Résumé du sujet de la thèse (5 lignes)

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1 Sujet No 3 Titre : Modélisation technico-économique et multi-physique des chaînes de conversion d énergie électrique tenant compte de la nature stochastique des ressources et des usages Directeur de thèse Co-encadrant Co-encadrant Nom téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Nom téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Nom téléphone Unité de recherche (avec sa labellisation) Unité de rattachement (Université, Ecole ) Nombre de thèses en cours Luc Loron Luc.Loron@univ-nantes.fr IREENA Polytech Nantes 1 Jean-Christophe Olivier jean-christophe.olivier@univ-nantes.fr IREENA Université de Nantes, IUT de Saint- Nazaire 2 Salvy Bourguet Salvy.bourguet@univ-nantes.fr IREENA Polytech Nantes Résumé du sujet de la thèse (5 lignes) 1 Résumé - Notre objectif est de concevoir une méthodologie de modélisation technico-économique de systèmes complexes et multi-physiques. Nous chercherons à proposer des outils adaptés, capable de rendre compte de la très grande disparité des constantes de temps de tels systèmes (constantes de temps électriques, thermique, vieillissement,...). Nous chercherons également dans ce travail à prendre en compte la nature stochastique de l'usage et de l'environnement, tout en conservant des temps de simulation compatibles avec un objectif d'optimisation. Abstract - The objective of this PhD is to design a techno-economic modeling methodology of complex and multi-physical systems. We shall attempt to provide suitable tools, able to take into account the large scale in time constants of such systems (electrical time constant, thermal, aging...). We will also try to take into account the stochastic nature of the usage profiles, while maintaining simulation time compatible with an optimization goal.

2 Descriptif du sujet de thèse (2 pages au maximum) Titre: Modélisation technico-économique et multi-physique des chaînes de conversion d énergie électrique tenant compte de la nature stochastique des ressources et des usages Contexte : Les transports et l exploitation des énergies renouvelables font appel à des chaînes de conversion électromécanique de plus en plus complexes et de nature multi-physique. Elles nécessitent dès la conception la prise en compte de multiples critères à la fois techniques (performances, encombrement, rendements énergétiques, durée de vie) et économiques (coûts d investissement, d exploitation, de maintenance,...). Un système multi-physique est généralement décrit par des dynamiques très variées, liées aux différents phénomènes physiques modélisés. La difficulté pour simuler de tels problèmes réside dans le fait que les sous-modèles sont couplés et interdépendants avec des constantes de temps éloignées et donc pénalisantes pour le temps de calcul. Cette augmentation des temps de calcul constitue donc un verrou majeur pour le développement de ces architectures complexes, et notamment dans leur phase d'optimisation. Les récents travaux effectués dans le cadre de la thèse de Sadok Hmam ont abouti à un formalisme générique de description du cycle d'usage d'un système dynamique multi-physique. Ce formalisme dit multi-couches repose sur la simulation du système sur un ensemble réduit de cycles fondamentaux dont les résultats sont ensuite extrapolés sur des échelles de temps supérieures. Cette approche permet de réduire considérablement le coût de simulation, même en présence d'une grande disparité de constantes de temps du système. Objectifs : Ces premiers résultats nous poussent ainsi à poursuivre ce travail de modélisation, notamment en vue de répondre à une contrainte forte sur la nature du cycle d'usage. En effet, la méthodologie mise en œuvre repose sur l'hypothèse d'un usage pouvant être décrit par un ensemble de cycles déterministes, à des échelles de temps différentes. Or, il s'avère qu'un certain nombre d'applications n'entrent pas dans ce cadre d'usage et nécessitent de tenir compte d'une part plus ou moins importante d'indéterminisme dans leur usage et leur environnement. Nous pouvons citer par exemple l'usage d'un véhicule automobile, pouvant avoir des profils de missions très variables dans le temps, ou encore une installation de production à énergies renouvelables (solaire, éolien,...) dont la ressource et la charge présentent un comportement stochastique. Notre objectif est donc de concevoir une méthodologie de conception de systèmes énergétiques, qui s appuie sur un cadre générique et modulaire, et capable de tenir compte de la nature stochastique de la ressource et de l'usage. Nous pourrons pour cela nous appuyer sur de précédents travaux effectués à l'ireena, autour de ces problématiques de modélisation stochastique (chaines de Markov, méthodes de Monte-Carlo,...) mais également nous tourner vers des méthodes dédiées (types méthodes intervalles) permettant de propager une part d'incertitude dans les états successifs du système. Nous

3 chercherons enfin à valider les résultats de ces travaux sur des applications concrètes, en lien avec les axes de développement prioritaires du laboratoire. Nous pourrons par exemple nous appuyer sur les plateformes du laboratoire : systèmes multi-sources, modules de stockage d énergie, émulation de sources, pour valider expérimentalement une partie des modèles utilisées et vérifier la robustesse des optimisations menées. Conclusion : Le travail proposé dans le cadre de cette thèse est dans la continuité des travaux engagés par le laboratoire IREENA depuis maintenant une dizaine d'années, autour des problématiques du dimensionnement optimisé des chaînes de conversion d'énergie électrique. Aussi, bien que ce travail soit de nature prospective, il s'appuiera sur les précédents travaux de l'équipe, et cherchera à coupler entre eux ceux traitant des aspects de modélisation stochastique à ceux plus récents qui portent sur le dimensionnement technico-économique de chaînes de puissance complexes. Références [1] S. Hmam, J.-C. Olivier, S. Bourguet, and L. Loron. Modélisation et simulation d un système multi-physique - application à un stockeur d énergie d un ferry tout électrique. Société de l Electricité, de l Electronique et des Technologies de l Information et de la Communication (3EI), (82):49 58, oct [2] A. Bouabdallah, J. Olivier, S. Bourguet, M. Machmoum, and E. Schaeffer. Safe sizing methodology applied to a standalone photovoltaic system. Renewable Energy, 80(0): , [3] S. Trieste, S. Hmam, J.-C. Olivier, S. Bourguet, and L. Loron. Techno-economic optimization of a supercapacitor-based energy storage unit chain: Application on the first quick charge plug-in ferry. Applied Energy, 153:3 14, sep [4] S. Trieste, Modélisation et optimisation technico-économique d une chaîne de conversion et de stockage d énergie d un navire électrique zéro emission, thèse de doctorat de l université de Nantes, [5] G. Wasselynck, B. Auvity, J.-C. Olivier, D. Trichet, C. Josset, and P. Maindru. Design and testing of a fuel cell powertrain with energy constraints. Energy, 38(1): , [6] G. Souffran, Dimensionnement de la chaîne de traction d un véhicule électrique hybride basé sur une modélisation stochastique de ses profils de mission, thèse de doctorat de l université de Nantes, [7] P. Guérin, G. Roblot, L. Miègeville, Stochastic Approach Applied to the Sizing of Energy Chains and Power Systems, in Systemic Design Methodologies for Electrical Energy Systems: Analysis, Synthesis and Management (ed X. Roboam), John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, NJ, USA, 2012.

4 CV du directeur de thèse (1 page au maximum)

5 CV des encadrants

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