Encadrement :
Directeurs de projet :
- Prof. Jean-Louis Dirion (IMT Mines Albi)
- Dr. Mathieu Milhé (IMT Mines Albi)
Localisation :
Le projet sera localisé à Albi (IMT Mines Albi).
Contrat :
CDD de 24 mois à compter d’octobre 2022. Poste d’ingénieur de recherche, statut cadre, en partenariat avec l’entreprise AMARENCO.
Rémunération : ~ 2100 € net/mois.
Candidature :
à jean-louis.dirion@mines-albi.fr avant le 29 juin 2022. Les candidats présélectionnés auront l’occasion d’exposer oralement leurs motivations lors d’un entretien à planifier fin juillet 2022.
Pour plus d’information, merci de contacter jean-louis.dirion@mines-albi.fr
Contexte du projet ECOTRAIN PV
Le projet ECOTRAIN est un système de navettes autonomes ferroviaires légères alimentées par batterie et permettant d’assurer une circulation automatisée sans conducteur. Deux types de navettes seront développées sur une base technique commune “micro-fret” et “passager”. L’objectif est de développer une navette autonome guidée par des rails de 30 places abordée en version passager et fret, en rupture par rapport à l’existant (poids, automatisation rapide, polyvalence du véhicule), avec un coût d’exploitation plus faible dû à l’automatisation du service (sans conducteur). Compte-tenu de sa faible charge à l’essieu, le véhicule ultraléger proposé par ECOTRAIN sera compatible avec les rails du projet INFRALIGHT, susceptible d’améliorer le bilan potentiel de coûts globaux d’investissement et d’équipement « standard » des lignes de desserte fine du territoire. Plusieurs centaines de lignes ECOTRAIN sont envisagées, rien que sur le territoire national, à l’horizon de dix ans.
A ce jour, le Comité de Pilotage du Programme France 2030 a décidé de supporter une première vague de financement de l’initiative ECOTRAIN visant à développer un premier prototype de matériel roulant et à investiguer les schémas organisationnels associés au projet (modalités de pré- et post-acheminement, principes et outils de planification des activités, etc.). Ce premier programme n’adresse pas la question pourtant cruciale, de la production et de la distribution de l’énergie électrique nécessaire aux futures navettes. Un minimum de 5 MW sera en effet nécessaire pour chaque ligne et une production par centrale photovoltaïque est envisagé pour répondre aux enjeux environnementaux de l’initiative ECOTRAIN. Ainsi, ce sont 50 000 m2 à 100 000 m2 de panneaux solaires qui devraient être nécessaires pour chacune des futures lignes ferroviaires ECOTRAIN.
Au final, dans son approche actuelle, le projet ECOTRAIN ambitionne d’adjoindre à chaque future ligne ferroviaire ECOTRAIN, une centrale photovoltaïque (PV) permettant d’alimenter le rechargement des batteries des trains d’une part, mais aussi les activités socio-économiques de proximité d’autre part. En effet, la production d’électricité sera par définition « continue » alors que les besoins relatifs au projet ECOTRAIN seront « discontinus » (enjeu de gestion des crêtes). Dans cette perspective, le présent projet, nommé ECOTRAIN PV, souhaite investiguer, dans une logique d’autoconsommation collective (loi du 3 mars 2021), des solutions techniques et des schémas organisationnels innovants compatibles avec la philosophie générale du projet ECOTRAIN. Il faut noter ici que l’emprise du projet ECOTRAIN portera essentiellement sur de petites agglomérations et sur des milieux ruraux. En conséquence, la solution qui consisterait à simplement réinjecter le surplus de production électrique sur le réseau national ne semble pas crédible au regard des ambitions économiques et écologiques du projet.
