PROSPECTIVE ÉNERGÉTIQUE PACA ˸ Quelles transformations futures du territoire pour assurer une transition énergétique et d’économie circulaire ?

PACA Energy Prospective ˸ What future transformations of the territory to ensure an energy transition and circular economy?

• Auteur / Autrice : Carlos Andrade
• Direction : Sandrine Selosse, Nadia Maïzi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Contrôle, optimisation, prospective
• Date : Soutenance le 24/09/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Nice ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de mathématiques appliquées (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Lazaric
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Selosse, Nadia Maïzi, Emmanuel Hache, Gilles Lafforgue, Jean-Paul Marmorat, Jean-Charles Hourcade
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Olivia Ricci

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Transition énergétique

Mots clés libres

Système énergétique régional

Modélisation long terme

Times paca

Transition énergétique bas carbone

Economie circulaire

Intégration des énergies renouvelables

Power-to-gas

Hydrogène

Regional energy system

Long-Term modelling

TIMES PACA

Low carbon transition

Circular economy

Renewable energy integration

Power-to-gas

Hydrogen

Résumé

La lutte contre le réchauffement climatique et la réduction des tensions dues à l’utilisation des ressources requièrent des changements drastiques quant à la façon dont l’humanité interagit avec l’environnement et comment elle doit concevoir et gouverner les systèmes énergétiques à l’avenir, autrement dit comment arriver à des systèmes durables. La mise en œuvre de cette transition touche notamment les territoires infranationaux où sont localisées la majeure partie de la production des déchets et de la pollution mais également plusieurs ressources dont l’exploitation peut contribuer à l’atteinte d'objectifs ambitieux de décarbonation et de durabilité. Cela place les collectivités locales comme des acteurs incontournables dans cette transition, qui sont davantage pris en compte dans la définition des politiques visant la décarbonation des systèmes énergétiques. En France, la déclinaison de la politique énergétique vers ces territoires atteint une étape importante avec la loi relative à la Transition Energétique pour la Croissance Verte de 2015 car elle invite ces derniers à contribuer à la décarbonation du pays en favorisant la mobilisation des ressources énergétiques locales, renouvelables, en leur donnant davantage de compétences pour le faire. La France envisage également de passer à une économie circulaire, laquelle vise à instaurer un système de consommation et production plus durable, en transformant les déchets en ressources qui seront réutilisées dans le système économique, minimisant ainsi la consommation de ressources et la production de pollution. Pour tous ces enjeux à relever pour construire demain, l’utilisation d’outils de modélisation prospective s’avère déterminante en ce qu’elle permet de répondre aux différentes questions qui émergent dans la poursuite de solutions énergétiques durables et neutres en carbone. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse réside dans l’étude de systèmes énergétiques locaux, en particulier de la région française SUD PACA et des options qui s’offrent à elle pour assurer une transition énergétique et d’économie circulaire. Dans un premier temps, les enjeux énergétiques considérés par des outils de modélisation énergétique ont été discutés au cours du temps en montrant comment singulièrement ces modèles ont convergé vers l’étude de la transition énergétique tant au niveau mondial que national et, en particulier, comment ces études s’appliquent de plus en plus aux systèmes énergétiques de territoires infranationaux. Puis, nous avons mis en évidence le rôle croissant pris par les collectivités territoriales dans la définition et la mise en œuvre de politiques énergie-climat-environnement, en nous concentrant en particulier sur le cas de la France. Malgré l’intérêt croissant porté par les gouvernements, les scientifiques et les entreprises au concept d’économie circulaire comme stratégie pour faire face aux problématiques d’épuisement des ressources, un consensus fait défaut quant à ses principes, objectifs et définition. Pour y contribuer, nous proposons une définition intégrant les aspects clés qui ont été mentionnés dans différentes études concernant ce concept. Finalement, en nous appuyant sur le modèle de prospective TIMES SUD PACA que nous avons construit, nous montrons que les collectivités territoriales sont déterminantes pour atteindre les objectifs de décarbonation nationaux et internationaux, à travers la mobilisation de leurs ressources et l'adoption de politiques de décarbonation ambitieuses adaptées à leur contexte économique et démographique. Pour se faire, l’économie circulaire est un levier incontournable, mais elle doit être accompagnée d’une allocation stratégique de leurs ressources : par exemple dans le cas de la région SUD PACA, destiner l’hydrogène aux poids lourds et à la production de gaz de synthèse, ce dernier devant alors n’être alloué qu’aux secteur industriel, ou encore prioriser la récupération de chaleur dans le secteur résidentiel-tertiaire.

Fighting global warming and reducing tensions over resource use requires drastic changes in how humanity interacts with the environment and how it should design and govern energy systems in the future, in other words, how to achieve sustainable systems. The implementation of this transition affects in particular sub-national territories where most of the production of waste and pollution are located, but also several resources whose use can contribute to the achievement of ambitious decarbonization and sustainability objectives. This places local territories as key players in this transition, so they are taken more into account in the definition of policies targeting the decarbonization of the energy system. In France, the implementation of the energy policy towards these territories has reached an important stage with the law relating to the Energy Transition for Green Growth of 2015 because it invites them to contribute to the decarbonization of the country by promoting the mobilization of local renewable energy resources by giving them the competences to do so. France is also considering moving to a circular economy, which aims to establish a more sustainable consumption and production system, by transforming waste into resources that will be reused in the economic system, thus minimizing the consumption of resources and the production of pollution. To propose solutions to all these challenges, the use of prospective modeling tools is decisive, as they can provide with answers to the various questions that emerge in the pursuit of sustainable and carbon neutral energy solutions. In this context, the objective of this work lies in the study of local energy systems, in particular of the French region SUD PACA and the available options that can ensure an energy and circular economy transition. First, the energy issues considered by energy modeling tools were discussed by showing how these models converged singularly towards the study of the energy transition both at the global and national level and, in particular, how these studies are increasingly applicable to the energy systems of sub-national territories. Then, we highlighted the growing role played by local authorities in defining and implementing energy-climate-environment policies, focusing in particular on the case of France. Despite the growing interest by governments, scientists and businesses in the concept of the circular economy as a strategy to deal with issues of resource depletion, a consensus is lacking on its principles, objectives and definition. To contribute to this, we propose a definition that integrates key aspects that have been mentioned in various studies concerning this concept. Finally, based on the TIMES SUD PACA prospective model that we have built, we show that local authorities are decisive in achieving national and international decarbonization objectives, through the mobilization of their resources and the adoption of ambitious decarbonization measures adapted to their economic and demographic context. To do so, the application of a circular economy perspective is essential, but it must be accompanied by a strategic allocation of their resources: for example, in the case of the SOUTH PACA region, targeting hydrogen for freight transport vehicles and for the production of synthesis gas, the latter then having to be allocated only to the industrial sector, or to prioritize heat recovery for the residential-tertiary sector.