Thèse en cours

Analyse systémique des scénarios de transition énergétique sous contrainte de flux de ressources : risques et faisabilité
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Auteur / Autrice : Antonin Berthe
Direction : Emmanuel PradosOlivier Vidal
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Mathématiques et Informatique
Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Jean Kuntzmann

Résumé

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Ce projet de thèse est foncièrement transdisciplinaire. Le cœur de ce projet consiste en l'élaboration d'un nouveau modèle numérique liant les secteurs de l'énergie et les secteurs des matières premières structurelles permettant d'en produire des analyses systémiques et d'analyser les instabilités intersectorielles. Dans l'état actuel des connaissances, les aspects systémiques de la transition énergétique et les risques associés sont mal connus et peu ou pas étudiés. Ils sont liés d'une part aux besoins en ressources matérielles et énergétiques de cette transition eux-mêmes conditionnés par les besoins des principaux secteurs productifs, et aux pressions et impacts environnementaux associés (notamment, production de gaz à effet de serre, usage de l'eau et des terres). Ces dépendances structurelles sont génératrices de risques liées aux dynamiques d'instabilité sous-jacentes et aux différentes contraintes qui pèsent sur le système. Au nombre de ces dernières, on peut citer la question des flux en matières premières (principaux métaux structurels, l'intensité matérielle des énergies renouvelables étant considérablement supérieure à celle des énergies fossiles), et en énergie fossiles (déclin inéluctable de la ressource à des coûts supportables), budget carbone (lié à la contrainte climatique). Des contraintes techniques génériques sont également sources potentielles d'instabilité (par exemple, stabilité des réseaux électriques face à une production intermittente et dispersée), de même que des contraintes sociétales diverses (acceptation des transitions, vitesse de pénétration des technologies énergétiques alternatives, etc.). L'analyse des différentes sources d'instabilité (ou du moins des sources les plus importantes) devra reposer sur une analyse préliminaire des dépendances intersectorielles entre les principaux secteurs producteurs et consommateurs d'énergie, de même qu'une analyse des points faibles ou critiques des différentes filières de production et transport de l'énergie et des matières premières structurelles. Sur ce plan, l'actuelle crise du COVID fournit un cas d'étude intéressant, de nombreux secteurs productifs devant faire face à des pénuries de matières premières, suite à la désorganisation des chaînes de production et de distribution induites par la pandémie. Cette situation fournit à la fois un cas-test et une source d'information sur ces dépendances intra- et intersectorielles critiques. La première partie de la thèse consistera d'une part à assimiler les éléments de modélisation structurels construits par Olivier Vidal et son équipe et sur l'identification des principales interdépendances intra- et inter sectorielles qui viennent d'être précisément décrites. La partie principale de la thèse portera elle sur la modélisation dynamique des instabilités systémiques potentielles du système, qui peuvent être déclenchées par des aléas internes (par exemple défaillance d'un ou plusieurs éléments de la chaine de production et de transport de l'énergie ou des matières premières brutes ou transformées), ou externes (par exemple une crise financière). Plus précisément, le travail envisagé sur ce front porte sur l'élaboration d'un modèle de dynamique des systèmes de ce type de risque systémique. Ce travail se déroulera en plusieurs phases : 1. Identification des boucles de rétroaction les plus importantes du système couplé production énergétique/consommation énergétique/matières premières/logistique 2. Identification des maillons les plus fragiles de la chaine logistique. 3. Elaboration d'un modèle stylisé sur la base de ces caractéristiques 4. Calibrage du modèle et analyse de stabilité dans différents scénarios de transition et de sources de perturbation du système. Il ne s'agit pas ici de produire des modèles très détaillés des secteurs considérés, ce qui ne pourrait pas être réalisé dans l'horizon de temps envisagé pour ce travail, et ce qui serait de toutes façons contre-productif en termes d'analyse systémique. Il s'agit plutôt d'identifier et d'étudier les boucles de rétroaction intra- et intersectorielles les plus instables, les possibilités de stabilisation les plus efficaces, ainsi que les effets de seuil et les irréversibilités potentielles de la dynamique. De ce point de vue, la première étape mentionnée ci-dessus est critique et doit être étudiée avec soin. Un niveau gérable de complexité du modèle doit être produit à l'issue de cette étude, à la fois en termes d'élaboration du modèle et d'analyse des résultats.