Développement d'une optimisation multi-objectifs des impacts environnementaux des filières carburants alternatifs

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Stage Data / Mathématiques Appliquées Hauts-de-Seine entre aujourd'hui et août 2024 6 mois


IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

  • l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
  • la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Développement d’une optimisation multi-objectifs des impacts environnementaux des filières carburants alternatifs

L’accélération de la transition énergétique se traduit par la diversification de solutions techniques, notamment pour la mobilité des personnes et le transport de marchandises. Cependant, l’évaluation de la performance environnementale de ces solutions est essentiellement pilotée aujourd’hui par un critère unique : les émissions de dioxyde de carbone pour l’évaluation du changement climatique. Or, une intégration systémique d’autres impacts environnementaux est indispensable pour assurer des décisions éclairées dans le cadre du développement des filières énergétiques envisagées.

Le rôle des carburants alternatifs liquides dans la lutte contre le changement climatique n’est plus à démontrer notamment pour des secteurs comme l’aéronautique ou le maritime. Cependant, ces biocarburants présentent des impacts environnementaux de natures différentes et d’intensités variables. C’est le cas, par exemple, du risque de pénurie d’eau lié aux besoins de leur production ou encore du phénomène d’eutrophisation. Ces derniers sont peu quantifiés aujourd’hui dans le domaine des transports pour des raisons multiples, parmi lesquelles le manque de données ou de méthodes pour quantifier et comparer ces impacts.

La stratégie proposée dans le cadre de ce stage vise à faire progresser la recherche pour pallier certains de ces manques. Plus précisément, le stage proposé cherche à étudier le potentiel de filières carburants alternatifs liquides matures et en cours de développement, en optimisant leurs performances environnementales, au-delà des émissions de CO2, durant tout leur cycle de vie.

L’objectif est de déterminer un mix optimal de filières au sens de la minimisation de leurs impacts environnementaux, au travers d’une optimisation multi-objectifs tenant compte d’impacts de différentes natures, voire couplés à la fonction objectif de coût standard.

Pour ce faire, la démarche du stage reposera sur 4 étapes :

  • La première consistera dans l’analyse de la littérature scientifique traitant d’optimisation multi-objectifs, afin d’en acquérir les bases théoriques, mais surtout les modes de mise en oeuvre et les difficultés inhérentes.
  • La deuxième étape visera à sélectionner un nombre restreint de critères d’impact les plus caractéristiques des filières envisagées, pour lesquels seront recensées et analysées les données disponibles.
  • L’étape de modélisation pourra ensuite être initiée au travers de l’adaptation de tout ou partie de la chaîne de modélisation AGRAF (INRAe et IFPEN) dont les 3 modèles d’optimisation permettent de représenter les interactions entre le secteur agricole qui fournit la biomasse à ses transformateurs en biocarburants, qui sont incorporés par le secteur du raffinage aux pools de carburants routiers, aériens et maritimes.
  • La dernière étape consistera à discuter les résultats obtenus au regard des impacts sélectionnés initialement et en comparaison d’autres, notamment les émissions de CO2.

Le stagiaire devra ensuite apporter un regard critique sur la démarche suivie et les méthodes mises en oeuvre : le but sera alors de pouvoir discuter de la possibilité de généraliser l’approche à d’autres impacts et filières énergétiques, en ayant identifié non seulement les étapes clés de la démarche, mais aussi les difficultés soulevées par l’optimisation multi-objectifs visée et le(s) moyen(s) de les contourner ou solutionner.

Ce sujet permettra d’acquérir une expérience solide dans le domaine de l’optimisation multi-objectifs, en même temps que d’appréhender les principes clés sous-jacents à l’ACV appliquée au déploiement des filières énergétiques. En dépassant le seul critère des émissions de CO2, la prise en main de ces travaux permettra une prise de recul essentielle sur les enjeux associés au développement de ces filières particulières. Il s’agit d’une excellente opportunité pouvant donner lieu au démarrage d’un doctorat sur la thématique à l’issue du stage.

Profil recherché :

Formation (Bac +5) en mathématiques (optimisation) appliquées aux sciences humaines et sociales, une compétence en modélisation sous GAMS, Python et/ou Matlab étant un plus.

  • Connaissances en évaluation environnementale avec la méthode d’Analyse du Cycle de Vie, une initiation à l’utilisation de l’un des logiciels dédiés étant un plus.
  • Être rigoureux dans la conduite de l’étude, notamment dans la mise en oeuvre des méthodes mathématiques testées et le traitement des données collectées.
  • Être à l’écoute, mais aussi force de propositions et capable d’argumenter et de présenter ses travaux.
  • Lire et écrire en anglais (lecture d’articles scientifiques voire rédaction en anglais).

Informations pratiques :

  • Lieu de stage : IFP Energies nouvelles à Rueil-Malmaison (92500)
  • Durée du stage : 6 mois maximum à partir de mars-avril 2024
  • Type de stage : convention de stage
  • Rémunération : une indemnité mensuelle sera versée au stagiaire (si non rémunéré.e par ailleurs).

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Valérie Saint-Antonin

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