de diamètres, qui comprennent des particules plus grosses qui ne sont pas érodables même avec de fortes rafales de vent. Les particules non érodables jouent un rôle protecteur pour les particules érodables, en recouvrant la surface et en réduisant ses émissions. L'objectif principal de cette thèse est d'estimer plus précisément les émissions dues à l'érosion éolienne compte tenu de l'influence du pavage causée par des particules non érodables. Un modèle analytique a été proposé pour quantifier les émissions des lits de particules et des tas de stockage avec une large distribution granulométrique. Les effets du processus de pavage sont incorporés dans le modèle par la diminution de la vitesse de frottement moyenne sur la surface érodable puisque les particules non érodables s'accumulent. Des travaux antérieurs ont défini une relation mathématique entre l'évolution de la vitesse de frottement sur la surface érodable et la géométrie des éléments de rugosité. Néanmoins, l’equation n'est valable que pour des taux de couverture de particules non érodables limités. Des simulations numériques ont été effectuées dans ce travail pour étendre cette relation afin d'inclure d'autres cas rencontrés dans des situations réelles (avec de plus grandes quantités de particules non érodables). Le modèle d'émission proposé décrit la relation entre la valeur minimale de la vitesse de frottement (à laquelle les émissions cessent), en tirant parti des résultats numériques, et la profondeur finale érodée du lit, qui fournit à son tour la masse émise. Des expériences en soufflerie ont été réalisées afin de mieux comprendre le phénomène de pavage et estimer les émissions d'un lit de particules contenant une distribution de taille bimodale. Les résultats expérimentaux ont également été utilisés pour valider la modélisation, y compris la masse émise globale et les caractéristiques finales de la surface du lit. Un bon accord a été trouvé entre les résultats expérimentaux et modélisés pour les émissions globales et la profondeur de lit érodé. Le modèle d'érosion a été étendu pour l'application dans les tas de stockage. Dans ce cas, l'érodabilité des particules est plus complexe, puisque la vitesse de frottement et les conditions de seuil ne sont pas spatialement homogènes. L'idée du modèle était de subdiviser le tas en isosurfaces dans lesquelles les conditions de seuil et la vitesse de frottement sont constantes, et traiter chacune de ces zones comme une source différente où le modèle d'émission peut être appliqué. Des expériences en soufflerie ont été réalisées afin d'estimer les émissions d'un tas de sable contenant une distribution de taille bimodale. Les résultats modélisés et expérimentaux ont été comparés pour la configuration d'un tas isolé et un bon accord a été trouvé entre la masse émise estimée et mesurée. L'impact de la présence d'un bâtiment et d'un tas de stockage parallèle successif sur l'émission globale de particules a également été évalué. Des expériences en soufflerie et des simulations numériques ont été effectuées pour plusieurs configurations, en évaluant les effets de: (i) l'orientation du vent, (ii) la vitesse du vent, (iii) la distance entre l'obstacles et (iv) la quantité de particules non érodables. Il a été constaté que les interférences de l'écoulement entre les obstacles augmentent les émissions. Par conséquent, toutes les perturbations du vent ont un impact significatif et doivent être prises en compte dans l'estimation et la modélisation des émissions de poussières
Wind erosion process can lead to several environmental consequences: desertification, land degradation, air pollution, etc. This last one is related to particulate matter emissions from granular materials commonly found on industrial sites, such as ore and coal. The particle size distribution of these granular materials usually consist of a mixture of a wide range of diameters, which include larger particles that are non-erodible even with strong gusts of wind. The non-erodible particles play a protective role for erodible particles, paving the surface and reducing emissions. The main objective of this thesis is to estimate more accurately emissions due to wind erosion considering the influence of the pavement caused by non-erodible particles. An analytical model was proposed to quantify emissions from particle beds and stockpiles with a wide size distribution. The effects of pavement process are incorporated in the model through the decrease of the mean friction velocity on the erodible surface as the non-erodible particles accumulate. Previous works have defined a mathematical relation between the evolution of the friction velocity over the erodible surface and the geometry of the roughness elements. Nonetheless, the formulation was only valid to limited cover rates of non-erodible particles. Numerical simulations were carried out in this work to extend the formulation in order to include other cases encountered in real situations (with larger amounts of non-erodible particles). The proposed emission model describes the relationship between the minimum value of friction velocity (at which emissions cease), taking advantage of the numerical findings, and the final eroded depth of the bed, which in turn, provides the emitted mass. Wind tunnel experiments were carried out in order to better understand the pavement phenomenon and estimate emissions from a bed of particles containing a bimodal size distribution. The experimental results were also used to validate the modeling, including the global emitted mass and the final characteristics of the bed surface. A good agreement was found between experimental and modeled results for the global emissions and the bed eroded depth. The erosion model was extended for application in stockpiles. In this case, the erodibility of the particles is more complex as the friction velocity and the threshold conditions are not spatially homogeneous. The idea of the model was to subdivide the pile in isosurfaces in which the threshold conditions and the friction velocity are constant and then treat each one of these areas as a different source where the emission model can be applied. Wind tunnel experiments were carried out in order to estimate emissions from a sand pile containing a bimodal size distribution. The modeled and the experimental results were compared for the configuration of an isolated stockpile and a good agreement was found between the estimated and the measured emitted mass. The impact of the presence of a building and a successive parallel stockpiles on the overall particles emission was also evaluated. Wind tunnel experiments and numerical simulations were carried out for several configurations evaluating the effects of: (i) main wind flow orientation, (ii) wind flow velocity, (iii) gap between the obstacle and (iv) amount of non-erodible particles. It was found that the flow interferences between the obstacles increase emissions. Therefore, all wind perturbations have a significant impact and have to be accounted in dust emission estimation and modeling
O processo de erosão eólica pode levar a várias consequências ambientais: desertificação, degradação da terra, poluição do ar, etc. Esta última está relacionada com as emissões de partículas provenientes de materiais granulares comumente encontrados em indústrias, como minério e carvão. A distribuição granulométrica destes materiais normalmente consiste em uma mistura com uma ampla gama de tamanhos, incluindo partículas maiores que não são erodíveis mesmo com fortes rajadas de vento. As partículas não erodíveis desempenham um papel protetor para as partículas erodíveis, pavimentando a superfície e reduzindo as emissões. O objetivo principal desta tese é estimar com maior acurácia as emissões devidas à erosão eólica considerando a influência da pavimentação causada pelas partículas não-erodíveis. Um modelo analítico foi proposto para quantificar as emissões de leitos de partículas e pilhas com ampla distribuição granulométrica. Os efeitos do processo da pavimentação são incorporados no modelo por meio da diminuição da velocidade de fricção média na superfície erodível à medida que as partículas nãoerodíveis se acumulam. Trabalhos anteriores definiram uma relação matemática entre a evolução da velocidade de fricção na superfície erodível e a geometria dos elementos rugosos. No entanto, a formulação é válida apenas para limitadas taxas de cobertura de partículas não-erodíveis (< 12%). Simulações numéricas foram realizadas neste trabalho para estender a formulação de modo a incluir outros casos encontrados em situações reais (com maiores quantidades de partículas nãoerodíveis). O modelo de emissão proposto descreve a relação entre o valor mínimo da velocidade de fricção (para qual as emissões cessam), utilizando os resultados numéricos, e a profundidade final erodida do leito, que, por sua vez, fornece a massa emitida. Experimentos em túnel de vento foram realizados para melhor compreender o fenômeno da pavimentação e estimar as emissões de um leito de partículas contendo uma distribuição granulométrica bimodal. Os resultados experimentais foram também utilizados para validar a modelagem, incluindo a massa global emitida e as características finais da superfície do leito. Uma boa concordância foi encontrada entre os resultados experimentais e modelados para as emissões globais e a profundidade erodida do leito. O modelo de erosão foi estendido para aplicação em pilhas de estocagem. Neste caso, a erodibilidade das partículas é mais complexa, uma vez que a velocidade de fricção e as condições de limiar não são espacialmente homogêneas. A ideia do modelo é subdividir a pilha em isosuperfícies em que as condições de limiar e a velocidade de fricção são constantes e, em seguida, tratar cada uma dessas áreas como uma fonte diferente onde o modelo de emissão pode ser aplicado. Foram realizados ensaios experimentais em túnel de vento para estimar as emissões de uma pilha de areia contendo uma distribuição de tamanho bimodal. Os resultados experimentais e modelados foram comparados para a configuração de uma pilha isolada (orientada 60 e 90° em relação a direção do escoamento) e uma boa concordância foi encontrada entre a massa estimada e a emitida. O impacto na emissão da presença de um edifício e de uma pilha de estocagem sucessiva também foi avaliado. Experimentos em túnel de vento e simulações numéricas foram realizados para várias configurações avaliando os efeitos de: (i) orientação do vento, (ii) velocidade do vento, (iii) espaçamento entre os obstáculos e (iv) quantidade de partículas não erodíveis. Verificou-se que as interferências do escoamento entre os obstáculos aumentam as emissões. Portanto, todas as perturbações no escoamento têm um impacto significativo e devem ser contabilizadas na estimativa e modelagem de emissões de partículas

