Optimisation multi-objectif pour le design de systèmes de production d'hydrogène vert basés sur[...]

Laboratoire de Génie Chimique UMR CNRS 5503 Toulouse INP; Occitanie; Sur place; EUR 20 000 - 40 000; Plein temps

Résumé du poste

Le Laboratoire de Génie Chimique UMR CNRS propose un doctorat sur l’optimisation des systèmes de production d'hydrogène vert pour les parcs éoliens offshore. Ce projet, intégrant recherche et développement, vise à améliorer l'efficacité des systèmes énergétiques durables grâce à une approche systémique et des critères économiques et environnementaux.

Qualifications

• Diplôme d’ingénieur ou Master 2 requis.
• Connaissances théoriques et numériques en modélisation et optimisation.
• Niveau B2 en anglais requis.

Responsabilités

• Analyse avancée des systèmes de production d’hydrogène renouvelable.
• Modélisation et optimisation de ces systèmes en prenant en compte les critères économiques et environnementaux.
• Développement d'une formulation d'optimisation multi-objectifs.

Connaissances

Modélisation des systèmes énergétiques

Formulation de problèmes d’optimisation

Langages de programmation (Matlab, Python, C, GAMS)

Analyse critique

Travail en équipe

Curiosité scientifique

Formation

Diplôme d’ingénieur ou Master 2 en Sciences de l’Ingénieur

Description du poste

Optimisation multi-objectif pour le design de systèmes de production d'hydrogène vert basés sur des parcs éoliens offshore, , occitanie, fr

Laboratoire de Génie Chimique UMR CNRS 5503 Toulouse INP

Topic description

Thèse de doctorat – Projet OPHARM2

« Optimisation multi-objectif pour le design de systèmes de production d'hydrogène vert basés sur des parcs éoliens offshore »

France Energies Marines (FEM) est l’Institut pour la Transition Energétique dédié aux énergies marines renouvelables. Sa mission : fournir, valoriser et alimenter l’environnement scientifique et technique nécessaire pour lever les obstacles auxquels est confronté cette filière en plein développement. Fort d’une équipe pluridisciplinaire de plus de 80 collaborateurs et d’un modèle de collaboration public-privé, l’Institut a une raison d’être : la R&D, qu’elle soit collaborative ou menée dans le cadre d’une activité de services.

Le Laboratoire de Génie Chimique

Le Laboratoire de Génie Chimique (LGC) est une Unité Mixte de Recherche CNRS, Université Paul Sabatier (UPS) de Toulouse et Institut national polytechnique (INP) de Toulouse. Les recherches seront menées dans le département Procédés et Systèmes Industriels, qui développe une approche systémique notamment pour la conception optimale de systèmes énergétiques durables (chaînes logistiques « hydrogène », Power-to-Gas).

Ce poste est proposé par France Energies Marines et s’inscrit dans le cadre du projet OPHARM2 dont l’objectif est de mener une analyse avancée des systèmes de production d’hydrogène renouvelable en couplage avec les parcs éoliens offshore, en abordant les aspects d’intégration réseau, de technologies dédiées et d’intégration environnementale.

Sujet de la thèse

L'hydrogène vert constitue un vecteur clé de la transition énergétique selon les multiples feuilles de route « énergie » et plans nationaux visant la neutralité carbone d'ici . Il possède un fort potentiel pour faciliter la décarbonation de secteurs industriels à forte intensité énergétique et peut aussi être utilisé comme carburant vert, en particulier pour les modes de transport lourds, pour lesquels les technologies actuelles de batteries électriques peuvent présenter des limitations fortes. Dans le secteur offshore, le couplage entre les parcs éoliens et les unités de production d’hydrogène pourrait constituer une réelle opportunité pour contribuer au déploiement de la filière hydrogène.

L'objectif de ce doctorat est d'identifier des chaînes d'approvisionnement en hydrogène basées sur l'énergie éolienne en mer qui correspondent aux besoins et aux ressources, en hydrogène et en électricité renouvelables, tant au niveau national que local. L’approche retenue fera intervenir une modélisation et une optimisation de ces systèmes en s’appuyant à la fois sur des critères économiques et environnementaux.

