Formation
Formation Le CMA intervient dans le cycle ingénieur civil avec le cours de «Mo délisation Prospective: principes et usages des modèles mathématiques pour l'évaluation des politiques de lutte contre le changement climatique», o rganise le MIG «Systèmes embarqués», participe aux semaines Athens à travers l'enseignement du «lan gage de programmation C++» et enseigne dans les masters de l'Université de Marseille-Provence et de l'Université de Nice-Sophia Antipolis.
Le CMA est responsable de la formation doctorale «Con trôle, Optimisation et Prospective» de MINES ParisTech co-accréditée avec l'École Doctorale STIC de l'UNS et du mastère spécialisé en Optimisation des Systèmes Energétiques ( OSE ).
«Principes et usages des modèles mathématiques pour l'évaluation des politiques de lutte contre le changement climatique»
Sous l'aiguillon de la question climatique et de la globalisation économique, la modélisation prospective, tradition -un temps oubliée- liant prospective numérique, calcul économique, économie publique et réflexion stratégique, est aujourd'hui largement réinvestie dans le cadre des négociations internationales autour du dossier climatique.
Objectifs de l'enseignement
L'objectif de cet enseignement est de présenter les outils de modélisation prospective, nés dans les années 1960, du dialogue entre mathématiciens et économistes, et reposant sur un concept d'optimalité.
On reviendra sur l'histoire de la contribution des modèles de prospective long terme face au questionnement climatique. D'autre part, on décryptera l'apport des mathématiques dans le cadre de la modélisation prospective en déclinant les modèles dans leurs croisements disciplinaires: mathématiques et économie.
À travers des cas concrets, on illustrera pourquoi ces outils - mettant en jeu des compétences en mathématiques appliquées et en sciences économiques - sont devenus le support incontournable et essentiel de la réflexion prospective pour l'évaluation des politiques de lutte contre le changement climatique.
Au delà, cet enseignement a pour vocation:
Voyage d'étude au Chili et remise des diplômes à la promotion 2008.
Objectifs de la formation
Le Mastère Spécialisé OSE est une formation de 12 mois proposée aux ingénieurs et scientifiques disposant d'un diplôme de Master (Bac+5) et désirant se spécialiser dans le monde de l'énergie à travers une approche originale basée sur l'optimisation.
Formation pluridisciplinaire mêlant aux aspects techniques, économiques, juridiques et environnementaux une composante management, le Mastère OSE propose une pédagogie basée sur le projet. L'enseignement se fait sous forme de cours et conférences et projets autours de méthodes d'optimisation et d'aide à la décision. Les systèmes énergétiques au sens large sont abordés sous l'angle prospectif afin de promouvoir une vue globale donnant aux étudiants les clés pour une optimisation ou une amélioration de solutions durables sous des contraintes de plus en plus fortes: changement climatique, épuisement des ressources, contraintes politiques et financières...
Partenaires du mastère
Le CMA, qui organise le Mastère, s'est associé au Centre de Recherche en Economie et Droit de l'Energie de la Faculté de Sciences Economiques de l'Université de Montpellier I (CREDEN) pour la partie économique et à l'École De Hautes Etudes Commerciales du Nord (EDHEC) pour la partie management de projet. La combinaison et le mélange de ces trois cultures complémentaires permet d'aboutir à une compréhension complète des différents paradigmes du monde de l'énergie.
Contenu de la formation
Les techniques de programmation mathématique sont appliquées à des cas concrets issus des travaux effectués au CMA depuis de nombreuses années. L'application de ces techniques à la prospective long terme et à la gestion du risque permet des débouchés nombreux et variés: ingénieur de recherche ou d'étude, chargé d'affaires, achats, conseil ou commerce, doctorat... Tous ces métiers leur sont accessibles dans le vaste domaine du développement durable.
Les différents projets se déclinent autour d'un thème fédérateur donné en début d'année. Nos jeunes ingénieurs vont d'abord effectuer une synthèse qui, si elle est validée, sera publiée sous forme d'un livre aux presses des Mines. Les deux premiers ouvrages du Mastère OSE: «
Iles et énergies: un paysage de contraste»
et «
Eau et énergie: destins croisé
s» sont disponibles à la vente sur le site des
Presses des Mines
.
Ils éditent aussi chaque mois tout au long de l'année une revue de presse (Inf'OSE: La pause énergie) dans le domaine de l'énergie qui est très appréciée par les anciens et les partenaires du mastère auxquels elle est distribuée.
Ils organisent une conférence qu'ils dispenseront lors du voyage d'étude de la promotion s'effectuant fin mars pour clôturer les 6 premiers mois de la formation. Cette conférence est dispensée en anglais auprès d'un public d'universitaires ou d'institutionnels afin d'échanger avec des spécialistes du thème choisi en début d'année. Ce voyage d'étude est l'occasion de se rendre compte de la problématique énergétique dans un contexte international.
