Modélisation et optimisation de l'interaction entre véhicules électriques et réseaux d'électricité : apport de la théorie des jeux

Cette these etudie l'interaction technico-economique entre vehicules electriques et reseaux d'electricite. Le developpement recent de la mobilite electrique invite en effet a analyser les impacts potentiels de la recharge de ces vehicules sur les reseaux electriques, mais aussi le soutien que ceux-ci pourraient apporter dans les reseaux du futur. Ce travail s'inscrit resolument dans le cadre des reseaux d'electricite intelligents ; la plupart des resultats de cette these s'appliquent tout aussi bien a un lave-linge, un chauffe-eau, une television tant que l'on leur prete la capacite d'intelligence ! Des lors que les decisions des consommateurs electriques flexibles interagissent, ce cadre d'etude offre un terrain de jeu propice aux outils de theorie des jeux. Ceux-ci ont un apport direct lorsque le probleme considere a un fondement strategique, mais leur application permet aussi de proposer des solutions sur des aspects ou la theorie des jeux n'est pas forcement attendue : algorithmique, dans l'echange d'information entre acteurs, etc. La description de cet apport est l'objet principal de ce travail de these et se decompose en trois parties. En fil rouge, le cas des profils de charge rectangulaires – soutenus par de nombreux arguments pratiques mais souvent delaisses par les chercheurs – est analyse. En premier lieu, des questions algorithmiques se posent pour coordonner la charge de vehicules electriques dans un meme perimetre du systeme electrique. Proposant et etudiant un algorithme de coordination, il est montre comment les proprietes fondamentales de celui-ci - sa convergence, l'efficacite de ses points de convergence – peuvent etre deduite d'un jeu auxiliaire sous-jacent. L'analyse de ce jeu est faite en montrant qu'il appartient a la classe des jeux de potentiel, sous des hypotheses physiques et economiques tres generales. Sur le plan de l'echange d'information, un modele est propose pour reflechir a la bonne communication entre un operateur du reseau et un vehicule. Ces deux agents ont interet a communiquer pour planifier la charge intelligente du vehicule electrique, mais ont des objectifs distincts. Ce cadre est tres proche du Cheap-talk en theorie des jeux, mais aussi de la problematique de la quantification en traitement du signal. Ce travail tisse au passage des liens entre ces sujets. Il propose aussi une methode pour que l'agent du reseau et le vehicule s'accordent hors-ligne sur un bon mecanisme d'echange d'information. Enfin, la theorie des jeux est appliquee dans un cadre plus habituel, pour analyser le jeu des acteurs. Ceci est fait quand des ensembles de vehicules de taille importante, vus comme des flottes, cohabitent avec des vehicules individuels. Ceci offre un terrain de jeu applicatif aux outils tres recents des jeux composites. Dans ces trois directions de recherche, des simulations sont effectuees dans le cadre d'un reseau de distribution d'electricite, maille du systeme electrique qui pourrait vivre des impacts significatifs si la charge est non-coordonnee. En particulier, elles montrent la robustesse des methodes proposees face aux incertitudes sur les donnees lorsque des profils de charge rectangulaires sont consideres.