Problématiques R&D adressées dans le projet ECOTRAIN PV
Un troisième enjeu porte sur la dynamique de fonctionnement d’un dispositif tel que celui d’ECOTRAIN incluant la planification des charges des trains et la dynamique des consommations locales des « surplus » d’énergie électrique résultant de la modélisation des productions et consommations. Un tel système énergétique suppose une grande agilité des modes de pilotage associé. Cette agilité peut être accrue par l’ajout de systèmes de stockage stationnaires, complémentaires au stockage propre d’ECOTRAIN, associés aux parcs photovoltaïques de production d’électricité renouvelable. Ces stockages complémentaires, court-terme ou long-terme, permettront alors d’optimiser les usages locaux d’énergie en excès. Un enjeu économique majeur est finalement de définir des modèles technico-économiques adaptés à de telles situations où il serait possible de s’affranchir de la revente de l’énergie produite et donc du raccordement au réseau basse tension, tout en considérant les coûts induits par ce stockage complémentaire. Les enjeux techniques et scientifiques associés à ce contexte consistent à développer :
- Des outils de modélisation permettant d’intégrer les caractéristiques des différentes technologies de stockage d’énergie envisageables dans le cadre d’ECOTRAIN, afin de pouvoir tenir compte de manière précise des comportements le plus souvent non-linéaires impactant les performances et les durées de vie des composants du stockage ; ce type d’outil permet une meilleure estimation de la rentabilité des installations sur une période plus longue ;
Un outil de pilotage du système énergétique capable de réagir en temps réel ou de manière prédictive aux données de production et de consommation de l’écosystème (données avec une forte composante aléatoire) ; cet outil constitue un élément central des performances futures d’ECOTRAIN et des systèmes de production énergétique.
Une question de R&D émerge alors et peut se résumer comme suit :
Problématique 3 : Comment évaluer la performance technico-économique d’un système énergétique photovoltaïque incluant des systèmes de stockage d’énergie sur des temps longs et une logique d’autoconsommation collective et comment rendre agile un tel système énergétique en le pilotant par les données (endogènes et exogènes) ?
Proposition
L’approche envisagée consiste à développer un environnement de simulation pour le contrôle énergétique optimal d’une ligne ferroviaire ECOTRAIN, couplée à une centrale de production photovoltaïque, des éléments de consommation complémentaires formant un micro-réseau électrique, ainsi que des éléments de stockage stationnaires, court-terme et/ou long-terme, dans le cadre d’une opération d’autoconsommation collective. Plusieurs scenarii seront étudiés et simulés en lien avec les premières implantations d’ECOTRAIN. La stratégie de contrôle sera basée sur l’apprentissage par renforcement afin de prendre en compte le mieux possible les nombreuses composantes aléatoires. Un aspect du travail consistera à évaluer les performances et la fiabilité de cette approche par comparaison à une approche plus classique basée sur des règles fixes par exemple.
Le développement de cet environnement nécessitera une analyse détaillée du cadre réglementaire des installations d’autoconsommation, et l’identification des différentes technologies de stockage d’énergie à court et long terme pouvant être mise en œuvre dans ce projet. Les modèles de stockage développés seront alors incorporés dans un outil d’évaluation technico-économique ces stockages complémentaires (au stockage d’ECOTRAIN).
Plusieurs tâches sont attendues :
- Analyse du cadre réglementaire des installations d’autoconsommation. Cette tâche s’attachera à structurer la connaissance sur l’autoconsommation collective en France, principalement par le biais du cadre réglementaire et en cartographiant un échantillon représentatif des projets déjà existants.
- Analyse des solutions de stockage. Une analyse des différentes solutions de stockages qui peuvent être couplées avec une production photovoltaïque sera réalisée. Cette analyse anticipera les évolutions à venir pour des stockages court et long terme selon leur degré de maturité.
- Définition des scenarii d’usage. L’objet de cette tâche est de définir des scenarii d’usage d’ECOTRAIN et du système énergétique associé.
- Évaluation technico-économique. Cette tache permettra de construire un outil d’évaluation technico-économique d’une opération d’autoconsommation collective selon les scénarii considérés et les technologies de stockage retenues.
- État de l’art du contrôle de micro-réseau par apprentissage par renforcement. Un état de l’art de l’apprentissage par renforcement (RL, pour Reinforcement Learning) a été déjà réalisé à RAPSODEE. Dans cette tâche, on recensera les travaux scientifiques limités aux systèmes énergétiques PV + Stockage et compatibles avec ECOTRAIN. Les différentes stratégies adoptées seront comparées.
- Modélisation des systèmes de stockage. L’objectif de cette tâche est dans un premier temps de recenser, pour les différentes technologies de stockage identifiées. Dans un second temps, une méthode d’évaluation permettra de discriminer les technologies et les modélisations associées pouvant être intégrées dans des routines d’évaluation technico-économiques avec suffisamment d’efficience et de lister les limites inhérentes à chacune.