Ils créent un «événement» du type colloque, workshop, salon... en fin de cursus. Cet événement doit réunir des personnalités qui font référence dans la thématique fédératrice de début d'année pour une à deux journées d'échanges scientifiques.
Fait marquant
Publication d'un ouvrage collectif
La promotion 2009 du mastère OSE a publié un livre «
Eau et énergie: destins croisés
» sous la direction de G. Guerassimoff et N. Maïzi.
La promotion 2010 est en cours de réflexion sur le troisième livre du mastère OSE dont le sujet aura trait aux Smart Grids.
Logo réalisé par le MIG'09.
Les objectifs du MIG
Un MIG est un module d'enseignement de trois semaines au premier trimestre en début du cycle des ingénieurs civils visant à faire découvrir à un groupe d'élèves en première année à l'École un domaine industriel alliant recherche et enseignement, et permettant une première découverte des métiers de l'ingénieur.
Les élèves du MIG en visite au centre de formation d'Eurocopter.
Le CMA, pour la neuvième année consécutive, a organisé un module sur la Conception des systèmes embarqués. En effet, celle-ci implique des partenariats étroits entre recherche et industrie, requiert une pluridisciplinarité d'expertises dans une grande variété de domaines : automatique, informatique scientifique, électronique, traitement du signal, économie demande que les entreprises soient innovantes et cherchent à combiner une panoplie de savoirs et de compétences pour concevoir de nouveaux produits et services: plus que jamais la formation généraliste pluridisciplinaire des ingénieurs prend son sens.
Les partenaires
Le MIG parcourt le domaine de la conception des systèmes embarqués. De l'idée d'un système à concevoir, au circuit digital logiciel/matériel le réalisant, nous rencontrons la chaîne des acteurs industriels et académiques impliqués qui mettent en perspective les différentes alternatives proposées aujourd'hui dans la conception industrielle des systèmes embarqués. Les thèmes sont abordés sous plusieurs aspects :
Ce cours optionnel des semaines Athens (Course code MP01) du mois de mars, existe depuis 2004, a accueilli chaque année entre 11 et 35 élèves et est proposé désormais sur le site parisien de MINES ParisTech .
Objectifs du cours
C++ est devenu le langage industriel normalisé incontournable. En effet, il combine les grandes qualités des langages de haut niveau orientés objets à la puissance des langages proches de la machine.
Comme toutes les applications comportent des contraintes de temps d'exécution et d'espace mémoire, il permet l'implémentation des logiciels qui nécessitent une manipulation directe des cibles matérielles (systèmes d'exploitation, drivers de périphériques, réseaux, etc.) tout en apportant l'expressivité, la réutilisation, la maintenance, la simplicité d'évolution, la facilité de test, l'aisance de gestion de gros projets, le passage à l'échelle, la stabilité des codes écrits. Langage généraliste à large spectre, intensivement utilisé dans de nombreux domaines, il est un des langages de référence des logiciels libres sous licence LGPL.
C++ est un des principaux langages utilisés dans le monde industriel et dont la connaissance est indispensable à tout futur ingénieur désireux de s'impliquer dans les nombreux domaines connexes aux technologies de l'information et de la communication.
Recherche L'objet de ce projet est de dégager une expertise originale pour l'application de modèles mathématiques à l'aide à la décision dans le domaine de l'énergie. Nous nous appuyons pour ce faire sur l'ensemble de nos compétences en modélisation, optimisation et recherche opérationnelle, mathématiques du contrôle et de la décision, informatique du temps réel. Nous avons en particulier développé une approche prospective fondée sur des modèles d'optimisation de la famille MARKAL/TIMES et représentons officiellement la France dans le programme cadre de l'AIE (Agence Internationale de l'Énergie) dédié.
Éclairer des politiques publiques: Initiée dans le cadre de la Commission Energie du Conseil d'Analyse Stratégique pour évaluer les voies de réduction d'émissions de CO 2 soutenables à l'horizon 2050, notre approche a ensuite permis au CAS d'évaluer les conséquences pour la France des engagements européens à l'horizon 2020 et a été poursuivie en 2010 par l'achèvement du projet européen RES2020 dédié au couplage de modèles nationaux européens pour l'analyse de stratégies optimales de réalisation des objectifs d'énergie renouvelable.
Éclairer des choix technologiques: Notre collaboration avec l' IFP , l'INRA et le FCBA dans le cadre du projet Valerbio financé par la fondation TUCK pour l'évaluation prospective de la valorisation de la biomasse en France à l'horizon 2050 s'est terminée en 2010 et se poursuit par une collaboration avec l'université suédoise SLU sur le thème de prospective biomasse et stratégie forestière. Une thèse intitulée « l'optimisation face aux risques marchés: le cas de lamulti-génération » a été initiée.
