Modélisation intégréé du système énergétique mondial pour les trajectoires avec élimination de carbone

Integrated modeling of the global energy system for pathways with carbon dioxide removal

• Auteur / Autrice : Sophie Chlela
• Direction : Sandrine Selosse
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Contrôle, optimisation, prospective
• Date : Inscription en doctorat le 11/10/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mathématiques et Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CMA - Centre de Mathématiques Appliquées
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Optimisation

Élimination du dioxyde de carbone

Changement climatique

Modélisation propspective

Optimisation

Carbon dioxide removal

Climate change

Prospective modeling

Water-energy nexus

Résumé

L'objectif de cette thèse est d'explorer les voies de la neutralité carbone, notamment en utilisant l'élimination du dioxyde de carbone (CDR) pour atteindre les objectifs climatiques internationaux. Les CDR constituent un vaste ensemble de technologies ou d'approches et sont parfois appelées technologies d'émissions négatives (NET). Il peut s'agir de solutions naturelles, technologiques ou une combinaison de ces solutions visant à limiter ou à réduire l'augmentation des émissions anthropiques et leurs concentrations dans l'atmosphère. Ainsi, les questions sous-jacentes, seraient de déterminer quel sera le choix optimal de solutions pour atteindre cet objectif, et quelles seraient les implications, les défis et les opportunités associés. Dans ce contexte, cette recherche tentera de concilier les options naturelles et technologiques pour entreprendre ce sujet dans une approche intégrée. D'autres questions seront également soulevées en raison des politiques et des contraintes environnementales, en se concentrant sur la faisabilité et la maturité technologique, la rentabilité et la durabilité de ces solutions. Ce travail sera réalisé avec TIAM-FR, la version française du modèle intégré TIMES, représentant le système énergétique mondial. Il inclura, mais sans s'y limiter, l'amélioration du modèle en termes de coût des technologies existantes ou nouvellement intégrées et utilisées pour l'optimisation technico-économique « bottom-up » de TIMES (impliquant de travailler sur la structure du modèle), en travaillant sur le module climat. Cela se fera en parallèle de la recherche bibliographique. De plus, une partie des travaux sera consacrée à l'adaptation au changement climatique, devenu nécessaire pour réduire les impacts et les menaces du changement climatique et pour considérer les opportunités qui peuvent être développées. Alors que ces questions peuvent être vastes et impliquer les progrès scientifiques dans les technologies, les synergies derrière le changement climatique, l'énergie et les impacts socio-économiques doivent être décrites. Un lien avec certains des 17 Objectifs de Développement Durable qui sont en relation avec cette recherche sera ensuite exploré afin d'essayer, dans cette recherche exploratoire, de réconcilier le sujet climatique d'une approche intégrée d'atténuation-adaptation, entre technologie et systèmes naturels. Quelles sont les meilleures approches et comment pouvons-nous décider ? Comment les systèmes naturels qui ont commencé à se dégrader auront-ils un impact sur les voies d'atténuation ? Seraient-ils toujours utilisés comme puits ? Nous étudierons en ce sens si certaines technologies sont meilleures dans une région ou une autre, et quand elles doivent être déployées en fonction des contraintes du changement climatique. De plus, les travaux comprendront l'évaluation des politiques liées au changement climatique en termes de réalisation, à travers l'intégration de scénarios.

The objective of this thesis is to explore the net zero emission pathways, notably using carbon dioxide removal (CDR) for achieving international climate targets. The CDR are a broad set of technologies or approaches and are sometimes referred to negative emissions technologies (NETs). They can be natural, engineering or combined solutions that intend to limit or reduce the growth of anthropogenic emissions and their concentrations in the atmosphere. So, the questions behind are to determine what will be the optimum choice of solutions to achieve this target, and what would be the associated implications, challenges and opportunities. In this context, this research will attempt to reconciliate between the natural and technological options to undertake this subject in an integrated approach. Other issues will also be raised in view of environmental constraints and policies, focusing on the feasibility and technological readiness, cost-effectiveness, and sustainability of these solutions. This work will be done with TIAM-FR, the French version of the TIMES Integrated Assessment Model, representing the world energy system. It will include, but not limited to, improvement of the model in terms of cost of the existing or newly implemented technologies used for the bottom-up techno-economic optimization of TIMES (implying to work on the structure of the model), working on the climate module, this will be done in parallel of literature research. Furthermore, a part of the work will be dedicated to adaptation to climate change, as they became necessary to reduce the impacts and threats of climate change and consider the opportunities that may be developed. Whereas these questions can be broad and implicate scientific advancement in the technologies, the synergies behind climate change, energy and the socio-economics impacts need to be portrayed. A link with some of the 17 Sustainable Development Goals that are in relation to this research will then be explored in order to try, in this exploratory research, to reconciliate the climate subject from an integrated mitigation-attenuation approach, between technology and natural systems.: what are the best approaches and how can we decide? How the natural systems that have started degrading will impact mitigation pathways? Will they still be used as sinks? We view in that sense if some technologies are better in a region or another, and when they have to be deployed according to climate change constraints. Furthermore, the work will include the evaluation of policies related to climate change in terms of realization, through the integration of scenarios.