Contexte
Cette thèse est proposée par France Energies Marines dans le cadre d’un projet de R&D dont l’objectif est de mener une analyse avancée des systèmes de production d’hydrogène renouvelable en couplage avec les parcs éoliens offshores, en abordant les aspects d’intégration réseau, de technologies dédiées et d’intégration environnementale.
Description du poste
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 Laboratoire de Génie Chimique. 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 (2021-2023).
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 œuvre. 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.