Approfondir la compréhension des systèmes : La chaire Modélisation Prospective a initié deux nouvelles thèses. La première concerne l'étude des smart grids. La seconde s'intéresse aux stratégies d'allocation des synergies eau-énergie. La thèse en collaboration avec le département d'Eco Efficacité et Procédés Industriels d' EDF sur l'arbitrage entre technologies pour les secteurs industriels gros consommateurs d'énergie a été soutenue et trois autres thèses sont en cours d'écriture: l'une en partenariat avec EDF sur le comportement des ménages sous la contrainte carbone, la deuxième en partenariat avec Schneider Electric sur l'intégration spatio-temporelle des dynamiques de réseau et la troisième sur les secteurs industriels diffus.
Je suis actuellement en deuxième année du cycle ingénieur civil de l'École MINES Paristech. Pendant un semestre, nous avons la possibilité de libérer une partie de notre temps pour effectuer un stage de recherche. J'ai sauté sur cette occasion qui me permet de m'initier à la recherche. Mon sujet est l'étude de l'influence du Principe de Précaution sur le développement des technologies de stockage géologique du CO
2
.
Mais pourquoi le stockage géologique du CO
2
?
Au cours de ma formation à l'école, j'ai principalement développé mes compétences en mathématiques et en économie et un peu en géologie. J'ai aussi abordé les problématiques nouvelles liées aux énergies renouvelables et aux enjeux environnementaux. Ce sont ces problématiques que j'ai voulu développées au travers de ce stage en m'intéressant plus précisément au développement de l'industrie du stockage du CO
2
à cause d'un faible pour l'étude du sous-sol.
Alors, pourquoi le Principe de Précaution ?
On ne peut plus aujourd'hui considérer le développement d'une technologie sur laquelle il existe des incertitudes scientifiques sans prendre en compte son acceptabilité. C'est à dire la perception sociale de la technologie. Lorsqu'il y a incertitude sur les risques technologiques, il faut gérer cette incertitude pour éviter des blocages disproportionnés dans la société ou au contraire qu'une technologie trop risquée soit mise en œuvre dans l'industrie. Or, en s'imposant dans les traités internationaux et dans la loi, le Principe de Précaution est devenu la règle sociale à laquelle il faut se référer lorsque l'on traite des technologies pour lesquels les risques associés sont incertains mais potentiellement graves pour l'homme ou l'environnement. Le stockage géologique du CO
2
est une technologie pour laquelle il existe des difficultés d'acceptabilité à cause de risques encore parfois mal définis et surtout mal perçus. Pour comprendre comment peut se développer cette technologie, il peut donc s'avérer nécessaire d'étudier l'influence du Principe de Précaution lors des prises de décision.
Et pourquoi le CMA ?
Pour cette étude, je suis donc amené à modéliser l'influence du Principe de Précaution sur le développement à long terme des technologies CCS en fonction de l'évolution de l'incertitude sur les risques de stockage et l'acceptabilité de la technologie. Au sein du CMA, je peux m'appuyer sur l'expertise des chercheurs et des doctorants dans les questions de prospective énergétique et, de plus, je peux travailler sur le modèle TIAM-FR. En effet, je peux y observer comment ce problème d'acceptabilité de la technologie et l'application du Principe de Précaution influencent le développement de la technologie sur une cinquantaine d'années. Je travaille aussi en parallèle au CIRED à Nogent sur Marne et les deux approches me permettent d'avoir des avis complémentaires sur mon sujet d'étude.
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Les partenaires
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Lancée en 2008 et dotée d'un budget de 2,5 millions d'euros sur 5 ans, la Chaire Modélisation prospective au service du développement durable constitue un partenariat associant: |
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Les objectifs de la Chaire
L'objectif de la chaire Modélisation prospective au service du développement durable est de constituer une force vive visant à faciliter la prise de décision dans les débats touchant aux enjeux scientifiques et technologiques liés à la double contrainte énergie-climat. Répondant aux contraintes énergétiques, environnementales et économiques auxquelles les industriels et les décideurs publics sont confrontés dans leurs choix stratégiques, le projet de la Chaire Modélisation prospective au service du développement durable s'articule autour des enjeux suivants:
Assurer une présence renforcée des laboratoires fondateurs et de leurs partenaires dans les lieux importants de l'expertise nationale et internationale du développement durable autour du dossier énergie/climat, prolongeant leur implication actuelle au sein du Centre d'Analyse Stratégique (pour la France - grâce au soutien initial du Conseil Français de l'Energie -), de l'AIE (World Energy Outlook, Energy Technology System Analysis Program), de l'OCDE, de la Banque Mondiale et du Groupe International d'Experts pour l'Étude du Climat.
Faire émerger une plateforme de prospective pérenne pour l'aide à la décision aux interfaces économie-ressources-climat, sur les questions de politiques énergétiques et climatiques, de développement industriel et de choix technologiques dans un contexte d'évolution des règles de la concurrence. Cette plateforme intègrera progressivement les liens entre le dossier énergie/climat et les autres enjeux clefs de la problématique du développement durable.