Des expériences de laboratoire sur un obstacle isolé placé dans un courant fluide révèlent l'apparition d'une aire de sillage à l'aval de celui-ci. A l'échelle synoptique, selon les images satellitales, photographies aériennes et les travaux de terrains, la circulation des courants éoliens au voisinage des méga-obstacles (Eglab, Tassili-Hoggar, Tibesti. . . ) conduit aux mêmes conséquences : apparition des aires d'abri. Les effets des paramètres morphologiques des méga-obstacles sur l'aire d'abri ont été quantifiés. Il a été démontré que les dépressions topographiques (lac Aral, lac Tchad, chott El Djerid, chott Melrhir. . . ) vis à vis de la dynamique éolienne introduisent un effet similaire à un obstacle en relief. La disposition des méga-obstacles sahariens et sahéliens génère des méga-Venturi responsables principaux de la localisation des ergs dont la dynamique éolienne sur les marges constitue une menace pour les oasis et leurs systèmes d'irrigation. Deux études de cas au Magreb ont été sélectionnées : le Grand Erg Occidental et le Grand Erg Oriental
Experiments of laboratory on an isolated obstacle palced in the fluid current reveal the appearance of a wake area dowstream. On synoptic scale, according to satellite imgeries, aerial photographs and field investigations, wind currents in the vicinity of méga-obstacles (e. G. Eglab, tassili-Hoggar, Tibesti, etc. ) produce the same phenomenon-appearance of shelter zone. The effects of the geomorphologic parameters of the méga-obstacles in the shelter zone are quantified. Meanwhile, the topographic depressions (for example, Lake Aral, Lake Chad Chott El Djerid, Chot Melrhir) result in the analogic aerodynamic effects to that of an geomorphologic obstacle. The distribution of the méga-obstacles in Sahara and Sahel generates mega- Venturi effect controlling the localization of the ergs where the wind dynamics on the margins engenders threats to the oases and their irrigation systems. The Great Western Erg and the Eastern Erg in the Maghreb as two case studies are made

Depuis plus de trois decennies, la secheresse la plus longue et la plus severe du siecle s'installe progressivement au sahel et engendre de nouveaux processus de desertification dont le vent est le principal agent. L'etude de la morphodynamique eolienne se fonde sur l'exploitation de 73 000 donnees anemometriques de deux stations du sud de la mauritanie: rosso et boutilimit. Du traitement statistique de ces donnees ressortent plusieurs constats selon les differentes echelles de temps : - a l'echelle de la journee, l'efficience du vent croit avec les conditions favorables que creent les temperatures elevees et la forte evaporation. Cette efficacite est plus importante en saison seche quand souffle l'harmattan. L'essentiel du potentiel eolien est aussi developpe pendant cette periode de grande fragilite du milieu. - au cours de l'annee, les flux eoliens prennent diverses directions, mais celles du quart nord-est du cadran sont les plus frequentes et les plus determinantes dans la resultante annuelle des vents. Cette morphodynamique est d'apres l'analyse diachronique des photographies aeriennes de 1954, 1976, 1988 et 1993, tres recente et est liee a l'amenuisement du couvert vegetal qui fixe les sols. L'importante potentialite de transport eolien se traduit par une remobilisation generalisee des cordons dunaires et une migration massive meridionale des sables. La vallee du fleuve senegal, a travers ses hydrosystemes les plus septentrionaux - le lac rkiz et le koundi -, est ainsi menacee par des processus erosifs eoliens propres aux conditions desertiques
For more than three decades a long and severe drought has progressively installed itself in sahel, starting a new process of desertification, the wind being its principal agent. The study of this aeolian morphodynamic is based on the use of 73 000 anemometric readings from two stations, rosso and boutilimit, located in the south of mauritania. The statistical analysis of these readings provides observations varying according to the scale of time : - on the level of the day, the efficiency of the wind increases in conditions favorable to raising temperatures and thus rates of evaporation. This efficiency is greater in the dry season when the harmattan blows. Wind power is developed during the period of greatest fragility in the area. - on the level of the year, the winds blow in many directions, but those of the north-east quadrant of the compass are the most frequent and hold the power to determine the annual morphodynamic effects of the wind and principal wind direction. This morphodynamic process, observed through a diachronic analysis of aerial photographs taken in 1954, 1976, 1988 and 1993, is very recent and tied to the diminishment of plant life which anchors the soil. The important potentiality of the aeolian transport makes itself felt in the remobilisation of the sand dunes and a massive meridional migration of sand. Through its most northern reaches, lake rkiz and the koundi, the senegal river valley is threatened by these aeolian erosive processes only found in desert conditions

