Offre thèse CIFRE_20140115

Proposition de thèse CIFRE : Intégration de sources fatales de chaleur au sein d’un réseau de
chaleur : analyse, modélisation et optimisation
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Entreprise : Cylergie, centre de recherche de COFELY, groupe GDF SUEZ
Laboratoire de recherche : Ecole des Ingénieurs de la Ville de Paris, Université Paris-Est
Thématique de recherche : Intégration de sources fatales de chaleur au sein d’un réseau de
chaleur : analyse, modélisation et optimisation
Descriptif de la thématique de recherche : il s’agit d’obtenir au terme de la thèse une aide à
la décision sur les aspects techniques et économiques d’un projet de raccordement d’une
énergie de récupération sur un réseau de chauffage urbain et de proposer, à partir de cette
aide à la décision, des informations permettant de conduire à une logique d’aménagement
des installations sources potentielles d’énergie fatale en milieu urbain afin de pouvoir les
utiliser ensuite de façon optimisée.
Descriptif du poste : en relation étroite avec Cylergie (le centre de recherche de Cofely),
l’EIVP et les partenaires de l’institut Efficacity, il s’agira de : 1. Effectuer l’analyse technicoénergétique des composantes d’un projet de réseau de chaleur (bâtiments, réseau,
production de chaleur…) ; 2. Proposer un outil de simulation dynamique d’un réseau de
chaleur ; 3. Etudier la faisabilité technico-économique d’un projet de récupération d’énergie
fatale pour un réseau de chaleur.
Le (la) candidat(e) doit être en possession d’un Master recherche ou équivalent. Il doit avoir
une formation de base en Génie énergétique, Génie Civil ou Génie Urbain. Compétences
complémentaires recherchées (des compétences multiples seront bien évidemment
particulièrement appréciées) : thermique et énergétique ; utilisation d’outils informatiques
de simulation/modélisation.
Date de recrutement : Dès que possible
Sujet de thèse
Contexte
La thèse s’inscrit dans le cadre de l’institut Efficacity et plus particulièrement au sein du projet
portant sur la récupération de chaleur fatale urbaine. Ce projet a pour objectif d’aborder plusieurs
thématiques liées aux énergies fatales : les sources de chaleur issues des infrastructures urbaines
(production de froid tertiaire, traitement déchets, eaux usées, etc.), les technologies performantes
pour la production de chaleur (pompes à chaleur, etc.) ou encore le dimensionnement et conduite
des réseaux urbains multi-sources. Il s’agit ici de se positionner plus particulièrement sur le réseau de
chaleur, interface entre le mode de production (énergies fatales, PAC, etc.) et l’utilisateur final.
Le contexte de la thèse s’articule ainsi autour de quatre dimensions :
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La nécessité d’effectuer le dimensionnement et les choix de l’approvisionnement
énergétique (solutions centralisées versus solutions décentralisées) en cohérence avec les
bâtiments et l’aménagement ;
Le développement des micro- réseaux de chaleur (après des décennies de production
énergétique centralisée, les réflexions pour aller vers une multiplication des productions
décentralisées d’énergie se font de plus en plus pressantes) ;
Le développement des ENR pour la production de chaleur des réseaux ;
La question du stockage de l’énergie pour lisser la production tout en répondant à la
demande.
Objectifs
Les objectifs de la thèse sont les suivants :
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Obtenir au terme de la thèse une aide à la décision sur les aspects techniques et
économiques d’un projet de raccordement d’une énergie de récupération sur un réseau de
chauffage urbain.
Proposer, à partir de cette aide à la décision, des informations permettant de conduire à une
logique d’aménagement des installations sources potentielles d’énergie fatale en milieu
urbain (data center, step, etc.), afin de pouvoir les utiliser ensuite de façon optimisée.