Assurer un rayonnement académique international, par l'animation de colloques internationaux, des publications dans des revues disciplinaires (en économie, gestion et mathématiques appliquées), et l'organisation de numéros spéciaux de revues spécialisées (énergie, environnement, transports, eau) sur les thématiques du développement durable.
Réaliser la mise en place de programmes de financement de thèses et de séminaires de formation répondant aux besoins des entreprises partenaires dans le domaine de la prospective (sensibilisation à l'intérêt d'une approche prospective dans la conduite de leurs activités, approfondissement et transfert de compétences dans le domaine).
Pallier le déficit national d'une formation «à et par» la démarche prospective.
Les événements organisés par la Chaire Modélisation prospective
Forte du succès de:
La Chaire Modélisation prospective a assuré en 2010 le rayonnement académique international de ses laboratoires fondateurs à travers sa participation à diverses conférences internationales (IAEE, IEW, EMF, WEC, etc.) et en organisant de nouveaux événements.
En effet, la dernière Journée de la Chaire intitulée « Prospective des enjeux Energie-Climat » s'est tenue le 20 novembre 2010 à Paris et a été une nouvelle occasion de réunir des spécialistes industriels et académiques des domaines énergie-climat.
La chaire a également co-organisé avec l'Université Total, la direction scientifique et la direction du Développement durable et de l'Environnement de Total, une conférence sur le thème: « Décisions politiques et économiques face aux enjeux énergie-climat», le 18 février 2010 à l'auditorium Coupole de Total à la Défense, Paris.
Deux événements internationaux portés par la Chaire ont été organisés par le CMA: « Long term in energy economy and environment», un s tream de 4 sessions, à EURO en juillet 2010 et « Optimisation in electrical engineering» , un symposium, à ENGOPT en septembre 2010.
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La Convention Cadre des Nations Unies sur les Changements Climatiques (UNFCCC) est un traité international sur l'environnement ratifié à Rio de Janeiro en 1992 par 154 états et la CEE. Ce traité a pour objectif de stabiliser la concentration de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Chaque année, la Conférence des Parties (COP) se réunie pour suivre les avancées du traité et prendre les décisions appropriées pour atteindre les objectifs fixés lors de la convention cadre. Composée de tous les Etats parties (192 en Décembre 2009), elle s'est réunie cette année à Cancún (COP16) qui fait suite à Copenhague.
C'est dans le cadre de cette conférence que trois élèves de la promotion 2010 se sont rendus à Cancún dans la délégation ParisTech, accompagnant Nadia Maïzi, Sandrine Selosse et Edi Assoumou de la Chaire Modélisation Prospective au Service du Développement Durable et Vincent Mazauric de Schneider Electric. En tant que stagiaires de la Chaire, les élèves ont effectué un travail de veille en assistant à de nombreux «Side-Events» traitant de sujets divers et variés et en suivant aussi quelques plénières. Le «Hors-série COP16 Cancun» du mastère OSE passe en détail l'historique, les missions et les résultats des négociations qui ont eu lieu durant cet évènement mondial.
Adrien Atayi, Matthieu Thiboust et François Briens avec Mme Christiana Figueres,
la secrétaire exécutive de la CCNUCC lors de la soirée d'ouverture au Moon Palace.
Le CMA développe TIAM-FR (Times Integrated Assessment Model) qui est la version française du modèle monde TIAM, de la famille des modèles ETSAP-TIMES.
A l'aide de l'outil TIAM-FR, nous développons des scénarios de contraintes carbone afin de mettre en avant les impacts régionaux des enjeux mondiaux d'engagements de réductions d'émissions de CO 2 de différentes régions du monde (engagements post COP15). Parallèlement à ces scénarios, nous développons des scénarios de déploiement de technologies, par exemple de capture et séquestration du carbone, qui nous permettent de discuter la plausibilité technico-économique des politiques climatiques.
Des résultats sur lesquels nous travaillons sont par exemple la concentration atmosphérique de CO 2 , les émissions mondiales et régionales de GES, le coût marginal du CO 2 en situation de contrainte d'émissions, le mix énergétique mondial et régional, les investissements technologiques (CCS, énergies renouvelables), suivant différentes régions du monde (15) et différents secteurs d'activités.
Voici quelques résultats issus de différents scénarios en guise d'illustration.
Concentration atmosphérique de CO
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(ppm) suivant différents scénarios
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Emissions mondiales de CO
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par région et par scénario (Gt CO
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).
Mix énergétique mondial par scénario en 2020 et 2050 (%).
Production régionale totale d'énergie primaire (TPES) en 2050 (PJ).
Déploiement de technologies CCS en Gt CO
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séquestré (sans scénario de limitation de déploiement technologique) par scénario climatique.