Ce travail traite de l'utilisation des outils de modelisations physique et numerique dans le domaine du transport eolien de differentes particules. La modelisation physique en soufflerie diphasique et la theorie de la couche limite turbulente ont permis de reproduire les conditions de transport in situ. Dans le cadre de cette approche, nous avons concu et mis en place un dispositif optique de visualisation laser, et une chaine de prise et de traitement d'images pour la determination des profils de concentration massique de l'ecoulement charge. La phase transitoire qui mene vers la saturation est etudiee. L'influence des caracteristiques des particules sur les profils de concentration est aussi analysee. Cette technique de mesure non intrusive donne des resultats tres encourageants par rapport aux profils prevus par la theorie, et permet d'obtenir un nombre de points de mesure tres important. Une simulation numerique basee sur les lois de conservation de la mecanique des fluides est presentee. L'interaction entre l'ecoulement et le lit de particules est prise en compte par l'intermediaire d'un flux massique determine experimentalement, grace a un dispositif optique (diode laser) qui permet de mesurer l'evolution de l'epaisseur du lit de particules. Ces observations experimentales donnent lieu a une analyse du phenomene de ripples observe lors de l'evolution temporelle de l'epaisseur du lit. Une premiere simulation par le code flow3d (cfds-aea technology, angleterre) indique une bonne reproduction des champs de vitesses. Cependant, meme si les ordres de grandeur pour les profils de concentration sont corrects dans les premiers millimetres, ce code numerique ne permet pas d'obtenir une diffusion verticale suffisante des particules. Une seconde approche numerique permet de resoudre l'equation de conservation de la masse solide dans la zone de suspension, et donne une distribution spatiale de la concentration tres proche de la distribution experimentale

Au Sahel, la variabilité climatique a d'abord été analysée à partir de la pluviométrie. Mais celle-ci ne concerne que quelques dizaines de jours dans l'année, alors que les jours sans vent sont peu fréquents. La variabilité climatique est donc analysée ic à partir de l'analyse de la dynamique éolienne au sol et de ses conséquences en lien avec la dégradation environnementale entre 1950 et 2009. - Appréhender les variations climatiques à partir de la direction et de la vitesse du vent mesurées par les stations synoptiques (TCM). Les variations journalières reflètent le rôle de la turbulence thermique. Les cycles saisonniers sont distingués par les directions et les vitesses du vent en lien avec les mouvements de la ZCIT et du FIT. Les périodes de forte aridité sont mises en évidence par des baisses significatives des vitesses moyennes. Les vents au sol distinguent différents types de sécheresses, ce que la pluviométrie ne permettait pas. Ainsi donc, les mesures d'observation du vent fournies par les stations synoptiques aboutissent à des résultats homogènes et en conformité avec les connaissances antérieures issues principalement de l'analyse d'autres paramètres. Ces mesures météorologiques sont donc fiables et d'un intérêt certain. - Comparer les observations météorologiques des vents avec les réanalyses 20CR, NNR-1, ERA-40 et ERA-Interim. Les séries mensuelles présentent de bonnes corrélations à Niamey et Maïné-Soroa, mais pas à Bilma. L'analyse du cycle annuel montre de fortes sur/sous-estimations des vents par les réanalyses. L'évolution interannuelle des vents en été (JJA) et hiver (DJF) montre que ces discordances varient selon les vents, les stations, les périodes et les réanalyses. Au total, ce sont donc ERA-40 et NNR-1 qui sont les plus proches des observations alors que 20CR s'écarte le plus fortement. La comparaison des observations avec les mesures météorologiques assimilées par NCAR (SYNOP) indique que les faibles corrélations des réanalyses avec les mesures TCM pourraient être liées aux fichiers SYNOP en raison de l'importance des données manquantes ou erronées. - Analyser la variation de la conséquence combinée des variations pluviométriques et des vents à travers la visibilité horizontale et les types de temps liés aux basses visibilités (chasses-sables, brumes de sable et brumes-sèches). Les variations interannuelles indiquent des baisses importantes de la visibilité en lien avec les variations de la pluviométrie. Mais l'augmentation des phénomènes météorologiques liés aux basses visibilités indique aussi un changement climatique plus précoce que ce qui est généralement admis sur la base de la seule évolution pluviométrique. Ces modifications concernent la zone saharienne, la plus sensible à l'érosion éolienne, dès la fin des années 1950. Pour les stations sahéliennes, une première dégradation est visible vers 1970, puis une seconde au début des années 1980. Il est possible qu'une nouvelle dégradation observable uniquement à Niamey dans les années 1990 et 2000 soit d'origine anthropique. Analyser la relation vitesse du vent-visibilité horizontale au cours du cycle annuel. Compte-tenu du gradient pluviométrique et de la position amont-aval des stations sur la trajectoire éolienne d'échelle continentale NE-SW, nous observons une évolution qui laisse supposer qu'interviennent d'autres facteurs. En effet, on passe progressivement d'un véritable cycle d'hystérésis à Maïné-Soroa en période humide à une forte relation binaire que vient à peine perturber une courte saison des pluies à Nguigmi en période aride. On peut donc supposer une relation binaire : s'agit-il de la végétation ou d'un facteur anthropique ?

Le transport éolien de particules par saltation est le processus responsable de l'avancée des déserts. L'initiation de ce phénomène est dépendante de nombreux paramètres (écoulement, diamètres des grains, humidité,. . . ) qui peuvent favoriser ou retarder le seuil d'envol. Ce travail consiste en l'étude de l'influence du rayonnement solaire, important dans ces régions, sur la vitesse d'écoulement critique d'envol des particules. Dans ce but, une veine de soufflerie et un dispositif de chauffage infrarouge ont été conçus. Après avoir caractérisé l'écoulement sur parois lisse et rugueuses, des mesures de vitesse critique d'envol ont été réalisées, pour différents échantillons de particules, en isotherme puis sous l'influence d'un flux radiatif
Eolian transport of particles by saltation is responsible for the dunes displacement. The initiation of this phenomenon depends on several parameters (flow conditions, grains diameter, humidity,. . . ) which can change the particles take-off threshold

Les yardangs des dépôts des anciennes playas ont été étudiés sur la sédimentologie, la morphologie et les processus morphogéniques dans trois dépressions (Kharga-Dakhla-Bahariya). L'étude des conditions paléo-environnementales montre que les playas dans les trois dépressions ont été développées pendant les phases humides du Pléistocène terminal et d'Holocène. Elle montre aussi que tous les lacs dans la partie méridionale du Western Désert ont été développés entre 70 et 500 ka. L'analyse granulométrique des grains de dépôts de playas montre que la taille de ces dépôts varie entre les fractions sableuses très fines et les limons moyens. Les rapports entre les paramètres de taille de grain indiquent que ces dépôts ont été déposés dans des environnements marginaux. L'analyse des dépôts de playas a prouvé que le sable éolien représente une source importante dans la formation des playas. Les couches de sable éolien sont déposées par le vent pendant des phases arides ou par l'écoulement de l'eau pendant des phases humides. L'analyse morphométrique montre une relation forte entre les dimensions des yardangs, spécialement entre la longueur et la largeur. La forme idéale des yardangs se réalise quand le rapport entre la largeur et la longueur est 1 : 4. La forme des yardangs dans les playas de Dakhla et Kharga généralement est longitudinale et dans certains cas elle confirme la relation de forme idéale contrairement dans les playas de Bahariya. L'orientation de l'axe longitudinal des yardangs est conforme à la direction du vent dominant dans les zones de Kharga et Dakhla, cependant elle n'est pas conforme à la direction du vent dans la zone de Bahariya. L'évolution des yardangs montre le résultat d'un travail de plusieurs processus morphogéniques. Le vent positif touche le front et les côtés des yardangs, cependant la partie sous le vent se développe par l'écoulement négatif de vent. [. . . ]

