Conception et déploiement de stratégies innovantes de pilotage pour les réseaux énergétiques intelligents
Les réseaux de chaleur (RdC) jouent un rôle crucial dans les stratégies de transition énergétique grâce à leur capacité à intégrer efficacement les énergies renouvelables et la chaleur de récupération. En France, la stratégie nationale bas-carbone met l’accent sur l’expansion et l’optimisation des RdC, y compris des réseaux de plus petite taille avec plusieurs sources de chaleur comme le solaire thermique et le stockage. Les systèmes de contrôle intelligents, tels que le contrôle prédictif basé sur des modèles (MPC), visent à remplacer les pratiques manuelles basées sur l’expertise humaine pour améliorer l’efficacité. Cependant, le déploiement de systèmes de contrôle avancés sur de petits réseaux reste difficile en raison des coûts et de la complexité liés au matériel et à la maintenance.
Les solutions industrielles actuelles pour les grands RdC utilisent la programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) pour l’optimisation en temps réel, tandis que les petits réseaux s’appuient souvent sur des systèmes à base de règles. Les travaux de recherche se concentrent sur la simplification des modèles MPC, l’utilisation de pré-calculs hors ligne ou l’intégration de l’apprentissage automatique pour réduire la complexité. Des études comparatives évaluent diverses stratégies de contrôle en termes d’adaptabilité, d’interprétabilité et de performance opérationnelle.
Ce projet postdoctoral vise à faire progresser les stratégies de contrôle des RdC en développant, testant et déployant des approches innovantes sur un site expérimental réel. Il s’agit de créer et de comparer des modèles de contrôle, de les implémenter dans un simulateur physique, et de déployer les solutions les plus prometteuses. Les objectifs incluent l’optimisation des coûts d’exploitation, l’amélioration de la robustesse des systèmes et la simplification du déploiement.
ANALYSES MULTI CRITERES DES TECHNOLOGIES DE PRODUCTION D’HYDROGENE PAR ELECTROLYSE
Le LITEN, fortement impliqué sur les technologies d’électrolyse, souhaite comparer via une analyse multi critères toutes les technologies d’électrolyse aujourd’hui soit disponibles commercialement (AEL, PEMEL), en phase de pré-industrialisation (SOEL), ou en phase de R&D (AEMEL et PCCEL).
Nos études précédentes étaient basées sur des cas d’usage précis (hypothèses figées sur la taille de l’usine, la source d’électricité, la technologie, …).
L’objectif de ces nouveaux travaux est de pouvoir positionner les différentes technologies d’électrolyse selon des paramètres qui seront à définir en début de projet, ces paramètres étant de type contextuel (ex nombre d’heures de fonctionnement, flexibilité attendue), techniques (ex rendement, durée de vie) ou technico économiques (ex CAPEX OPEX) et environnementaux (ex impacts GES, matières). . Il s’agira ici de développer une méthodologie originale qui permette de définir les domaines de pertinence de chacune des technologies d’électrolyse selon ces paramètres, en fonction par exemple du cout de l’hydrogène produit et de son impact environnemental
Evaluation procédés de la filière de production de biocarburants de 3ème génération à partir de micro-algues
Le CEA contribue à l’exploration de la voie biocarburants de 3ème génération par les micro-algues pour la partie recherche amont en biologie (compréhension des mécanismes biologiques et optimisation des performances des microorganismes) par un programme de recherches à la Direction des sciences du Vivant (DSV – CEA Cadarache). L’institut LITEN, au sein de la Direction de la Recherche Technologique (DRT) travaille sur la filière biocarburant 2nde génération, couvrant les domaines allant de la ressource végétale ou déchet jusqu’à l’intégration industrielle, économique et environnementale des procédés étudiés.
Il est proposé dans le cadre de ce contrat postdoctoral d’utiliser les approches développées au LITEN pour :
- faire une étude prospective de l’intégration procédé en vue de la production de carburants à partir de micro-algues
- mener une étude technico-économique des solutions procédés les plus prometteuses dans le domaine de la 3ème génération et l’utilisation industrielle des micro-algues
- d’évaluer l’impact environnemental (en particulier CO2) de ces procédés
Ce travail s’inscrira dans le cadre d’une collaboration entre les deux unités de DSV et de la DRT/LITEN, la première apportant ses connaissances très pointues et plutôt fondamentales en matière de performances techniques du micro-organisme, la seconde apportant la compétence procédé et évaluation technico-économique de filières. Le candidat, basé à Grenoble, sera donc amené à de fréquents déplacements entre Grenoble et Cadarache.
La carbonisation hydrothermale en tant que prétraitement des déchets avant leur conversion thermochimique par gazéification
La gazéification, transformation thermochimique généralement réalisée à environ 850°C, permet de produire un gaz utilisable en cogénération, ou pour la synthèse de produits chimiques ou de carburants. Des verrous subsistent essentiellement pour la gazéification de déchets d'origine biogénique ou fossile : alimentation irrégulière dans le réacteur due à une hétérogénéité en forme et composition ; formation de polluants inorganiques gazeux (HCl, KCl, NaCl, H2S) ou organiques (goudrons), qui gênent le procédé et/ou diminuent son efficacité, et doivent impérativement être nettoyés avant l’application finale.
L'objectif du post-doctorat sera de tester et d'optimiser une étape de prétraitement de la ressource par carbonisation hydrothermale (HTC). Cette transformation est réalisée à 180-250°C, dans un milieu humide et pressurisé (2-10 MPa). Le produit principal est un résidu solide carboné (hydrochar), valorisable par gazéification. L’HTC vise à limiter le relâchement de polluants organiques et inorganiques lors de la gazéification, et à homogénéiser et améliorer la forme physique de la ressource.
La démarche s’appuiera sur : des expérimentations en réacteurs batch sur des ressources et matériaux modèles préalablement sélectionnés, associées à une quantification et analyse des produits formés ; une analyse des résultats visant à élucider les liens entre la ressource et les propriétés de l’hydrochar en fonction des conditions opératoires ; une évaluation des rendements matière et énergie du procédé HTC-gazéification.
Modélisation et évaluation de la e-raffinerie CO2 du futur
Dans le contexte de l'atteinte des objectifs de neutralité carbone en 2050, le CEA a porté une initiative de projet en 2021 qui consiste à évaluer la pertinence du couplage entre un système électronucléaire et un dispositif de capture directe du carbone atmosphérique au travers d’une valorisation de la chaleur fatale du système.
Intégré(e) dans une équipe d'une vingtaine d'experts (évaluation des systèmes énergétiques, ingénierie technico-économique, modélisation de systèmes énergétiques, optimisation, programmation informatique), le candidat participera à un projet de recherche concernant la modélisation et l’évaluation d’une raffinerie du CO2 dédiée à la production de Jet Fuel alimentée par un réacteur nucléaire et couplée avec un procédé de capture de CO2 atmosphérique.