Afin d'évaluer la valeur carbone et sa sensibilité à différents paramètres: nature du mix, volatilité des prix sur le marché de CO 2 , niveau de taxe... nous développons, en collaboration avec le projet TOSCA de l'INRIA, une approche de pricing par prix d'indifférence, conduisant à la résolution d'une équation d'Hamilton-Jacobi-Bellman.
OPTIMATE est un projet européen de recherche et de démonstration du programme FP7-Energy regroupant des gestionnaires de transport d'électricité et des partenaires académiques dont le Centre de Mathématiques Appliquées. L'objectif d'OPTIMATE est de construire une plateforme permettant d'analyser, tant au plan technique que réglementaire, différentes manières d'intégrer en un marché unique l'ensemble des marchés de l'électricité en Europe par la simulation du déroulé d'une année; le simulateur se fonde sur une base de données réaliste et pertinente de 8 pays.
Le CMA est chargé, en collaboration avec RTE, de structurer la partie « day-ahead» de ces marchés en tenant compte d'une part, des capacités limitées des interconnexions entre les différents réseaux et d'autre part, d'un apport éventuellement massif de productions d'électricité intermittentes.
Ce projet qui a débuté en octobre 2009 implique plusieurs permanents du CMA et 2 élèves du mastère OSE de la promotion 2009 qui poursuivent depuis leur travail dans OPTIMATE dans le cadre d'un contrat de recherche.
Pour plus d'information, voir le
site
.
Je suis arrivé au CMA en 2009 pour suivre le mastère OSE. Mon parcours dans la recherche a commencé en 1997 avec une thèse en optoélectronique. J'ai ensuite travaillé pendant 8 ans sur des projets de technologies optiques qui m'ont procuré beaucoup de joies scientifiques et d'épanouissement personnel. A un certain point de mon parcours, j'ai ressenti l'envie de me tourner vers des métiers d'ingénieur, en particulier dans le monde de l'énergie car je retrouvais dans ce domaine nombre de mes centres d'intérêt: techniques, scientifiques, économiques, écologiques, politiques. Le mastère OSE m'a permis de me forger une solide base sur les filières énergétiques, les techniques d'optimisation et l'économie des marchés de l'énergie. Ma mission dans le cadre du mastère fut d'une part, la modélisation des modules «réserves secondaires et tertiaires», «gestion des interconnexions» et «couplage de marchés» et d'autre part, un rôle d'interface avec les personnes en charge de l'implémentation des modules. Le mastère et le projet OPTIMATE m'ont permis de consacrer du temps à une période d'apprentissage de connaissances nouvelles pour moi ainsi que de faire de fantastiques rencontres personnelles. Sans vouloir philosopher là-dessus mais en prenant simplement du recul, la possibilité de prendre du temps pour se former tout au long de la carrière me semble capital dans l'équilibre de chacun. La diversité culturelle acquise en passant d'un secteur professionnel à un autre me paraît aussi salutaire. J'ai pu faire le cocktail de ces 2 facteurs au CMA.
Attaché de recherche au CMA depuis 3 ans, le mastère OSE effectué en formation continue a donné une homogénéité à un parcours hétéroclite. Des sciences économiques à la gestion de base de données en passant par l'enseignement secondaire, mon expérience prend aujourd'hui tout son sens dans un projet qui utilise de nombreuses compétences. Les connaissances économiques pour appréhender le futur marché ouvert de l'électricité, la compréhension de la chaîne énergétique dans son ensemble pour délimiter et ouvrir les enjeux d'un tel projet, enfin les outils de base de données au cœur de la réussite de son implémentation.
En marge du projet OPTIMATE, d'autres activités me permettent d'offrir un support au centre dans sa gestion des données ou dans l'alimentation de ses membres par quelques gâteaux confectionnés avec beaucoup de plaisir !
Parmi les autres activités, il faut citer un travail d'approfondissement d'une problématique débutée avec le mastère OSE autour de l'étude d'impact des énergies des mers et une charge de cours à l'IUP de Sophia Antipolis, pour l'introduction à l'informatique et la préparation au certificat informatique et Internet de Master 2 Droit des Nouvelles Technologies.
Le CMA s'investit dans la thématique des réseaux intelligents. En effet, ses compétences en informatique temps réel, optimisation des systèmes énergétiques et prospective long terme correspondent bien aux défis que doivent surmonter les réseaux intelligents. En ce sens, le CMA participe au projet GRID-TEAMS labélisé par le pôle de compétitivité CAPENERGIES . Par ailleurs, en plus des travaux effectués sur l'adéquation de l'offre à la demande et sur la sécurisation des réseaux élecrique en collaboration avec Schneider-Electric et EDF , une thèse a été débutée en fin d'année sur les Smart Grids.
Arrivée tout droit de la Belgique à la fin de mes études d'ingénieur en mécanique à l'UCL, j'ai intégré la dixième promotion du mastère OSE en 2009. La formation pluridisciplinaire offerte par le mastère OSE a élargi ma connaissance du secteur de l'énergie et m'a ainsi permis de bien compléter les compétences techniques acquises à Louvain-la-Neuve.