L’objectif de ce travail consiste à évaluer les possibilités des convertisseurs multi niveaux pour le raccordement de systèmes de génération à base d’éolienne intégrant un système de stockage. Tout d’abord, la modélisation et la commande pour le raccordement d’une source sont étudiées. Classiquement le convertisseur utilisé pour réaliser la connexion au réseau est contrôlé de manière à réguler le bus continu intermédiaire. L’utilisation d’un convertisseur de topologie NPC nécessite l’équilibrage du bus continu. Une solution basée sur l’utilisation des configurations redondantes est proposée. Ensuite, la généralisation pour la modélisation et la commande d’un onduleur triphasé multi niveaux est développée. L’unité de stockage est utilisée pour réguler le bus continu et compenser les fluctuations de puissance de l’éolienne. La supervision énergétique de cette association de deux sources est réalisée. Le domaine de fonctionnement est déterminé. Différentes possibilités de connexion de ces deux sources sont développées et évaluées expérimentalement. Enfin, l’utilisation d’un convertisseur utilisant quatre condensateurs en série pour le bus continu est développée pour le raccordement d’un système multi sources. Diverses possibilités de raccordement sur ce bus continu sont abordées. Le système de supervision des puissances qui est rendu nécessaire pour chaque cas est également présenté
This work deals with the evaluation of the possibilities which offers the multilevel converters for the connection of a wind generation system including a storage system. First of all, modeling and control of the connection are given. Classically, the grid converter is controlled to regulate the intermediate continuous bus. The use of a NPC converter topology requires the balancing of the DC-bus voltage. A solution based on the redundant configurations is proposed. Then, the modeling and the control of a three-phase multilevel inverter are presented by extending the presented concepts, which are established by using the vectorial mathematical tools. The storage unit is used to control the continuous bus and consequently compensate the fluctuations of the wind power. The energy supervision of the association of both sources is presented and the operation range is given. Various possibilities of the connection of both sources are proposed and evaluated. Experimental validations are given. Finally, the use of a converter using four series capacitors in the DC-bus is developed for the multi source system connections. Various possibilities of connection on this continuous bus are investigated. The supervision system of the powers for each case is also given

Pour parvenir à une maîtrise des enjeux en matière de changement climatique les stratégies politiques se succèdent à tous les échelons du territoire. Au sein de ces politiques, les projets de développement d'énergies renouvelables ont retenu mon attention en particulier les projets de parcs éoliens. Fortement développés au cours du XXIème siècle, ces projets mis en place pour répondre aux attentes en matière de lutte contre le réchauffement climatique s'articulent-ils pour autant au développement durable des territoires ? L'ambition de ce travail est de chercher à comprendre les dynamiques de la durabilité. Pour cela, je partirai d'un postulat de recherche selon lequel une approche du développement durable par le territoire permet de renouveler l'étude de la durabilité en aménagement. Dans la première partie, j'ancre donc territorialement les études menées sur les politiques de durabilité en mobilisant la notion de développement territoriale durable. Dans la deuxième partie, je m'intéresse aux projets de parcs éoliens en tant que projets de territoire, ce qui me permet de questionner les politiques durables sur des micro-espaces en milieu rural. Il s'est avéré que ces espaces répondent aux mêmes logiques d'aménagement que celles du milieu urbain. Cette constatation m'a amenée à formuler l'hypothèse d'une « nouvelle forme d'organisation des territoires » sans distinction entre l'urbain et le rural. La troisième partie s'attache plus particulièrement à étudier le rôle de catalyseur d'action des acteurs dans le processus de durabilité. Par leurs implications territoriales conscientes ou non, ils suscitent des réactions territoriales. Ces réactions sont la manifestation d'un nouvel intérêt pour le territoire et d'un nouvel ancrage territorial, nécessaire à la conduite de projets territoriaux durables
Political strategies have been renewed regularly to better respond to climate issues, across international, national, regional and local levels. Within those politics, renewable energy projects caught my attention. Developed in the XIXth century, this project was implanted to uncross the climate change. Therefore, the research aims at understanding how wind power plants interfere "positively or negatively" with place-based territorial constructions. The point is to address the trade-offs between spatial equity and intergenerational equity, which are the core of sustainable policies. I choose a territorial approach of sustainable development to better respond to the core aim. I think this approach contributes to renew the sustainable studies in urban planning. Consequently, in my first part, I settle the sustainable studies in territorial context by mobilizing sustainable territorial development concept. In the second part, my interests focus on wind farms projects; reconsidering such projects is to get some perspectives towards the territorial projects and sustainable policy particularly in micro-territory in rural area. The finding was a concept of “negotiated territory” without distinction between planning in rural or urban area. The third part, tried to understand the stakeholders implementation in sustainable decision-making process. With our territorial positions (conscious or not) they're because of territorial effects. These reactions are reflecting a new interest to the territory, a new links to the local communities, necessary to conduce territorial sustainable development projects

