Doctorant·e Thèse Decarbosys Stratégies de Gestion de la Flexibilité Multi-Énergies dans les Bâtiments à Énergie Positive H/F IMT Nord Europe

Unité : CERI Energie Environnement / CERI Systèmes Numériques

Responsable hiérarchique : Direction du CERI

Responsable fonctionnel : Daniel Bougeard - Éric Duviella

Catégorie : A

Nature de l'emploi : CDD 36 mois

Lieu de travail : Dunkerque

Contexte :

École sous tutelle du ministère de l'économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, IMT Nord Europe est née en 2017 de la fusion de Télécom Lille et de l'École des Mines de Douai. Elle compte aujourd'hui parmi les plus Grandes Écoles d'ingénieurs au Nord de Paris avec plus 2200 élèves, dont un quart d'apprentis, plus de 600 diplômés par an et un réseau de 15 000 diplômés. Elle fait partie de l'Institut Mines Télécom, premier groupe public de Grandes Écoles d'ingénieurs et de management de France, et est partenaire de l'université de Lille.

IMT Nord Europe a 3 missions principales : former des ingénieurs responsables aptes à résoudre les grandes problématiques du XXIème siècle ; mener des recherches débouchant sur des innovations à haute valeur ajoutée ; soutenir le développement des territoires notamment en facilitant l'innovation et les créations d'entreprises. Son objectif est de former les ingénieurs de demain, maîtrisant à la fois les technologies numériques et les savoir-faire industriels. Idéalement située au carrefour de l'Europe, à 1 heure de Paris, 30 minutes de Bruxelles et 1H30 de Londres, IMT Nord Europe a l'ambition de devenir un acteur majeur des grandes transformations industrielles, numériques et environnementales du XXIème siècle en combinant, tant dans ses enseignements et que dans sa recherche, les sciences de l'ingénieur et les technologies du digital.

Localisée sur 2 sites principaux d'enseignement et de recherche, à Lille et à Douai, IMT Nord Europe s'appuie sur plus de 20 000 m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d'excellence dans les trois domaines « Systèmes Numériques », « Energie Environnement » et « Matériaux et Procédés ».

Pour plus de détails, consulter le site internet de l'École : www.imt-nord-europe.fr

La personne recrutée intégrera les axes thématiques (AT) « Énergie, Fluides et Transferts » (EFT) du CERI EE et « Modélisation et conduite des systèmes complexes » (McLEOD) du CERI SN. Au sein de l'AT EFT des recherches sont menées sur l'intensification des transferts thermiques, les échangeurs-réacteurs multifonctionnels ainsi que la modélisation et la caractérisation expérimentale de systèmes énergétiques complexes, en combinant approches numériques et expérimentales. L'AT McLEOD développe des méthodes de modélisation et de pilotage des systèmes complexes, notamment à travers des stratégies de commande avancées telles que le Model Predictive Control (MPC). Le/la candidat(e) retenu(e) travaillera principalement sur le nouveau site de recherche de Dunkerque au sein du bâtiment EcoSystèmeD. Un des objectifs de ce nouveau site est de développer des activités de recherche interdisciplinaires autour de l'énergie solaire en s'appuyant sur des simulations numériques et sur la mise en place d'une plateforme expérimentale.

La candidate ou le candidat sera affilié(e) à l'école doctorale ENGSYS de l'Université de Lille, qui propose, en lien avec l'IMT et le Collège Doctoral de Lille, un large éventail de formations disciplinaires et transversales. Des opportunités d'enseignement et de vulgarisation scientifique seront possibles à l'IMT Nord Europe.

Missions :

Dans le secteur tertiaire, la conception de bâtiments à énergie positive repose sur l'intégration de sources renouvelables, en particulier le photovoltaïque, afin de couvrir une part importante des besoins énergétiques par une production locale et décarbonée. Toutefois, la production solaire demeure variable et peu pilotable, limitant la capacité du bâtiment à contribuer à la gestion du réseau électrique. Cette thèse vise à quantifier, pour un bâtiment existant instrumenté (EcosystèmeD à Dunkerque), son potentiel de flexibilité énergétique vis-à-vis du réseau grâce à la reconfiguration de son système énergétique et au pilotage intelligent multi-énergies. La première partie portera sur la conception et l'optimisation d'un système hybride et flexible combinant production solaire, stockage (thermique et électrique) et pompe à chaleur. L'objectif est d'évaluer, à l'aide d'outils avancés de modélisation et de simulation numérique des systèmes énergétiques du bâtiment, des stratégies d'autoconsommation et de flexibilité, intégrant stockage et effacement de charges, pour maximiser l'autonomie énergétique et réduire l'empreinte carbone du bâtiment. Une approche conséquentielle sera intégrée dès la conception afin de prendre en compte les effets indirects des choix technologiques. La seconde partie portera sur le développement, l'implémentation et l'évaluation par simulation d'algorithmes de pilotage intelligent des flux thermiques et électriques, fondés sur des méthodes méta-heuristiques, de data-mining et de modélisation prédictive, afin de concevoir des stratégies adaptatives positionnant le bâtiment comme acteur actif du système électrique.

L'objectif de la thèse est de transformer le bâtiment en un acteur actif du système électrique, capable de maximiser l'autoconsommation, d'optimiser le stockage et d'adapter ses usages selon les scénarios énergétiques prévisionnels. Les missions visent donc à développer une approche intégrée pour la gestion de l'énergie dans les bâtiments tertiaires à énergie positive, en se concentrant sur la variabilité des sources renouvelables, les stratégies de flexibilité énergétique, et le pilotage intelligent multi-énergies. Dans cette optique, les activités du projet de thèse seront structurées autour de cinq axes principaux :

- Caractérisation de la variabilité de la production solaire : développement de modèles permettant de mieux quantifier l'intermittence de l'énergie solaire photovoltaïque, thermique ou hybride et d'en analyser les impacts sur l'équilibre énergétique des bâtiments tertiaires.

- Méthodes de flexibilité énergétique au niveau du bâtiment : conception d'un système énergétique flexible pour le bâtiment et évaluation de stratégies d'autoconsommation optimisée, intégrant stockage (électrique et thermique) et effacement de charges, afin de maximiser la valeur énergétique locale.

- Pilotage intelligent multi-énergies : proposition de modèles de gestion coordonnée des usages thermiques et électriques, permettant au bâtiment de devenir un acteur actif du système électrique, en incluant des algorithmes de contrôle basés sur des méthodes méta-heuristiques et des techniques de datamining ainsi que des scénarios de simulation prévisionnelle.

- Évolution des mécanismes de flexibilité : passage d'une logique centrée sur l'effacement ponctuel à une flexibilité quotidienne, intégrée dans les usages, avec modulation et décalage de consommation en continu.

- Définition d'indicateurs de performance : élaboration d'outils de suivi et d'évaluation permettant de caractériser et de mesurer les capacités de flexibilité et d'efficacité du système étudié.

Activités :

• Collecter et analyser les données relatives au système énergétique du bâtiment EcosystèmeD

• Développer et valider des modèles et outils de simulation

• Concevoir et tester la stratégie de gestion énergétique

• Analyser et valoriser les résultats

• Rédiger rapports, publications scientifiques et communications

• Participer à des conférences nationales et internationales

• Contribuer à l'animation scientifique des équipes de recherche

• Participation aux activités d'enseignement (dans la limite de 64 heures par année scolaire).