Ma mission dans le cadre du mastère s'est déroulée au sein du CMA et consistait en«l'implémentation des usages de l'eau dans le modèle énergétique TIAM-FR».
Au cours de ce stage, nous avons calculé les consommations et prélèvements d'eau des procédés de l'ensemble du vecteur électrique– des procédés d'extraction aux centrales de production d'électricité – en mettant à profit mes connaissances techniques combinées à celles issues de recherches bibliographiques.
En général, les études présentant les interrelations entre l'eau et l'énergie, évaluent les usages de l'eau à partir des résultats des modèles énergétiques, calculés pour différents scénarios. Mais, à notre connaissance, il n'existe pas, de modèle traitant simultanément des aspects eau et énergie.
L'apport majeur de ce travail a donc été l'implémentation de l'eau directement dans un modèle de prospective énergétique: TIAM-FR (modèle de la famille MARKAL/TIMES), ce qui permet de définir l'eau à la fois comme le résultat d'un exercice prospectif et comme une contrainte du modèle. Ce travail constitue une première ébauche d'un modèle eau-énergie, dont le développement ultérieur est assuré par Aurélie Dubreuil .
Les résultats de ce modèle eau-énergie ont été présentés lors de deux conférences internationales: l'IAEE (International Association for Energy Economics) à Vilnius et le workshop de l'ETSAP à Cork.
Ces six mois de stage m'ont permis de découvrir à la fois le monde de la prospective, et également l'équipe du CMA, ce qui m'a encouragé à poursuivre mon parcours à Sophia Antipolis. Le 1er décembre, j'ai ainsi débuté une thèse sur un tout autre sujet, les «Smart grids». L'objectif de cette thèse est d'évaluer à long terme l'impact des solutions envisagées sur les niveaux de prix, la consommation globale d'énergie et les émissions de CO 2 .
Notre planète, la Terre, soumise aux changements environnementaux, aux caprices du climat et aux activités anthropiques, promise à une population mondiale atteignant les 9 milliards d'habitants à l'horizon 2050, sera-t-elle capable de maintenir son capital naturel et pourra-t-elle fournir aux hommes les services aussi indispensables que l'accès à l'eau, la sécurité alimentaire et sanitaire, ou d'assurer une activité de production de biens?
Dans ce futur annoncé, le caractère stratégique de l'eau est une certitude. La raréfaction de l'eau liée aux usages anthropiques, son inégale répartition géographique et sa dépendance à la variabilité climatique et à l'énergie, renforcent les tensions sur ces ressources en eau. L'équilibrage entre l'offre et la demande en eau, et l'approvisionnement à long terme des usages sont à assurer. C'est dans une dimension énergétique que nous avons décidé d'explorer le problème de l'allocation de la ressource en eau. La complexité des rapports eau-énergie offre ainsi un contexte stimulant pour analyser les mécanismes de dégradation des ressources naturelles et confronter les conceptions économiques associées.
Le problème pourrait être posé de cette manière: Si l'humanité venait à se priver de ses ressources en eau douce disponibles pour satisfaire les usages anthropiques, dans quelle mesure une substitution par des ressources en eau non-conventionnelles est envisageable, et comment pourrait-on réinstaurer un niveau de service équivalent à l'état de référence ou produire un service plus soutenable?
Les enjeux d'ordre climatique sur l'eau sont plus complexes qu'il n'y parait. Au delà des perturbations enregistrées sur le cycle de l'eau (qui concernent les niveaux de précipitation, les débits des rivières ou le renouvellement des nappes phréatiques), les conflits sur les ressources énergétiques affectent aussi le rapport prélèvement/ consommation en eau puisque eau et énergie sont intimement liées dans leur production.
De l'eau est utilisée pour produire de l'énergie et l'énergie est indispensable pour accéder à la ressource, pour la rendre exploitable/utilisable ou bien pour la réutiliser. La figure ci-après fait une synthèse des relations entre le secteur énergétique et le secteur de l'eau. En parallèle, une estimation des consommations énergétiques pour disposer de la ressource en eau est proposée dans la figure ci-contre.
Interactions eau-energie
Évaluation des consommations énergétiques du secteur de l'eau. Source: WBCSD 2009
Un terme générique et admis par la communauté scientifique est celui de “Water-Energy nexus” (DOE 2006), que l'on peut comprendre comme les “rapports ou relations et interactions ou synergies” entre le secteur de l'eau et celui de l'énergie (UNESCO2008).