Plusieurs topologies seront prises en compte : l'électrolyse centralisée réalisée à terre; l'électrolyse décentralisée réalisée en mer au pied des éoliennes; l'électrolyse centralisée réalisée en mer sur une plateforme.

Le modèle devra prendre en compte la sélection de la technologie des électrolyseurs (y compris les besoins en dessalement de l'eau de mer), la sélection du schéma de production (centralisée ou décentralisée), la sélection du vecteur de transmission de l'énergie (ligne de transmission électrique et/ou pipelines d'hydrogène en mer).

Le modèle s’appuiera sur des travaux de modélisation de chaînes logistiques « hydrogène » développés au LGC. Ce type de système intègre divers composants, notamment les sources d'énergie, les technologies de production d'hydrogène, les installations de stockage, les méthodes de transport et les points de consommation. Les sources d'énergie renouvelable sont spécifiées à travers des contraintes dédiées. Les approches d'optimisation tiennent également compte de la configuration géographique des différents éléments, des scénarios de demande, ainsi que des données techniques, financières et environnementales. L’innovation de ce travail réside dans l'intégration des ressources éoliennes en mer dans la représentation des systèmes de production d'hydrogène.

Le.a doctorant.e pourra s’appuyer sur l’outil d’évaluation de configuration de couplage entre l’éolien offshore et la production d’hydrogène, mis en place dans le cadre du projet OPHARM (-).

Une formulation d'optimisation multi-objectifs, prenant en compte des critères liés au coût (LCOH, Levelized Cost of Hydrogen), les émissions de CO2, la consommation d'eau douce, la production de saumure, les délais de déploiement, l'utilisation des terres et sera mise en oeuvre. La méthodologie sera développée à différentes échelles géographiques, notamment au niveau national français et au niveau d’un bassin portuaire industriel.

L’apport décisif du travail est de formuler le « bon » problème d’optimisation pour apporter des éléments de réponse à une problématique multi-facteurs en entrée et en sortie. Cela implique de bien comprendre le contexte et les enjeux du secteur, et de bien maîtriser la formulation et la résolution de problèmes d’optimisation.

Profil et compétences

Diplôme d’ingénieur ou Master 2 en Sciences de l’Ingénieur : génie des procédés, génie Industriel, génie électrique, génie énergétique, mathématiques appliquées, ingénieur généraliste.

Connaissances spécifiques

• Théoriques : modélisation des systèmes énergétiques, formulation de problèmes d’optimisation

• Numériques : familiarité avec au moins un des langages de programmation parmi Matlab, Python, c et GAMS.

• Langue : l’anglais est essentiel pour les réunions d’avancement, le reporting et les publications. Le niveau minimum requis est le niveau B2 du CECRL.

Appréciées

• Connaissances sur les mix énergétiques européens et français

• Connaissances sur le transport, le stockage & les usages de l’hydrogène

• Connaissances sur le milieu maritime et EMR

• Langue : capacité à communiquer en français , la thèse se déroulant dans un environnement francophone

Expérience professionnelle

Stage ou césure en lien avec le sujet de thèse, première expérience de recherche en lien avec un laboratoire (stage, projet mené en cours de cursus).

Qualités professionnelles

• Curiosité scientifique, créativité et goût pour les activités de recherche

• Rigueur scientifique et analyse critique

• Autonomie et organisation

• Aptitude à travailler en équipe, en contexte académique et entreprise

• Capacité de synthèse, qualité de rédaction et expression orale aisée en anglais

Encadrement de la thèse

Direction Catherine AZZARO-PANTEL (Laboratoire de Génie Chimique, UMR CNRS )

Co-encadrement Marie ROBERT (France Energies Marines, Siège à Brest)

Informations pratiques

• Durée du contrat : 36 mois

• Lieu de travail : Toulouse INP, LGC 4, allée Emile Monso, Toulouse

Périodes temporaires de travail au siège de France Energies Marines : Av. Alexis De Rochon, Plouzané, France

• Ecole Doctorale MEGeP Mécanique, Energétique, Génie civil & Procédés

• Date de prise de poste : 23 octobre

• Date limite de candidature : 17 septembre

Conformément à la réglementation, à compétences égales, la priorité sera donnée aux personnes en situation de handicap.