Doctorante/Doctorant sur le développement, l'optimisation et le contrôle avancé de systèmes de production et stockage multi-énergies intégrant des capteurs solaires hybrides innovants et intelligents en CDD de 36 mois à IMT Nord Europe

il y a 3 semaines

Douai, France Institut Mines-Télécom Temps plein

Unités : CERI Énergie Environnement, CERI Sciences du Numérique, IMT Nord Europe

Responsables hiérarchiques : Directeur du CERI Energie Environnement / CERI Sciences du Numérique

Nature de l’emploi : Doctorat, Contrat de travail à durée déterminée, 36 mois

Lieu de travail : Douai, France

Présentation de l’établissement

Ecole sous tutelle du ministère de l’économie, des finances et de la souveraineté industrielle et numérique, et école de l’Institut Mines Télécom, 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 20000m² de laboratoire pour développer un enseignement de haut niveau et une recherche d’excellence dans les domaines suivants : Systèmes Numériques, Énergie Environnement, Matériaux et Procédés. Pour plus de détails, consulter le site internet de l’Ecole :

Le candidat intégrera :

L’axe thématique « Énergie, fluides et transferts » (EFT) du CERI Énergie Environnement dont les recherches sont menées dans les domaines de l’optimisation des composants thermofluidiques, des systèmes et procédés énergétiques à des fins de décarbonation. Les applications vont des échangeurs de chaleur et refroidisseurs ultraperformants pour batteries de véhicules électriques aux systèmes solaires complexes comme des centrales solaires à concentration innovantes ou des panneaux photovoltaïques/thermiques autopilotés.L’axe McLEOD du CERI Sciences du numérique dont la recherche se concentre sur les problématiques de modélisation et de conduite des systèmes complexes. Ces systèmes sont classiquement constitués d’un grand nombre d’entités en interaction, potentiellement distribuées physiquement, et dont la variabilité des comportements rend difficile l’observation et la prédiction de la dynamique globale dans le temps.

Contexte scientifique et descriptif du projet

Depuis plusieurs années, les conséquences du dérèglement climatique se manifestant de manière extrême à travers le monde entier, plusieurs gouvernements ont pris des engagements de réduction d’émissions de CO2 et des gaz à effet de serre. En conséquence, la construction de sources de production électrique et thermique renouvelables fait l’objet de nombreux investissements. La production photovoltaïque mondiale est passée de 32 TWh en 2010 à 1322 TWh en 2022, avec un prix divisé par 10 sur la période. Sur la même période, le nombre d'installations solaires thermiques dans le monde a doublé. Cependant en Europe, la production de chaleur et de froid représente 50% de l’énergie globale nécessaire mais seulement 13 % de cette énergie est décarbonée. Ainsi est-il encore nécessaire d’augmenter la production d’énergie électrique et thermique décarbonée tout en minimisant l’occupation des sols. De plus l’empreinte carbone du secteur de l’industrie manufacturière, de la construction et du BTP en représente 19 % des émissions de CO2 à l'échelle mondiale et 13% au niveau français. Qui plus est l’industrie représente 30 % des besoins de chaleur en France.

Parmi les solutions techniques existantes pour la production de chaleur (basse mais aussi haute température) combinée avec une production électrique, les panneaux hybrides photovoltaïques thermiques (PV/T) offrent des possibilités très prometteuses. Les panneaux PV/T sont des sources multiples d’énergie décarbonée sur un espace réduit pouvant utiliser différents fluides pour transporter la chaleur. En mode de fonctionnement nominal, les performances électriques des PV/T sont très bonnes. Cependant, elles se dégradent proportionnellement à l’augmentation de la température des cellules photovoltaïques. Le pilotage de ces panneaux hybrides, en particulier le contrôle du débit de fluide dans le panneau ou la mise en œuvre de méthodes actives d’intensification des transferts, s’avère alors nécessaire bien que très délicat. Ainsi le pilotage efficient des panneaux PV/T permettant de réguler le refroidissement, la puissance thermique délivrée et le rendement en fonction de différentes contraintes et objectifs constituent des verrous scientifiques intéressants. Par ailleurs, cette solution de production d’énergie renouvelable est tout à la fois décentralisée et intrinsèquement intermittente. Le déploiement à large échelle de cette technologie peut avoir un impact important sur les réseaux, qu’ils soient électriques ou thermiques, et nécessiter alors des mécanismes de stockage à différents horizons de temps ainsi qu’une stratégie de contrôle des productions. In fine l’intégration dans le système et le passage à l’échelle de cette solution doivent également être considérés et optimisés.