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Resolving the Water-Energy Nexus UNESCO 2008
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J'ai grandi sur les collines niçoises ensoleillées, au milieu des oliviers et à deux pas de la mer. Ma passion pour la nature, pour le monde vivant et pour les écosystèmes marins est née de cette rencontre avec cet environnement au quotidien et de la découverte du monde de la recherche au Laboratoire Océanologique de Villefranche sur mer (LOV) entre Nice et Monaco. De 1998 à 2000 j'y ai fait mes premières armes, partageant mon temps entre l'université de Nice et le LOV. Sept 2000, j'ai pris la route pour Paris en direction de l'université Pierre et Marie Curie Paris 6. De 2000-2004, de cette étape de vie entre cours et stages de recherche, j'en ai gardé la richesse des rencontres et la curiosité pour les sciences, mais surtout j'y ai appris que seule la motivation, la force de proposition et la capacité d'adaptation permettent de réaliser ses rêves...
2003-2004: Vivre une expérience incroyable à la rencontre de l'Arctique, missions océanographiques sur un brise glace canadien, et une année au canada pour travailler sur la modélisation couplée physique-biologie de la croissance des microalgues dans la glace de la Baie d'Hudson. DEA d'Oceanographie biologique et Environnement Marin UMPC Paris 6 en poche. Ingénieur Projet à INRIA Sophia Antipolis au sein de l'équipe COMORE pour le montage du Projet ANR SHAMASH dédié à la Production d'un biodiesel à partir de Micro-algues puis Consultant Junior au Cabinet APRIM Innovation.
2006-2008: Chargée de mission au Département Environnement et Développement Durable CNRS Paris pour la Veille Stratégique et les Relations Industrielles, j'ai coordonné des projets de recherche sur les thèmes suivants: production d'énergie renouvelable et bioénergie, séquestration du CO 2 , maitrise de l'énergie dans le bâtiment, écoquartiers, santé-environnement, les écotechnologies et l'écologie industrielle. Une activité d'enseignant à l'École des Ponts ParisTech dans le cadre de l'Atelier sur le Changement climatique de 2007-2008 à complété cette expérience. Une pause le temps d'une maternité fin 2008 pour donner la vie à un petit HUGO. 2009: Chargée de Projet à l'Institut Ecologie et Environnement du CNRS Paris. C'est au cours de l'organisation, l'animation et coordination de la prospective scientifique, que l'idée d'une thèse associant modélisation prospective et ressources naturelles m'a traversée l'esprit. J'ai pris contact avec Nadia Maizi , et un sujet de thèse a vu le jour «Modélisation prospective eau-énergie». Depuis décembre 2009, j'ai initié ma thèse au CMA intitulée Capital Eau Energie: Quelle allocation optimale pour une stratégie durable? Pou r finir, je suis très heureuse de ce retour dans ma région natale, puis au CMA c'est extra!
Bien que relevant de la théorie linéaire des systèmes, la conception de régulateurs multi-objectifs performants pour le contrôle d'attitude est un problème qui n'a toujours pas reçu de solution définitive. Ce problème motive nos études en collaboration avec ESA et Thales-Alenia-Space sur la factorisation de la boucle fermée et le paramétrage de la variété différentielle des régulateurs stabilisant un système donné et fait l'objet d'une thèse en cours de rédaction.
Le paramétrage des systèmes sans pertes est également utilisé dans un logiciel maintenu au CMA et livré à Thales-Alenia-Space, aboutissement d'une étude en collaboration avec le projet APICS de l'INRIA sur la synthèse des filtres hyperfréquence et l'optimisation de la réponse de multiplexeurs de sortie dans les satellites de télécommunication.
Nous étudions, avec les projets APICS et ODYSSEE de l'INRIA, une classe de problèmes inverses concernant la détection de sources dipolaires à partir de données d'électro -ou de magnéto- encéphalogrammes. Dans les deux cas, le modèle interne est régi par un Laplacien et on recherche les singularités internes de la solution connue au bord. Ce problème mal posé est traité par des méthodes d'approximation rationnelle dans divers plans de coupe. Nous testons ces méthodes sur des données simulées ou collectées dans le milieu médical.
Fos sur Mer, le site du prototype
Les objectifs et le contexte
L'objet du projet SECMAR du pôle de compétitivité Mer-PACA est d'apporter une réponse concrète à la détection d'une menace terroriste qui utiliserait la mer, sur ou sous la surface, comme moyen privilégié d'attaque d'un site côtier d'importance vitale. Ce projet regroupe des industriels et des laboratoires de recherche de la région PACA dans le but de réaliser le prototype d'un système de détection d'intrusion destiné au site du Grand Port Maritime de Marseille (GPMM).
Le GPMM se situe sur 70 km de côtes à l'ouest de Marseille au bout de la vallée du Rhône. Sur la partie ouest du GPPM, le port accueille un important trafic de bateaux de marchandises (pétrolier, chimiquier, méthanier, porte-conteneur, minéralier...). Le GPMM, premier port français, joue un rôle prépondérant dans l'approvisionnement de toute la France en hydrocarbures, pour cette raison, il est classe port d'importance vitale pour la France. Certaines zones du GPMM présentant un niveau de risque très élevé (terminaux pétroliers, méthaniers, usines pétrochimiques...), le GPMM est aussi classé Seveso.
