Décarbonation optimale de la chaleur résidentielle à l'horizon 2050 : choix technologiques et implications sectorielles de trajectoires de neutralité carbone pour la France

Optimal decarbonization of residential heating till 2050 : technology choices and sectorial implications of carbon neutrality trajectories for France

• Auteur / Autrice : Zixuan Wang
• Direction : Edi Assoumou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Contrôle, optimisation, prospective
• Date : Soutenance le 08/07/2024
• 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 : Frédéric Lantz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Edi Assoumou, Julia Seixas, Céline Guivarch, Gilles Guérassimoff, Antoine Monnet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Lantz, Julia Seixas
• DOI : 10.70675/1a1d5cc4ze2baz4797zbf07z0ff4b33163af

Mots clés

Mots clés contrôlés

Décarbonation

Optimisation des structures

Compensation carbone

Conversion énergétique

Mots clés libres

Décarbonation

Bâtiments

Chaleur

Optimisation

Systèmes multi-Énergies

Decarbonization

Buildings

Heat

Optimization

Multi-energy systems

Résumé

L’objectif de neutralité carbone de la France, inscrit dans la loi Énergie-Climat, impose une attention particulière au secteur résidentiel, fortement émetteur. Cette thèse identifie les solutions technologiques optimales pour décarboner ce secteur d’ici 2050, en adoptant une approche systémique intégrant les interactions avec les autres secteurs. L’analyse repose sur une modélisation prospective à l’aide du modèle TIMES-FR, qui représente le système énergétique français. Ce modèle linéaire permet une optimisation technico-économique des futurs investissements. Il a été enrichi pour mieux représenter les choix d’investissement résidentiels, en intégrant la biomasse, la chaleur de réseau, les gaz renouvelables, les pompes à chaleur et les scénarios de demande. Deux études sont menées. La première évalue l’impact des vagues de froid, de la performance des rénovations et du rythme de décarbonation sur les choix de chauffage. La seconde explore les trajectoires optimales selon différentes hypothèses sur les ressources bas carbone, les biais d’investissement et la demande. Au total, 576 scénarios sont construits pour couvrir un large éventail de trajectoires vers la neutralité carbone.

France’s carbon neutrality target, enshrined in the Energy-Climate Law, necessitates a particular focus on the residential sector, which is a significant emitter of greenhouse gases. This thesis explores the optimal technological solutions for decarbonizing this sector by 2050, employing a systemic approach that considers interactions with other sectors.The analysis is based on prospective modeling using the TIMES-FR model, which represents the entire French energy system. This linear optimization model facilitates techno-economic assessments of future technological investments. It has been further refined to better capture investment decisions in the residential sector, incorporating biomass supply, district heating, renewable gases, electric heat pumps, and demand scenarios. Two primary studies are conducted. The first assesses the impact of extreme cold spells, renovation efficiency, and the pace of decarbonization on optimal heating solutions. The second expands the analysis by exploring optimal pathways under various assumptions regarding low-carbon resources, investment biases, and energy demand. A total of 576 scenarios are developed, covering a broad spectrum of potential trajectories toward carbon neutrality.