Les régions sèches situées à la périphérie des déserts sont généralement peuplées et mises en valeur sur un mode sédentaire. Elles partagent cependant avec les milieux désertiques des conditions environnementales qui les rendent sensibles et fragiles. Cela implique de bien connaître les mécanismes de leurs milieux, a fortiori dans un contexte de désertification qui augmente le risque environnemental. Celui-ci est souvent évalué par le suivi de la végétation, mais l’expérience de terrain montre que les formes éoliennes pourraient apporter des compléments utiles. La morphodynamique éolienne joue en effet un rôle non négligeable dans le risque environnemental en régions sèches. Si, dans les systèmes désertiques, l’influence des activités humaines sur l’évolution des formes éoliennes de grande taille est réduite, dans les régions sèches non-désertiques, elles sont de plus petite dimension et leur vitesse de réaction aux changements des conditions du milieu est élevée. Elles sont de surcroît liées aux autres composants du paysage, avec lesquels elles interagissent fortement, et leur fonctionnement peut être corrélé aux modalités d’exploitation du milieu. Cela en fait des indicateurs pertinents et leur suivi doit donc être conçu dans une approche systémique appuyée sur une bonne maîtrise des fondements physiques de l’étude de la morphodynamique éolienne qui sont présentés en ouverture de ce mémoire. Différents outils et concepts élaborés dans les contextes désertiques, parmi lesquels les déplacements potentiels sableux et la densité d’obstacle, sont détaillés. Les effets paysagers de la morphodynamique éolienne sont illustrés par divers exemples. Son intégration dans les études de suivi est alors questionnée pour démontrer que de nouvelles approches peuvent être explorées. Les propositions faites s’intéressent en particulier à un objet, la forme éolienne d’obstacle, qui reste mal connu malgré la place qu’il tient dans les paysages des régions sèches. Une grille de caractérisation fine de cet objet est définie, à partir de laquelle un protocole de quantification et d’évaluation qualitative nécessaire à la production d’indicateurs peut être élaboré. Pour cela, les méthodes développées doivent être reproductibles et minimiser la complexité et les coûts de mise en oeuvre. Dans le domaine de la télédétection, la facilité d’utilisation et la précision des images du Pixy, paramoteur léger à voile souple, démontrent le potentiel des vecteurs de type drone. L’intérêt des satellites à très haute résolution spatiale pour, notamment, la généralisation d’études ciblées est également démontré. Les images produites correspondent notamment à une échelle intermédiaire qui faisait jusqu’alors défaut. Parmi les fournisseurs d’images très haute résolution spatiale, Google Earth est une alternative possible des fournisseurs commerciaux. La disponibilité de plus en plus grande d’images de résolution très élevée offre des perspectives d’applications dans des domaines variés. Leur exploitation présente cependant des contraintes que la Morphologie Mathématique (MM), discipline de l’analyse d’image orientée-objet, permet de contourner. Les outils de la MM facilitent l’analyse façon robuste des images non corrigées, du type Pixy ou Google Earth. Elle s’appuie sur des procédures simples à reproduire, dont les résultats s’expliquent facilement. Elle participe ainsi à réduire le coût des études. Or, la question économique du diagnostic environnemental ne peut être évacuée, en particulier dans les pays concernés par la lutte contre la désertification. Chaque chapitre de ce mémoire démontre l’importance de la prise en considération de deux seuils : d’une part, le seuil d’hétérogénéité, en-deçà duquel l’information recherchée est noyée dans le bruit d’un trop grand détail, d’autre part, le seuil d’homogénéité, au-delà duquel la maille d’analyse fait que l’information est trop lissée pour être pertinente
Drylands share with deserts many environmental conditions that make them sensitive and fragile. It is a necessity to understand the mechanisms of these environments, especially in contexts where there is a risk of desertification. Such an understanding is often assessed by monitoring vegetation. Field experience, however, shows that aeolian morphodynamics may provide useful additional information. The aeolian morphodynamics plays indeed a significant role in the environmental risk of drylands. In desert systems, the anthropogenic pressure on aeolian processes is low. On the other hand, in non-desert drylands, features are smaller but have a faster reaction time to environmental change. They interact strongly with other components of the landscape, such as human activities. Accordingly, the study of non-desertic aeolian morphodynamics has to be designed following a systematic approach. It relies on a good knowledge of fundamental physics of wind geomorphology that is described in this dissertation. Various tools and concepts developed in desert environments, including potential displacement and roughness density, are given. The effects of aeolian morphodynamics on landscapes are illustrated by various examples. Standard studies of wind dynamics are discussed and questioned to demonstrate that new approaches can be explored. This study focuses anchored dunes, which remain poorly studied despite their importance in drylands. Anchored dunes are described and characterized in detail. Then a protocole of quantification and qualitative evaluation can be elaborated.Our aim was to develop methods that are reproducible and minimize the complexity and costs of implementation. The unmanned platform, Pixy, illustrates the potential of drones which provide accurate images with a great flexibility of use. The interest of very high spatial resolution imagery provided by satellites such as QuickBird is also demonstrated. Their images introduce to an intermediate scale between field and large-scale satellite imagery. Among the providers of very high spatial resolution imagery, Google Earth (GE) appears to be a good alternative to commercial suppliers. Increasing availability of free high resolution images offers potential applications in various fields. However, their use has constraints that are managed by Mathematical Morphology (MM), an object-oriented image analysis discipline. Tools from MM allow the analysis of uncorrected images, like those of Pixy or GE. It relies on simple procedures easy to reproduce and explain. It thus contributes to reducing the cost of studies. This economic issue of environmental diagnosis cannot be ignored, especially in the countries concerned by the fight against desertification.Each chapter of this thesis demonstrates the importance of two thresholds through particular example. The threshold of heterogeneity, below which information is embedded in the background noise produced by too much detail, is the first one. The threshold of homogeneity, beyond which information is too smooth to be relevant, is the second one. This work attempts to show how these thresholds may have direct effects on results of a remote sensing study. This consideration is thus a structuring element of the methods used. Beyond the issue of aeolian morphodynamics, this thesis combines semi-automatic characterization methods of landscape elements with processes of multi-scalar integration. The results are potentially useful to any approach that seeks to understand the effects of a phenomenon at different scales

La conception d'un microsystème de conversion d'énergie éolienne représente le cœur de cette étude. L'attention est dérivée vers le générateur sans balais à aimant permanent et auto-commutation, avec la configuration de rotor externe et des tensions électromotrices de forme trapézoïdale. L'objectif global de la thèse est représentée par la tentative de déterminer les paramètres optimaux de conception géométriques et électriques du générateur qui donne les plus faibles pertes totales dans le système, en fonctionnant sous un cycle du vent à long terme et ainsi en augmentant l'efficacité globale du système. En avance à l'optimisation, un modèle de simulation adapté doit être développé en termes de précision des résultats et du temps de simulation. Cela se fait dans la première partie de la thèse en déterminant le niveau de modélisation, ainsi que les variables de conception de chacun des composants du système. Comme l'optimisation fait appel à un algorithme pour le processus de conception, la réduction du temps de simulation a été étudiée dans la troisième et la quatrième partie de la thèse, en développant une méthode appropriée qui permet l'intégration et l'exploitation des données provenant du profil de vitesse du vent lors la détermination de la totalité des pertes de puissance du système. Par la suite, la méthode d'optimisation est présentée, même les résultats optimaux obtenus, ainsi que la comparaison de plusieurs paramètres d'entrée / sortie. Enfin, des essais expérimentaux sont également effectués sur un générateur de référence afin de vérifier la technique de commutation et de contrôle électronique
The design of a micro-wind energy conversion system represents the core of this study. The attention is derived towards the brushless DC permanent magnet generator with outer rotor configuration and trapezoidal induced back-EMF voltages. The global aim of the thesis is represented by the attempt of determining the optimal geometrical and electrical design parameters of the BLDCPM generator that give the minimum total power losses in the system, over long-term wind speed cycle operation and thereby increasing the efficiency of the overall system. In advance to the optimization, an adapted simulation model needs to be developed in terms of results accuracy and simulation time. This is done in the first part of the thesis by determining the modeling level, as well as the design variables of each component of the system. As the optimization appeals to an algorithm for the design process, the reduction of the simulation time has been investigated in the third and fourth part of the thesis by developing a suitable method that allows the integration and exploitation of the available data from the wind-speed profile when determining the totality of the power losses in the system. Afterwards, the optimization methodology is presented along with the optimum results obtained, as well as comparison of several input/output parameters. Finally, experimental tests are also carried out on a reference BLDCPM machine prototype in order to verify its electronic commutation and control technique

Ce travail de thèse a pour objet l'étude de modèles markoviens qui résultent de la prise en compte d'incertitudes dans des systèmes possédant une dynamique hybride : entrées bruitées, dynamique mal connue, ou évènements aléatoires par exemple. De tels modèles, parfois qualifiés de Systèmes Hybrides Stochastiques (SHS), sont utilisés principalement en automatique et en recherche opérationnelle.

