Développement d'une solution intégrée pour génératrices micro-hydrauliques tolérantes aux défauts : vers une production d'énergie intelligente, optimisée et durable sur les courants d'eau

Development of an integrated solution for fault-tolerant micro-hydraulic generators: towards intelligent, optimized, and sustainable energy production on water currents

• Auteur / Autrice : Anas Hankour
• Direction : Franck Betin, Amine Yazidi
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur Génie Electrique
• Date : Inscription en doctorat le 03/11/2025
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LTI - Laboratoire des Technologies Innovantes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Energie Electrique et Systèmes Associés

Mots clés

Mots clés libres

Implantation temps réel

Commande avancée

Machines multiphasées

Génie Electrique

Real time implementation

Multiphase machine

Advanced control

Electrical engineering

Résumé

L'objectif principal du sujet de thèse réside quant à la détermination et le développement d'une solution complète de production d'énergie électrique optimisée et tolérante aux défauts pour cours d'eau de puissance moyenne de quelques dizaines de kW (10 à 30 kW) qu'elle soit en ilotage (pour la consommation in situ ou le stockage au travers d'un banc de batteries) ou raccordée au réseau de distribution. En effet, bon nombre de cours d'eau des Hauts de France ou d'ailleurs offrent une source d'énergie continue et renouvelable qui n'est malheureusement pas ou plus exploitée faute de solution techniquement fiable et économiquement viable. Ainsi, de par le passé, des microcentrales hydrauliques ont été conçues à partir de technologies classiques (traditionnellement triphasées) et sont actuellement hors de fonctionnement et laissées à l'abandon. Néanmoins, bon nombre d'entre elles, disposent encore de l'infrastructure génie civil mais tournent dans le vide, les systèmes de conversion étant hors d'usage. Les progrès réalisés ces 20 dernières années en électrotechnique et électronique de puissance ainsi que l'avènement des systèmes de pilotage rapides permettent maintenant d'envisager le développement de solutions fiables et bien moins coûteuse que naguère. En effet, concernant la conversion d'énergie (mécanique en électrique), des solutions basées sur des machines polyphasées à grand nombre de paires de pôles permettent d'envisager de nos jours une production fiable puisque tolérante aux défauts tandis que les nouveaux processeurs de calcul (microcontrôleur ou DSP) associés à de l'intelligence artificielle consentent à la rationalisation de la production par la minimisation des pertes inhérentes à la conversion et l'optimisation des coûts selon les configurations économiques à un temps déterminé et les besoins. Le but ultime de ce projet est donc de développer une solution clé en main permettant, à partir de cours d'eau, la génération électrique fiable (à savoir tolérante aux défauts pouvant surgir sur la machine), adaptable quelle que soit la configuration du site (isolé avec stockage batterie ou raccordé au réseau), avec un flux d'énergie complètement réversible physiquement permettant selon les besoins et les contextes économiques (prix d'achat et de revente du kWh) de pouvoir réaliser tous les scénarios et échanges d'énergie possibles et imaginables à partir d'une couche décisionnelle basée sur de l'intelligence artificielle. Pour relever ce défi technologique révolutionnaire d'envergure mondiale, le projet s'appuiera sur la plateforme expérimentale Hexadiag basée à Soissons-Cuffies et acquise dans le cadre du CPER Energie Electrique 4.0.

The main objective of the thesis subject lies in the determination and development of a complete solution for the production of optimized and fault-tolerant electrical energy for medium-power watercourses of a few tens of kW (10 to 30 kW), whether it is islanded (for in situ consumption or storage through a battery bank) or connected to the distribution network. Indeed, many rivers in the Hauts de France or elsewhere offer a continuous and renewable source of energy that is unfortunately not or is no longer exploited due to a lack of a solutiontechnically reliable and economically viable. In the past, micro-hydropower plants have been designed from conventional (traditionally three-phase) technologies and are currently out of operation and left abandoned. Nevertheless, many of them still have the civil engineering infrastructure but operate in theempty, as the conversion systems are out of order. The progress made over the last 20 years in electrical engineering and power electronics as well as the advent of rapid control systems now make it possible to envisage the development of reliable solutions and much less expensive than in the past. Indeed, regarding the conversion of energy (mechanical into electrical), solutions based on machines polyphase with a large number of pole pairs make it possible to envisage reliable production nowadays since fault-tolerant while new computing processors (microcontrollers or DSPs) combined with intelligence to the rationalization of production by minimizing the losses inherent in the conversion and Cost optimization according to economic configurations at a given time and needs. The ultimate goal of this project is therefore to develop a turnkey solution that allows, from watercourses, the generation of reliable electrical (i.e. tolerant of defects that may arise on the machine), adaptable to any configuration site (isolated with battery storage or grid-connected), with a completely physically reversible energy flow allowing, depending on the needs and the economic contexts (purchase and resale price per kWh) to be able to carry out all the possible and conceivable scenarios and energy exchanges from an intelligence-based decision-making layer artificial. To address this groundbreaking, global technological challenge, the project will build on the Hexadiag experimental plant based in Soissons-Cuffies and acquired as part of the CPER Energie Electrique 4.0.