Thèse CIFRE de Charles TANO (EDF, Mines ParisTech, IFPEN) : « Méthodologie d’optimisation hybride pour la conception de vallées hydrogène »
La production d’hydrogène bas carbone constitue une brique indispensable de l’ensemble des scénarios visant l’atteinte de la neutralité carbone. Néanmoins, un écart persiste entre les trajectoires de déploiement à grande échelle envisagées par ces scénarios et les réalités industrielles liées à l’implantation effective des infrastructures. Cet espace intermédiaire reste encore peu exploré dans la littérature scientifique ; il est au cœur des travaux menés dans cette thèse.
S’appuyant sur le territoire de Dunkerque, cette recherche a consisté à développer une méthodologie innovante de couplage « doux » entre deux modèles d’optimisation bottom-up1 complémentaires : le modèle de système énergétique européen MIRET-EU (IFPEN) et le modèle d’optimisation énergie-matière de site industriel PHOENIX (EDF – Mines ParisTech). Le couplage « doux » repose sur un processus itératif garantissant la convergence des résultats tout en préservant la cohérence propre à chaque outil.
Pour MIRET-EU, le couplage avec PHOENIX permet de mieux prendre en compte des contraintes territoriales locales — telles que la disponibilité du foncier, l’accès aux ressources en eau ou les capacités industrielles existantes — ainsi que des synergies potentielles entre procédés, susceptibles d’influencer significativement les trajectoires de décarbonation [1]. Réciproquement, ce couplage offre à PHOENIX une vision élargie du territoire, replacé dans les dynamiques nationales et européennes : évolutions de la demande en hydrogène et en électricité, arbitrages technologiques et échanges interrégionaux [2].
En combinant les approches des deux modèles, la méthodologie développée permet d’intégrer dans un cadre unifié des paradigmes habituellement traités séparément. Elle fournit ainsi des trajectoires de décarbonation locales cohérentes avec l’optimisation globale du système énergétique européen, et compatibles avec l’objectif de zéro émission nette à l’horizon 2050 (Figure 1). Les résultats obtenus identifient des voies de décarbonation spécifiques par sous-secteur économique, décrivent la dynamique de pénétration à long terme de l’hydrogène et de ses dérivés, et établissent des conditions limites réalistes pour les pôles industriels locaux. Ils constituent enfin une base robuste pour l’élaboration de stratégies de décarbonation territoriales alignées avec les contraintes de ressources et les opportunités de synergies industrielles.
Au-delà des résultats acquis, ce travail de thèse illustre le bénéfice de la recherche collaborative, amplifié par le dispositif CIFRE, pour lequel le positionnement d’IFPEN, à l’interface des mondes académique et industriel, permet une synergie efficace entre le public et le privé.
1 Un modèle bottom-up est une approche de modélisation dans laquelle le comportement global d’un système est construit à partir de la description explicite de ses composantes élémentaires et de leurs interactions. Il spécifie les mécanismes micro-économiques, physiques ou comportementaux sous-jacents, et laisse émerger les dynamiques agrégées du système par composition ou simulation.
Références :
[1] Tano, N. C.; Malbec, L.-M.; Zoughaib, A.; Le Bourdiec, S. (2024). 37th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation and Environmental Impact of Energy Systems, ECOS 2024 (1), p. 60–71.
>> DOI : https://doi.org/10.52202/077185-0006
[2] Tano, N. C. ; Zoughaib, A. ; Le Bourdiec, S ; Malbec, L.-M. ; D’Herbemont, V. (2025) 43rd IEW, International Energy Workshop, Jun 2025, Nara, Japan.
Contact scientifique : Louis-Marie MALBEC