Nous introduisons dans la première partie du mémoire la notion de processus diffusif par morceaux, qui fournit un cadre théorique général qui unifie les différentes classes de modèles "hybrides" connues dans la littérature. Différents aspects de ces modèles sont alors envisagés, depuis leur construction mathématique (traitée grâce au théorème de renaissance pour les processus de Markov) jusqu'à l'étude de leur générateur étendu, en passant par le phénomène de Zénon.

La deuxième partie du mémoire s'intéresse plus particulièrement à la question de la "propagation de l'incertitude", c'est-à-dire à la manière dont évolue la loi marginale de l'état au cours du temps. L'équation de Fokker-Planck-Kolmogorov (FPK) usuelle est généralisée à diverses classes de processus diffusifs par morceaux, en particulier grâce aux notions d'intensité moyenne de sauts et de courant de probabilité. Ces résultats sont illustrés par deux exemples de modèles multidimensionnels, pour lesquels une résolution numérique de l'équation de FPK généralisée a été effectuée grâce à une discrétisation en volumes finis. La comparaison avec des méthodes de type Monte-Carlo est également discutée à partir de ces deux exemples.

Cette thèse porte sur la valorisation et les stratégies financières de couverture des risques dans les marchés de l'énergie. Ces marchés présentent des particularités qui les distinguent des marchés financiers standards, notamment l'illiquidité et l'incomplétude. L'illiquidité se reflète par des coûts de transactions importants et des contraintes sur les volumes échangés. L'incomplétude est l'incapacité de pouvoir répliquer parfaitement des produits dérivés. Nous nous intéressons à différents aspects de l'incomplétude de marché. La première partie porte sur la valorisation dans les modèles de Lévy. Nous obtenons une formule approximative du prix d'indifférence et nous mesurons la prime minimale à apporter par rapport au modèle de Black-Scholes. La deuxième partie concerne la valorisation d'options spread en présence de corrélation stochastique. Les options spread portent sur la différence de prix entre deux sous-jacents -- par exemple gaz et électricité -- et sont très utilisées sur les marchés de l'énergie. Nous proposons une procédure numérique efficace pour calculer le prix de ces options. Enfin, la troisième partie traite de la valorisation d'un produit comportant un risque exogène dont il existe des prévisions. Nous proposons une stratégie dynamique optimale en présence de risque de volume, et l'appliquons à la valorisation des fermes éoliennes. De plus, une partie est consacrée aux stratégies optimales asymptotiques en présence de coûts de transactions
This thesis tackles three issues on pricing and hedging in energy markets. Energy markets differ from financial markets mainly in two ways: illiquidity and incompletness. Illiquidity (or lack of liquidity) translates into transaction costs and volume constraints. Incompletness means incapacity to perfectly hedge derivatives. We study different aspects of incomplete markets. First, we focus on indifference pricing in exponential Lévy models. We obtained an approximate formula by considering a Lévy process as a perturbed Brownian motion. That way we obtain the minimal correction from Black-Scholes price. Second, we present a numerical procedure to price spread options when underlyings are stochastically correlated. These options are very popular in energy markets, underlyings being for instance gas and electricity. Third, we derive optimal strategies using exogeneous factors forecasts. We exhibit an explicit pricing formula and an optimal strategy handling volume risk and apply it to wind farms valuation. Finally, a short review of optimal strategies taking into account transaction costs is made

Cette thèse traite de problèmes de dépendance entre processus stochastiques en temps continu. Ces résultats sont appliqués à la modélisation et à la gestion des risques des marchés de l'électricité.Dans une première partie, de nouvelles copules sont établies pour modéliser la dépendance entre deux mouvements Browniens et contrôler la distribution de leur différence. On montre que la classe des copules admissibles pour les Browniens contient des copules asymétriques. Avec ces copules, la fonction de survie de la différence des deux Browniens est plus élevée dans sa partie positive qu'avec une dépendance gaussienne. Les résultats sont appliqués à la modélisation jointe des prix de l'électricité et d'autres commodités énergétiques. Dans une seconde partie, nous considérons un processus stochastique observé de manière discrète et défini par la somme d'une semi-martingale continue et d'un processus de Poisson composé avec retour à la moyenne. Une procédure d'estimation pour le paramètre de retour à la moyenne est proposée lorsque celui-ci est élevé dans un cadre de statistique haute fréquence en horizon fini. Ces résultats sont utilisés pour la modélisation des pics dans les prix de l'électricité.Dans une troisième partie, on considère un processus de Poisson doublement stochastique dont l'intensité stochastique est une fonction d'une semi-martingale continue. Pour estimer cette fonction, un estimateur à polynômes locaux est utilisé et une méthode de sélection de la fenêtre est proposée menant à une inégalité oracle. Un test est proposé pour déterminer si la fonction d'intensité appartient à une certaine famille paramétrique. Grâce à ces résultats, on modélise la dépendance entre l'intensité des pics de prix de l'électricité et de facteurs exogènes tels que la production éolienne
In this thesis, we study some dependence modeling problems between continuous time stochastic processes. These results are applied to the modeling and risk management of electricity markets. In a first part, we propose new copulae to model the dependence between two Brownian motions and to control the distribution of their difference. We show that the class of admissible copulae for the Brownian motions contains asymmetric copulae. These copulae allow for the survival function of the difference between two Brownian motions to have higher value in the right tail than in the Gaussian copula case. Results are applied to the joint modeling of electricity and other energy commodity prices. In a second part, we consider a stochastic process which is a sum of a continuous semimartingale and a mean reverting compound Poisson process and which is discretely observed. An estimation procedure is proposed for the mean reversion parameter of the Poisson process in a high frequency framework with finite time horizon, assuming this parameter is large. Results are applied to the modeling of the spikes in electricity prices time series. In a third part, we consider a doubly stochastic Poisson process with stochastic intensity function of a continuous semimartingale. A local polynomial estimator is considered in order to infer the intensity function and a method is given to select the optimal bandwidth. An oracle inequality is derived. Furthermore, a test is proposed in order to determine if the intensity function belongs to some parametrical family. Using these results, we model the dependence between the intensity of electricity spikes and exogenous factors such as the wind production

