Conception d'un outil d'aide à la décision pour l'optimisation du mix énergétique disponible du territoire du Beauvaisis et de son aéroport par optimisation multi-énergies et approche participative

Design of a decision support tool for optimizing the available energy mix of the Beauvaisis region and its airport through multi-energy optimization and participatory approach.

• Auteur / Autrice : Julien Jean victor
• Direction : Sébastien Potel, Arnaud Dujany (coutu)
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur Génie des Procédés-25DS10
• Date : Inscription en doctorat le 04/10/2023
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : B2R - Bassins Réservoirs Ressources

Mots clés

Mots clés libres

Optimisation

Aide à la décision

Approche participative

Modèle méta-heurisitique

Méthode d'évaluation

Optimization

Decision support

Participatory approach

Metaheuristic model

Evaluation Method

Résumé

La loi de transition énergétique fixe pour la France un objectif de réduction de 40% des émissions à l'horizon 2030 par rapport à 1990. D'autre part, la hausse des prix de l'énergie due au contexte politico-économique implique également une accélération de la décarbonation des industries. Dans ce contexte de transition énergétique, les collectivités locales et territoriales ont un rôle essentiel à jouer pour assurer au pays un avenir durable, notamment en instaurant des approches énergétiques territoriales, avec comme objectifs une extraction à la source de l'énergie utile, une production d'énergie durable et une source d'investissement à court terme. La transition énergétique à l'échelle locale est donc nécessaire mais impose de reconsidérer les rapports entre production et consommation d'énergie tout en évaluant le potentiel de production et de mise en œuvre d'énergies renouvelables et locales. Ceci introduit la question de l'organisation territoriale et de l'investissement des producteurs locaux. L'analyse rétrospective a longtemps été considérée comme la meilleure méthode pour atteindre ces objectifs de transformation. Celle-ci suppose de développer une stratégie à partir d'un idéal à atteindre, en imaginant être dans l'avenir et porter un regard sur le chemin parcouru. Afin de concevoir des systèmes énergétiques durables, cette approche reste d'actualité il est nécessaire d'anticiper les décisions politiques et les plans d'utilisation des énergies renouvelables afin d'estimer la demande en énergie à venir et la compatibilité avec les caractéristiques régionales. Toutefois, le contexte socio-économique actuel rend difficile la projection de scénarios réalisables à moyen ou long terme. Ce changement de paradigme entraîne de nouveaux verrous et de nouvelles problématiques techniques et humaines : disparité des sources d'énergie et de la population dans l'espace, non-simultanéité de la demande et de la production, impact/perturbation sur les structures de distribution. De nouveaux outils sont alors nécessaires afin de développer des scénarios viables de distribution énergétique locale et renouvelable tout en mobilisant efficacement les acteurs concernés pour soutenir l'établissement de systèmes énergétiques locaux, durables et cohérents basés sur une vision du développement communautaire. La solution proposée est le développement d'un outil d'aide à la décision basé sur un modèle métaheuristique d'optimisation multi-énergies. Pour cela, une double approche participative et biogéophysique sera menée sur la base des connaissances des ressources naturelles du territoire, du potentiel de production et de stockage de l'énergie et des innovations technologiques soutenables. Une première évaluation des différents scénarios de mix énergétiques sera proposée par le développement d'un outil d'aide à la décision basé sur un modèle d'optimisation mathématique. Une étude de faisabilité sera ensuite développée avec les acteurs concernés à travers une approche participative basée sur la mise en place d'un Serious Game. L'objectif de cette approche est de favoriser la collaboration entre les collectivités territoriales et autres acteurs locaux pour construire une réflexion sur la transition énergétique et envisager ensemble des solutions d'organisation des différentes énergies disponibles à l'échelle locale et de manière novatrice. L'intérêt d'une telle méthode est de favoriser l'acquisition de savoir provenant des différents acteurs afin d'enrichir l'outil d'aide à la décision précédemment développé. Enfin, un modèle métaheuristique sera développé afin de coupler l'optimisation multi-énergie et les conclusions du serious game dans un modèle évolutif capable de s'adapter aux évolutions sociales, politiques et économiques du territoire.

The Energy Transition Law for Green Growth sets a target for France to reduce its emissions by 40% by 2030 compared to 1990. The law also aims for a 50% reduction in energy consumption by 2050 compared to 2012, with a milestone of 20% by 2030, and an increase in renewable energy of 23% by 2020 and 32% by 2030 compared to 2012, representing 40% of electricity production and 40% of heat consumption. Moreover, the current rise in energy bills due to the politico-economic context also implies an acceleration of decarbonization in industries. In this context of energy transition, local and regional authorities have an essential role to play in ensuring a sustainable future for the country, notably by establishing territorial energy approaches, with the objectives of extracting useful energy at the source, producing sustainable energy, and providing short-term investment sources. Regional energy transition is necessary, but it requires reconsideration of the relationship between energy production and consumption while evaluating the potential for renewable and local energy production and implementation. This introduces the question of the territorial organization of their exploitation and common investment by local producers. The management and exploitation of these energy sources then become complex to ensure a more rational and efficient use of the territorial energy system. Retrospective analysis has long been considered the best method to achieve these transformation objectives. This approach involves developing a strategy based on an ideal to be achieved by imagining being in the future and looking back on the path taken. To design sustainable energy systems, this approach remains relevant, and it is necessary to anticipate political decisions and plans for renewable energy use to estimate future energy demand and compatibility with regional characteristics. However, the current socio-economic context makes it difficult to project feasible scenarios in the medium or long term. This paradigm shift leads to new technical and human barriers and challenges, such as disparities in energy sources and the population in space, non-simultaneity of demand and production, and impact/disruption on distribution structures. New tools are, therefore, necessary to develop viable scenarios for local and renewable energy distribution while effectively mobilizing stakeholders to support the establishment of local, sustainable, and coherent energy systems based on a vision of community development. The proposed solution is to develop a decision support tool based on a multi-energy metaheuristic optimization model. For this, a dual participatory and biogeophysical approach will be conducted based on knowledge of the territory's natural resources, energy production and storage potential, and sustainable technological innovations. A first evaluation of the various energy mix scenarios will be proposed by developing a decision support tool based on a mathematical optimization model. A feasibility study will then be developed with stakeholders through a participatory approach based on the implementation of a Socialgame-type Serious Game. The objective of this approach is to foster collaboration between territorial communities and other local stakeholders to build a reflection on energy transition and collectively envision solutions for organizing the various available energies at the local level in innovative ways. The interest of such a method is to promote the acquisition of knowledge from different stakeholders to enrich the previously developed decision support tool. Finally, a metaheuristic model will be developed to combine multi-energy optimization and the conclusions of the serious game into an evolutionary model capable of adapting to the social, political, and economic developments of the territory.