Intégration des limites planétaires dans l'optimisation des systèmes énergétiques : une approche fondée sur l'analyse du cycle de vie appliquée aux matériaux critiques

La transition vers un système énergétique bas-carbone nécessite le déploiement rapide des énergies renouvelables, du stockage, de l'électrification des transports, des molécules renouvelables et des infrastructures associées. Cependant, la réduction des émissions de gaz à effet de serre ne garantit pas à elle seule la durabilité environnementale des trajectoires de transition. Ces technologies mobilisent également des ressources en eau, en sols et en matières premières et génèrent des impacts environnementaux tout au long de leur cycle de vie. Cette thèse vise à développer un cadre intégré combinant analyse du cycle de vie (ACV), limites planétaires et optimisation des systèmes énergétiques afin d'identifier des trajectoires de transition économiquement et technologiquement réalisables tout en respectant des limites environnementales définies. Le premier axe de recherche portera sur la traduction des limites planétaires définies à l'échelle globale en contraintes environnementales pertinentes aux échelles nationale et régionale. Ces contraintes seront directement intégrées dans un modèle d'optimisation afin d'influencer les choix technologiques et la conception du système énergétique. Le deuxième axe concernera la cohérence entre les données d'ACV et les modèles d'optimisation des systèmes énergétiques. Une couche de traduction entre bases de données ACV et modèles énergétiques sera développée afin de traiter notamment les hypothèses d'allocation, de substitution, d'expansion des frontières du système, les bouquets électriques marginaux et les crédits liés aux coproduits. Cette méthodologie sera validée sur un cas d'étude existant portant sur le système énergétique et la chaîne d'approvisionnement en hydrogène développée au LGC. Le troisième axe portera sur les matériaux critiques nécessaires aux technologies bas-carbone, notamment le lithium, le cobalt, le nickel, le cuivre et les terres rares. En collaboration avec le groupe VUB–EVERGi, des contraintes relatives aux ressources minérales et métalliques seront traduites en contraintes de flux de matières directement intégrables dans le modèle d'optimisation. L'analyse portera notamment sur les batteries, les éoliennes, les systèmes photovoltaïques, les électrolyseurs, les véhicules électriques et les infrastructures électriques. La méthodologie combinera ACV, évaluation des limites planétaires, optimisation mathématique, principalement par programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP), modélisation des flux de matières et analyses de scénarios et de sensibilité. L'application portera initialement sur le système énergétique français, avec une analyse nationale et, lorsque cela sera pertinent, régionale. La thèse permettra ainsi de comparer des trajectoires de transition contraintes principalement par les émissions de gaz à effet de serre à des trajectoires intégrant un ensemble élargi de limites environnementales et de contraintes liées aux ressources. Elle contribuera au développement de méthodes d'évaluation de la durabilité environnementale absolue appliquées aux systèmes énergétiques et fournira des outils d'aide à la décision pour analyser les compromis entre performance économique, réduction des émissions, impacts environnementaux et utilisation des ressources. École doctorale : MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Direction : Catherine AZZARO-PANTEL Financement : MSCA COFUND BEST