Les steppes algériennes sont situées entre le Sahara et la méditerranée. Le climat semi-aride autorise le développement d’une végétation naturelle et le maintien du pâturage. Ce milieu, à équilibre environnement fragile est le théâtre de changements, avec le déclin du nomadisme, la transformation des éleveurs en agro-pasteurs, l’extension de l’agriculture et l’urbanisation. Nous abordons ces points en articulant le passé au présent pour mettre en lumière le poids de l’activité d’élevage fortement enracinée dans la polarisation des tendances actuelles.Basé sur une méthode quantitative par télédétection et d’analyse d’un nombre important d’images satellitaires, ce travail capte les changements opérés sur les processus environnementaux et recherche des liens utiles d’interactions entre eux. L’analyse des précipitations par un indicateur spécialisé (SPI) révèle son caractère fluctuant. Les séquences sèches laissent des conséquences dommageables sur la végétation, l’activité humaine et la réactivation d’ensablement.Des changements spectaculaires sont observés, l’agriculture est sortie des endroits préférentiels pour conquérir de nouveaux espaces dans les plaines et terrasses. Le sable réapparaît occasionnellement, sa corrélation avec la sécheresse a pu être démontrée. L’ensablement s’amorce après la persistance de trois années sèches. En revanche, une année humide est suffisante pour réduire substantiellement la surface ensablée. C’est pourquoi, l’interaction entre l’activité hydrique et éolienne est analysée. Nous proposons un modèle d’échange sédimentaire, en introduisant la notion de recyclage sédimentaire, transport additionné et transport opposé.En termes d’aménagement, les mesures protectrices a priori sont privilégiées à la gestion postérieure des impacts de la dégradation. Par ailleurs, la gestion prospective est abordée à travers l’exploitation des données de prévisions météorologiques et l’identification des variations spectrales indicatrices de réactivation du processus d’ensablement dans l’imagerie satellitaire
The Algerian steppes are located between the Sahara and the Mediterranean. The semi-arid climate allows the development of natural vegetation and the maintenance of pasture. This fragile environment is the scene of change, with the decline of nomadism, the transformation of pastoralists into agro-pastoralists, the extension of agriculture and urbanization. We approach these points by articulating the past to the present to highlight the weight of the livestock activity strongly rooted in the polarization of current trends.Based on a quantitative remote sensing and analysis method for large number of satellite images, this work captures changes in environmental processes and seeks useful links between them. The precipitation analysis by a specialized indicator (SPI) reveals its fluctuating nature. Dry sequences leave damaging consequences on vegetation, human activity and sand drift reactivation.Spectacular changes are observed, agriculture has emerged from preferential places to conquer new spaces in the plains and terraces. The sand occasionally reappears, its correlation with the drought could be demonstrated. The sand drift begins after the persistence of three dry years. On the other hand, a wet year is enough to substantially reduce the sand area. This is why the interaction between water and wind activity is analyzed. We propose a model of sedimentary exchange, introducing the concept of sedimentary recycling, added transport and opposite transport.In terms of management, anticipatory protective measures are favored for the later management of the impacts of degradation. Furthermore, the prospective management is approached through the exploitation of meteorological forecast data and the identification of spectral variations indicative of reactivation of the sand drift in satellite imagery

L'objectif de ce travail en cotutelle entre l'Université Technique de Sofia et l'Université de Corse, consiste à étudier différentes structures de systèmes hybrides à sources d'énergie renouvelables et ce, dans deux cadres : des processus à variation lente (aspect énergétique) et à variation rapide (aspect électrique). Après une étude bibliographique basée sur une littérature internationale, une étude du potentiel éolien et solaire et de leur complémentarité est réalisée pour différentes stations Bulgares et Corses Les différents modèles de comportement des générateurs du système hybride ont été présentés et validés : photovoltaïque et éolien, puis une analyse des performances d'un système éolien/PV/Stockage et en son dimensionnement optimisé a été réalisé. Le choix du mode de stockage s'est porté sur les Stations de Pompage à Transfert d'Energie (STEP) et l'apport d'un tel stockage sur l'augmentation du taux de pénétration des sources d'énergie renouvelables a été estimé dans le cas du réseau électrique corse. Dans le cadre de l'étude des processus à variation rapide, l'attention a été portée vers les éléments du système hybride dans lesquels intervient une machine asynchrone. Des modèles de machine asynchrone, de convertisseur de tension réversible et de systèmes de contrôle sous différentes configurations ont été développés et validés expérimentalement. Le modèle de simulation a été adapté et mis en oeuvre dans un système microprocesseur dSPACE, qui permet le contrôle des convertisseurs électroniques dans le circuit du rotor de la machine asynchrone à double alimentation en temps réel.

Dans le désert Libyque (Égypte), l'un des plus arides du monde, l'action du vent trouvant peu de limites, l'ablation et le transport éoliens sont des éléments prégnants de la morphogenèse. Au cœur de ce désert, les oasis de la dépression de Kharga, nées de l'artésianisme et des activités humaines, constituent au contraire, par la profusion de l'eau et de la végétation, des secteurs où les processus de dépôt sont renforcés. L'imbrication entre une région désertique (zone-source de sédiments) et des sites oasiens (zones de dépôt), où s'appliquent des processus opposés, maximise les dynamiques éoliennes et leur impact morphogénétique. Il en découle la formation des paysages du vent, que cette thèse vise à décrire, comprendre et expliquer. Mobilisant des méthodes de géomorphologie, de géoarchéologie, de géohistoire et de sédimentologie, ce travail rend compte de l'impact paysager des interactions entre activités humaines et dynamiques éoliennes depuis la création des oasis il y a 2 500 ans. Il présente un bilan des processus naturels et anthropiques, et aborde la question des conditions de vie des oasiens depuis l'Antiquité.Trois apports principaux résultent de cette recherche :- une typologie des formations constitutives des paysages du vent- une modélisation descriptive du système à leur origine, reposant sur des cycles asynchrones de colonisation et de déprises- un bilan des grandes tendances de l'évolution environnementale et morphogénétique sur le temps long, depuis l'implantation des oasis : les paysages du vent sont nés de la distorsion entre la dégradation environnementale régionale et l'amélioration locale et temporaire des conditions édaphiques résultant des activités humaines
The limiting features of the wind dynamics are scarce in the Western desert of Egypt, one of the most arid areas in the world: eolian ablation and transport are the prevailing factors of the morphogenesis. Born from artesian waters and human activities, the oases of Kharga basin form an area where the deposition processes are stronger thanks to the large amount of water and vegetation. Eolian dynamics, and their morphogenetic impacts, are strengthened by the nesting of oasis sites (deposition areas) in a desert region (sediment source-zone). The landscapes of the wind are thus formed by the juxtaposition of these areas where opposed processes occur. This thesis aims to describe, understand and explain their development.This work based on geomorphology, geoarchaeology, « géohistoire » and sedimentology gives an account on the impacts on the landscapes of the interactions between eolian dynamics and human activities since the creation of the oases 2 500 years ago. It consists in an overview of the natural and anthropogenic processes and an assessment of the living conditions in the oasis since the Antiquity.The three main results of this research are:- a typology of the elements forming the landscapes of the wind;- a descriptive modelisation of the system at stake in their formations, which is based on an asynchronous cycle of colonisation and abandonment of the sites;- an overview of the main patterns of the long-term environmental and morphogenetic evolution since the creation of the oases.This triple contribution shows that the landscapes of the wind are born from the distortion between the regional environmental trend towards degraded conditions and the local and temporary improvements of the edaphic conditions due to human activities

