Thèse Transition Vers le Chaos Événements Rares et Propagation de Chocs dans les Réseaux d'Approvisionnement H/F

Institut Polytechnique de Paris École polytechnique

La transition énergétique engagée en France et en Europe s'accompagne d'une demande croissante en métaux dits «critiques» (cuivre, nickel, cobalt, lithium, etc.), indispensables aux technologies de production et de stockage de l'énergie. L'extraction et la transformation de ces ressources étant fortement concentrées dans un petit nombre de pays, les chaînes d'approvisionnement correspondantes présentent des vulnérabilités importantes face à des perturbations telles que des restrictions commerciales, des sanctions ou des crises géopolitiques. En partant de cet exemple, cette thèse propose d'étudier de tels systèmes d'approvisionnement comme des réseaux complexes dont la dynamique peut être analysée à l'aide d'outils issus de la physique statistique des systèmes complexes. L'objectif est de comprendre les transitions de phase dans les comportements des réseaux complexes, quantifier les événements rares de la dynamique du réseau, et quantifier la propagation de chocs d'approvisionnement affectant ces réseaux afin d'identifier les conditions de régimes stables, oscillatoires ou conduisant à des crises systémiques. Une attention particulière sera portée à la possible existence de transitions de phase entre systèmes résilients et fragiles. Le projet combinera modélisation théorique, théorie des graphes, analyse de données et simulations numériques afin de caractériser la résilience des réseaux et d'évaluer le rôle potentiel de mécanismes d'amortissement, tels que les stocks stratégiques, pour limiter les effets de perturbations.

Des travaux récents ont modélisé les réseaux de production et de chaînes d'approvisionnement afin d'analyser la propagation de perturbations et d'identifier les conditions d'un effondrement partiel ou total. Ces études ont notamment montré que la structure des réseaux peut conduire à des transitions entre régimes résilients et fragiles face à des chocs aléatoires. Toutefois, ces approches ont principalement été appliquées à des réseaux industriels génériques et reposent souvent sur des hypothèses de grande taille, d'homogénéité entre acteurs et de petites perturbations autour de l'équilibre. Certains réseaux comme ceux de l'approvisionnement en métaux critiques ont une topologie fortement directionnelle (non homogénéité des acteurs), un nombre limité de fournisseurs dominants, susceptibles d'amplifier les effets de perturbations et nécessitant de tenir compte des effets de taille finie, des chocs d'offre extrêmes (restrictions, embargos, sanctions) ne pouvant être assimilés à de petites perturbations, une demande aval inélastique et appelée à augmenter, agissant comme un forçage et conduisant à une dynamique hors équilibre. Des résultats préliminaires montrent qu'un nombre croissant d'acteurs entraine le réseau à un comportement chaotique, sans présence de bruit stochastique dans les modèles.

Comprendre le comportement de réseaux complexes comme les réseaux d'approvisionnement.
Trouver des descriptions macroscopiques de ces réseaux. Prédire les transitions de phases et les événements rares. Quantifier les fluctuations. Prédire l'apparition des dynamiques chaotiques sur ces systèmes complexes.