- Développement de l’outil de contrôle par apprentissage par renforcement. De manière générale, l’apprentissage par renforcement permet de définir des stratégies de contrôle dans des environnements complexes et/ou évolutifs, sans définir de règles ou de lois a priori. L’objectif de cette tâche est donc de définir, pour un ensemble de cas d’études d’intérêt dans le cadre d’ECOTRAIN, une méthodologie de développement d’environnement et de démarche d’apprentissage automatique pour la définition et l’étude d’outils de contrôle
- Analyse des performance et optimisation du contrôle. Cette tâche a pour but d’étudier l’intérêt des stratégies de contrôle, évaluer leur performance en gestion des stockages à court terme (par exemple, batteries électrochimiques) et moyen terme (par exemple vecteur hydrogène) de l’électricité générée localement.
Equipes de Recherche :
- Le Centre Génie Industriel localisé à IMT Mines Albi développe des recherches dans le domaine de l’ingénierie organisationnelle de biens et de services, en collaboration avec des partenaires publics et industriels nationaux et internationaux. Plus précisément, ce Centre de Génie Industriel développe des approches, modèles, méthodes et outils pour aider à la conception et à l’exploitation des processus et des projets créateurs de valeur à destination du monde socio-économique, et de la société.
IMT MINES ALBI s’appuie sur une expertise forte de ses chercheurs dont le spectre des compétences scientifiques couvre les thèmes suivants :
- Gestion des processus collaboratifs
- Gestion des Connaissances
- Gestion des chaînes logistiques
- Recherche Opérationnelle
- Data Science
- Le centre RAPSODEE localisé à IMT Mines Albi développe des activités de recherche dans plusieurs domaines de recherche : Procédés thermiques pour la valorisation de la biomasse, des coproduits et des résidus en vecteurs énergétiques et matériaux fonctionnels ; Intensification des procédés industriels à haute efficacité énergétique et environnementale ; Solaire à concentration ; Modélisation et simulation des systèmes énergétiques complexes ; Développement de matériaux fonctionnels sous forme de solides divisés ; Procédés de génération et de mise en forme de solides divisés ou de podres. D’une manière générale, ses recherches portent sur le Génie des Procédés et concernent la compréhension et la maîtrise des processus mis en œuvre dans des procédés industriels.
Les secteurs industriels concernés sont par exemple les industries à forte intensité énergétique (céramique, cimenterie, producteurs d'énergie, …), les éco-industries, les procédés de traitement et de valorisation des déchets ou biomasse, les systèmes énergétiques renouvelables, mais aussi les procédés intervenant dans la production pharmaceutique. Les activités de recherche sont réparties dans deux groupes : (i) Groupe de Recherche Poudre et Procédés (PP) ; et (ii) Groupe de Recherche Énergétique et Environnement (EE). Ce projet concerne principalement le périmètre d’activités du groupe EE.
- La société AMARENCO est un producteur indépendant d’énergie. Amarenco Group a vu le jour en 2018, à la suite du rapprochement de deux entreprises aux expertises complémentaires :
> Méthode Carré, bureau d’études et maître d’œuvre français fondé en 2008 par Olivier Carré pour concevoir des projets photovoltaïques et accompagner des investisseurs intéressés par ce secteur.
> Amarenco, créé en 2013 en Irlande par Alain Desvigne et John Mullins, afin de financer et de développer des infrastructures autour des énergies renouvelables, notamment en France et en Irlande.
Grâce à un modèle solide, intégrant toute la chaîne qui permet de générer de l’électricité solaire, Amarenco Group a connu une croissance fulgurante, s’est développé sur 3 continents en à peine 3 ans et a levé 165 M€ auprès d’investisseurs de renom en 2020.
Amarenco mise également sur son sens de l’innovation et son agilité pour concevoir de nouveaux modèles économiques. Ainsi, le groupe développe les infrastructures de demain, y compris les solutions digitales favorisant l’émergence du modèle peer-to-peer de l’énergie, s’implante régulièrement sur de nouveaux territoires et reste toujours ouvert. Dans le projet ECOTRAIN-PV, un modèle d’autoconsommation pour fournir de l’énergie au train en cours de développement « ECOTRAIN », est un projet ambitieux du territoire tarnais puisque la première navette sera testée sur l’albigeois.
Les Parties partagent ainsi un intérêt commun pour la recherche et l’innovation dans le domaine de nouvelles approches organisationnelles et opérationnelles ainsi que les énergies renouvelables au service de l’industrie.