Les massifs dunaires de la côte picarde ont fait l'objet d'une analyse haute résolution sur des bases stratigraphique, sédimentologique, eustatique et paléoclimatique. Ce travail a été argumenté par plus de 60 nouvelles datations, par la recalibration des données anciennes disponibles et par la décompaction des tourbes et sédiments fins observés en sondages. Cette analyse a permis de bâtir une séquence chronostratigraphique régionale qui a ensuite été élargie aux séquences de la Mer du Nord, de la Manche et de la façade atlantique française. Ce travail d'inter-comparaison, qui a permis de réaliser une séquence d'enregistrements paléoenvironnementaux, a finalement été traduit en termes de stratigraphie séquentielle du prisme holocène. L'apport de cette étude a été de montrer: 1°/ le caractère relativement simple de la transgression holocène tout en incluant les MeltWater Pulses, 2°/ un maximum eustatique à environ 1 m 50 au-dessus de l'actuel (5500 BC), 3°/ une régression temporaire marquée au Subboréal, 4°/ un niveau marin légèrement régressif depuis malgré plusieurs petits maxima voisins de l'actuel et surtout, 5°/ une augmentation de la fréquence et de la violence des tempêtes depuis l'époque romaine. Ce dernier point est caractérisé par la mise en place de massifs dunaires et d'invasions marines épisodiques liées aux surcotes de tempêtes, confondues avec des épisodes transgressifs vrais. Ce travail montre finalement que l'essentiel de la formation des corps dunaires est plutôt contrôlé par le refroidissement progressif du climat depuis l'Optimum Holocène et par la réorganisation de la circulation atmosphérique qui en découle que par une régression eustatique importante.

Notre thèse part d’un constat issu de nos enquêtes et observations de terrain : les pratiques socio-spatiales et les discours d’une majorité des acteurs géographiques en Méditerranée occidentale semblent aujourd’hui marquées par une mise à distance et une mise en scène des phénomènes éoliens (partie 1). Or cette distanciation peut être mise en relation avec une géohistoire de l’anémologie soit l’évolution des discours scientifiques ayant conduit à une « mise en objet » du vent (partie 2). Notre hypothèse consiste à souligner l’intérêt d’une approche sensible et phénoménologique (partie 3 : perception sensible, imaginaire symbolique, expressions artistiques) afin de remettre au centre l’expérience des sociétés méditerranéennes ayant développées un savoir-habiter avec les vents. La dernière partie analyse les possibilités offertes à l’action par la prise en compte de cette approche à travers de nouvelles pratiques habitantes (architecture, énergie)
My doctoral research work is based on observations and field interviews. I revealed that thesocio-spatial practices of most of the geographical actors dealing with the winds, in the NorthWestern Mediterranean area, are characterized by technological hybridization anddeterritorialization (part 1). Change in the practices of interactions with the winds can belinked to the geohistory of anemology: overtime, scientific progresses built a paradigm ofwind modelling (part 2). My doctoral work stresses the importance of an esthetical andphenomenological approach that would include sensitive perception, symbolic imaginary, andartistic expressions (part 3). This approach would re-centre the relations between humanbeings and the winds: the very experience that North Western Mediterranean societies haveshaped by living with the winds. The last part of my dissertation analyses to which extent thisapproach based on those new ‘human’ practices (architecture, energy) could be useful forpublic action purpose (part 4)

Les Éoliennes à Entraînement Direct (ÉED) sont équipées de Générateurs Syn- chrones à Aimants Permanents (GSAP). Leurs trois plus courantes défaillances sont la dé- magnétisation, l’excentricité (statique, dynamique et mixte) et le court-circuit inter-tour. L’analyse de la signature du courant de la machine est souvent utilisée pour rechercher des problèmes du générateur, car ces altérations introduisent des harmoniques supplémen- taires dans les courants générés. La Transformée de Fourier Rapide (TFR) est utilisée pour calculer le spectre des courants. Cependant, la TFR permet de calculer l’ensemble du spec- tre, tandis que le nombre de défauts possible et le nombre d’harmoniques introduites sont faibles. L’algorithme de Goertzel, mis en oeuvre sous forme de filtre (le filtre de Goertzel), est présenté comme une alternative plus efficace au TFR. Le spectre des courants change avec la vitesse du vent, ce qui rend la détection plus difficile. Le Filtre de Kalman Étendu (FKÉ) est proposé comme solution. Le spectre de résidus, calcule entre les courants estimés et les courants générés, est constant, quelle que soit la vitesse du vent. Cependant, l’effet des défauts est visible dans leur spectre. Lors de l’utilisation de l’FKÉ, un défi consiste à estime la matrice de covariance pour le bruit du processus. Une nouvelle méthode était développée pour ça, qui n’utilise aucune de maîtrise du filtre. Les ÉED sont placés soit dans des zones éloignées, soit dans des villes. Pour la surveillance des ÉED, des dizaines ou des centaines de kilomètres de câbles sont nécessaires. Les Réseaux de Capteurs sans Fil (RCF) sont bien adaptés pour être utilisés dans l’infrastructure de communication des ÉED. RCF ont des coûts initiaux et d’entretien plus faibles et leurs installations sont rapides. De plus, ils peuvent compléter les réseaux câblés. Différentes technologies sans fil sont comparées : les technologies à grande surface, ainsi que les technologies à courte portée qui supportent des débits de données élevés
Direct Drive Wind Turbines (DDWTs) are equipped with Permanent Magnet Syn- chronous Generators (PMSGs). Their three most common failures are demagnetization, ec- centricity (static, dynamic and mixed) and inter-turn short circuit. Machine Current Signa- ture Analysis is often used to look for generator problems, as these impairments introduce additional harmonics into the generated currents. The Fast Fourier Transform (FFT) is utilized to compute the spectrum of the currents. However, the FFT calculates the whole spectrum, while the number of possible faults and the number of introduced harmonics is low. The Goertzel algorithm, implemented as a filter (the Goertzel filter), is presented as a more efficient alternative to the FFT. The spectrum of the currents changes with the wind speed, and thus the detection is made more difficult. The Extended Kalman Filter (EKF) is proposed as a solution. The spectrum of the residuals, computed between the estimated and the generated current, is constant, regardless of the wind speed. However, the effect of the faults is visible in the spectrum. When using the EKF, one challenge is to find out the covariance matrix of the process noise. A new method was developed in this regard, which does not use any of the matrices of the filter. DDWTs are either placed in remote areas or in cities. For the monitoring of a DDWT, tens or hundreds of kilometers of cables are necessary. Wireless Sensor Networks (WSNs) are suited to be used in the communication infrastructure of DDWTs. WSNs have lower initial and maintenance costs, and they are quickly installed. Moreover, they can complement wired networks. Different wireless technologies are com- pared - both wide area ones, as well as short range technologies which support high data rates