Méthodologie
Le projet de thèse s’articulera autour de trois étapes :
1. Analyse technico-énergétique (quasi statique)
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Analyser les besoins en chaleur des bâtiments, les fonctions associées (chauffage des
bâtiments, eau chaude sanitaire, etc.) et leur évolution temporelle (journalière, mensuelle,
annuelle) ;
Analyser ces besoins à l’échelle de l’aménagement ;
Analyser les sources de production locale de chaleur – et plus particulièrement les ressources
via la récupération d’énergie fatale –, l’évolution temporelle de ces productions (journalière,
mensuelle, annuelle) et leur pérennité ;
Analyser les types de réseau de chaleur compatibles et leurs potentiels d’adaptation ;
Croiser ces besoins et ces sources et identifier l’intérêt ou non pour du stockage (cela peut
notamment dépendre du type de bâtiment et/ou de sa performance énergétique).
2. Simulation/modélisation d’un réseau de chaleur (vision dynamique)
Il s’agira de travailler sur la modélisation et la simulation du comportement d’un réseau et d’avoir la
capacité de simuler, par exemple, les températures de retour du réseau. En utilisant comme donnée
d’entrée les sources d’énergie en place, les profils de consommation des bâtiments raccordés, et les
caractéristiques physiques du réseau, cet outil aura pour but de donner la situation optimum
d’utilisation de l’énergie fatale. Il contribuera à l’étude de faisabilité technico économique d’un cas
de figure. Il permettra aussi d’aider à établir les logiques de fonctionnement, de dimensionnement et
de régulation à mettre en œuvre, les taux de couverture atteignables, …
Il s’agit de développer un outil informatique déterminant le comportement d’un réseau de chaleur
capable d’utiliser une énergie fatale dans son mix énergétique avec toutes les contraintes que cela
implique (niveau de disponibilité de l’énergie fatale, priorités à donner par rapport au mix existant,
etc.) en prenant en compte les données provenant de la consommation finale (profils d’utilisateurs,
besoins énergétiques).
Cet outil devra donc nécessairement simuler le fonctionnement dynamique du réseau.
Les données d’entrées proviendront de l’analyse technico-énergétique précédente et pourront
également s’enrichir du travail effectué sur les parties chaleur fatale, PAC, profils de consommation
au sein de l’institut Efficacity. Ce travail doit se faire sur la base d’un échange permanent avec les
autres partenaires d’Efficacity pour avoir une compatibilité entre les données d’entrées/sortie.
Par ailleurs, cet outil intégrerait la possibilité de préciser/modifier les caractéristiques techniques du
réseau (longueur, températures), son architecture, les logiques de régulation et de stockage
également, et d’en conclure l’utilisation optimale de la chaleur fatale.
3. Etude de faisabilité technico-économique d’un projet de récupération d’énergie fatale pour un
réseau de chaleur
Il s’agira dans cette dernière étape de travailler sur l’étude de faisabilité technico économique (outil
d’aide à la décision) en donnant les critères de viabilité et de rentabilité d’un projet en fonction des
paramètres comme la nature de la source d’énergie fatale, le profil du réseau et des bâtiments
raccordés, etc.
Grâce à l’outil précédemment décrit, il sera possible de définir en fonction de la situation (réseau
déjà existant ou non, disponibilité de l’énergie fatale, nature du milieu construit – fortement
urbanisés ou non –, etc.) les critères à prendre en compte pour que le projet soit viable.
Candidat, entreprise et laboratoire
Profil souhaité
Le (la) candidat(e) doit être en possession d’un Master recherche ou équivalent. Il doit avoir une
formation de base en Génie énergétique, Génie Civil ou Génie Urbain.
Compétences complémentaires recherchées (des compétences multiples seront bien évidemment
particulièrement appréciées) :
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Thermique et énergétique
Utilisation d’outils informatiques de simulation/modélisation.
Encadrement
Ce travail sera intégré au programme de recherche pour la transition énergétique des villes de
l’institut Efficacity. Cet institut va regrouper 35 partenaires publics et privés parmi lesquels : GDF
Suez, l’EIVP, EDF, Véolia Environnement, Vinci Construction, Bouygues Construction, le CSTB, etc.
Le doctorant sera encadré par l’Ecole des Ingénieurs de la Ville de Paris (EIVP) et Cylergie, centre de
recherche de Cofely (groupe GDF Suez).
Directeur de thèse : Youssef DIAB (directeur de thèse)
Nature du financement : CIFRE (Cylergie)
Contacts : Morgane COLOMBERT : [email protected] et Fabrice RENAUDE :
[email protected]