Modélisation prospective de long terme des systèmes énergétiques de la région Moyen-Orient et Afrique du Nord : focus sur les défis et les opportunités de la transition énergétique pour les pays producteurs d'hydrocarbures

Long-Term Energy System Prospective Modeling for the Middle East and North Africa Region: focus on the challenges and opportunities of the energy transition for hydrocarbon producing countries

• Auteur / Autrice : Charlène Barnet
• Direction : Sandrine Selosse, Nadia MAïZI
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Contrôle, optimisation, prospective
• Date : Inscription en doctorat le 10/10/2022
• 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

Modèle TIMES

Prospective énergétique

Moyen Orient

Afrique du Nord

Hydrogène

Hydrocarbures

TIMES Model

Energy prospective

Middle East

North Africa

Hydrogen

Hydrocarbons

Résumé

La zone Moyen-Orient Afrique du Nord (MENA) est unique à de nombreux égards en termes d'énergie et d'économie. Tout d'abord, elle englobe plusieurs pays historiquement producteurs et exportateurs d'hydrocarbures, comme l'emblématique Arabie saoudite. Ensuite, c'est une région fondamentalement marquée par les inégalités, ce qui se reflète dans l'empreinte carbone des pays. Bien que la moyenne de la région soit inférieure à la moyenne mondiale en termes d'émissions de CO2 par habitant, certains États présentent des empreintes carbone par habitant parmi les plus élevées au monde. Les systèmes énergétiques de ces pays sont parfois inefficaces et toujours très - voire totalement - carbonés. Enfin, cette région déjà très aride sera parmi les plus touchées par le réchauffement climatique, de sorte que ses membres n'ont d'autre choix que de s'engager dans la transition énergétique mondiale. En raison des caractéristiques particulières de cette région, la transition énergétique entraîne de nombreux défis pour ces pays, dont beaucoup ont fondé leur modèle de développement sur l'extraction et le commerce du pétrole et du gaz. Avec la fin annoncée de l'ère du carbone, leur place sur le marché mondial de l'énergie pourrait être remise en cause et leurs principales sources de revenus pourraient disparaître. Malgré ces difficultés, les pays producteurs d'hydrocarbures semblent néanmoins déterminés à tirer parti de ce nouveau paradigme en s'intégrant dans la nouvelle économie mondiale de la transition énergétique et en maximisant les revenus tirés de leurs ressources pétrolières et gazières. Ainsi, loin de se retirer progressivement de l'échiquier énergétique mondial, nombre d'entre eux mettent en place des stratégies énergétiques tournées vers le commerce extérieur. Les technologies de l'hydrogène, du gaz naturel ou encore du CCUS sont au cœur de leurs politiques énergétiques. L'objectif de cette thèse est donc de mobiliser un outil mathématique de planification à long terme afin d'étudier les futurs énergétiques possibles pour cette région ainsi que son intégration aux futurs marchés énergétiques mondiaux. Le modèle d'optimisation prospective créé utilisera le générateur de modèle TIMES et permettra de modéliser le système énergétique de la région selon différents niveaux d'ambitions climatiques et d'évaluer la contribution future des pays de la région MENA au commerce mondial des produits énergétiques. Un accent particulier sera mis sur l'hydrogène, pour lequel la région MENA dispose d'atouts majeurs. Un module consacré à la question de l'eau permettra également d'évaluer l'impact des politiques de transition énergétique sur cette ressource dans cette région déjà soumise à un stress hydrique sévère.

The Middle East North Africa (MENA) zone is unique in several ways in terms of energy and economics. First of all, it encompasses several historically producing and exporting hydrocarbons countries such as the emblematic Saudi Arabia. Second, it is a region fundamentally marked by inequality, which is reflected in the carbon footprints of countries. While the region's average is below the global average in terms of CO2 emissions per capita, some states have some of the highest per capita carbon footprints in the world. The energy systems of these countries are often inefficient and always very highly, even almost entirely, carbon-intensive. Finally, this already very arid region will be among the most affected by global warming, so its members have no choice but to engage in the global energy transition. Due to the unique characteristics of this region, the energy transition brings with it many challenges for these countries, many of which have based their development model on the extraction and trade of oil and gas. With the predicted end of the carbon era, their place in the global energy market could be challenged and their main sources of revenue could disappear. Despite these difficulties, hydrocarbon-producing countries nevertheless seem determined to take advantage of this new paradigm by integrating into the new global economy of energy transition and maximizing the revenues derived from their oil and gas resources. Thus, far from gradually withdrawing from the world energy chessboard, many of them are implementing energy strategies geared towards foreign trade. Hydrogen, natural gas or even CCUS technologies are at the heart of their energy policies. The objective of this thesis is therefore to mobilize a mathematical tool for long-term planning in order to study the possible energy futures for this region as well as its future integration into world energy markets. The prospective optimization model created will use the TIMES model generator and will allow to model the energy system of the region according to different levels of climate ambitions and to assess the future contribution of the MENA countries to the world trade in energy products. A particular focus will be made on hydrogen, for which the MENA region has major assets. A module devoted to the question of water will also make it possible to assess the impact of energy transition policies on this resource in this region already subject to severe water stress.