Le projet de recherche proposé vise ainsi à lever de nombreux verrous scientifiques, technologiques et économiques concernant l’intermittence des sources d’énergie renouvelable (solaire) et la grande variabilité des usages. Les équipements thermiques (capteurs solaires, systèmes de récupération d’énergie) actuellement disponibles ont des rendements souvent faibles et leur dimensionnement ne prend pas en compte les éventuels couplages et la variabilité des sources énergétiques et/ou des usages. Afin d’être géré de manière efficace en fonction de l’ensemble de ces paramètres opératoires difficiles à maîtriser, nous devons envisager l’association d’un équipement thermique avec une intelligence associée, débouchant ainsi sur un capteur doté de capacités d’autonomie, mais aussi d’interaction avec son environnement. Les questions scientifiques en résultant sont les suivantes :

- Comment modéliser dynamiquement un champ de capteurs PVT innovants et les composants associés, en intégrant les inerties thermique et électrique de l’ensemble ?

- Comment contrôler un champ de PVT multi-énergies et répondre optimalement aux besoins des réseaux locaux et nationaux tout en ayant le meilleur rendement énergétique ?

Activités

Réaliser une étude bibliographique préliminaire (systèmes PVT, champs solaire multi-énergies)Réaliser une étude statique énergétique permettant de choisir des concepts d’intégration (pompe à chaleur, système de stockage…) à privilégier.Réaliser la caractérisation expérimental/numérique thermo-hydraulique d’un PV/T innovant avec générateurs de vortex à géométrie variable.Réaliser des modèles dynamiques du système complet (champ de PV/T, stockage…)Développement de modèle adapté au contrôle et à la synthèse de contrôleur avancé (par exemple : commande prédictive, commande prédictive stochastique, commande prédictive guidée par les données)Réaliser des simulations dynamiques du système complet avec optimisation des productions d’énergies, du stockage, des distributions en fonction de différents scénarios basés sur des cas d’usages réels. Valoriser son travail en participant à des congrès internationaux et en rédigeant des publications scientifiques dans des revues internationales.

Profil du candidat : (Prérequis/ Diplôme)

Diplôme d’ingénieur ou un master 2 à forte dominante énergétique, thermodynamique ou automatique.Une compétence en modélisation physique Matlab/Simscape, Dymola serait un plus.D’excellentes capacités d’analyse et de synthèse, avec un esprit critique.Un bon niveau en communication scientifique (écrit/oral).Un bon niveau d’anglais est attendu. Le candidat devra faire preuve d’un véritable esprit d’équipe, jouant un rôle prédominant dans la bonne marche de ce projet de thèse.

Aptitudes
- Rigueur et curiosité scientifiques

- Organisé(e), autonome et réactif(ve), travail en équipe

- Qualités rédactionnelle et d’expression

- Bon niveau d’anglais nécessaire

Compétences

- Modélisation et optimisation énergétique

- Maitrise d’un ou plusieurs logiciels de modélisation système : Simscape/Dymola

Connaissances

- Connaissances scientifiques et techniques reconnues dans le domaine de l’Énergétique et ou de l’Automatique.

Conditions :

Le poste est à pourvoir à compter du 01/10/2024 pour une durée de 36 mois (contrat CDD).

Renseignements et modalités de dépôt de candidature :

Pour tout renseignement sur le poste, merci de vous adresser à :

Ugo PELAY, enseignant-chercheur : ; Lucien ETIENNE, enseignant-chercheur : ;

Pour tout renseignement administratif, merci de vous adresser à la Direction des Ressources Humaines :

Par ailleurs, le poste peut être aménagé pour une personne en situation de handicap.

Information sur l’environnement de travail à IMT Nord Europe :

Possibilité du télétravail partiellementEnvironnement exceptionnel de travailNombreux congésRestauration collective sur placePrise en charge des transports en commun sur trajet domicile-travail (75%)Forfait mobilité durable (pour le covoiturage ou les trajets en vélo)Complément familial selon la composition de la familleLarge gamme de prestations sociales (indemnisation 1ère installation, aides financières, chèque vacances…)Écosystème d’innovation stimulant (startups, étudiants, recherche, entreprises)

Date limite de candidature : 30/06/2024