La zone du port dans laquelle évolue le trafic de marchandises est sillonnée par un important trafic de bateaux de plaisance surtout en été (voiliers, planches à voile, jet skis, fastboats...) qui y circulent quasiment librement. La législation actuelle (arrêtés préfectoraux de 2000, 2005 et 2009) qui impose déjà quelques restrictions (vitesse limitée, distance minimale entre bateaux, zones à accès restreint ou interdit dépendant du type de bateau et de la cargaison transportée) est en cours de réactualisation dans le but d'accroître la sécurité des bateaux et des zones côtières. C'est pour toutes ces raisons que le GPMM a été choisi comme site d'expérimentation et instrumentalisé par un système de détection d'intrusion multi-capteurs.
Les acteurs
Ce projet regroupe des industriels (BERTIN technologies, CHRISAR, Thales Surface RADAR, DIGINEX, Thales Underwater Systems, Communication & Systems...), des laboratoires de recherche de la région PACA (CMA, ISEN), des instances gouvernementales (le CETMEF Centre d'étude techniques maritimes et fluviales), des experts du conseil international en défense navale (NAVFCO) et bien sûr le GPMM dans le but de réaliser le prototype d'un système de détection d'intrusion sur le site de quai pétrolier de Fos-sur-Mer.
Ce projet a été organisé de manière à favoriser au niveau de chaque partenaire la recherche et la mise en œuvre de technologies innovantes avec l'objectif de fédérer des moyens de détection hétérogènes et complémentaires. Le CMA est partie prenante du sous-projet Centre à Terre (CAT) où il collabore étroitement avec Thales Underwater System.
Le système multi-capteurs SECMAR
Le système de détection SECMAR est constitué d'un ensemble de capteurs chacun d'eux associant, de manière périodique, à chaque objet détecté sur le plan d'eau un ensemble d'information (latitude, longitude, vitesse instantanée, azimut...).
La zone a été instrumentée par différents types de capteurs: un radar de Thales Radar System (fréquence 100MHz, envergure d'antenne 3,2m, installée à 28 mètres de haut), six caméras de Bertin et Communication & Systems (trois couleur et trois dans l'infrarouge, champs de 60 degrés avec suivi potentiel des objets), le sonar par Thales Underwater Systems. Aux informations issues des précédents capteurs s'ajoutent les informations AIS (Automatic Identication System) qui est un système international d'échanges automatisés de messages par radio.
Exemples de pistes AIS
Toutes les informations issues des capteurs et de l'AIS sont envoyées périodiquement à un centre à terre. A chaque instant, un objet présent dans la zone couverte par les capteurs est potentiellement décrit par 4 sources d'informations (radar, sonar, cameras, AIS). Un premier algorithme réalise la fusion de ces informationset en déduit une suite périodique d'informations appelée piste.
La tâche du CMA dans le sous-projet (CAT) a été de développer des algorithmes permettant à partir des pistes d'informations, de détecter automatiquement trois types de menaces: les anomalies des comportements nominaux (par exemple, un pétrolier qui sort de sa route nominale), les comportements agressifs (par exemple, un petit bateau entré depuis quelques instants dans une zone à accès restreint et qui y change brutalement de cap pour se diriger vers un point du port jugé sensible) et les comportements transgressifs (c'est-à-dire violant les règles de navigation du GPMM). Ces algorithmes ont été mis en œuvre dans un module du centre à terre appelé le BAM (Behaviour Analysis Modulus).
Le module d'analyse des comportements proposé par le CMA
Nous avons fondé la détection des comportements nominaux sur les méthodes statistiques des modèles de Markov cachés (ou HMM pour Hidden Markov Model) et celle des comportements agressifs et transgressifs sur la modélisation événementielle par langages formels réactifs synchrones.
Les méthodes statistiques nous ont permis, à partir de grandes quantité d'informations enregistrées sur site, de «déduire» par apprentissage, sous forme de HMM, les comportements nominaux des bateaux se déplaçant de manière préétablie règlementaire dans la zone portuaire (principalement les bateaux de marchandise, pétroliers, méthaniers, chimiquiers...). Les comportements d'un bateau, qui sont la succession de décisions faites par le pilote du bateau, correspondent aux états cachés des HMM et les positions successives du bateau représentent les observations des HMM. Lorsqu'une nouvelle série d'observations se présente, notre but est de prédire, à partir de ces HMM, les intentions du pilote de manière à en déduire le comportement du bateau. Sur ce sujet, la thèse initiée en 2007 se poursuit de manière très intéressante.
Les comportements agressifs et transgressifs fournis par des experts de la sécurité du port ainsi que par les intervenants de Navfco, ont été spécifiés sous la forme de réseaux de programmes réactifs synchrones non communicants: l'ensemble des programmes réactifs synchrones est exécuté à chaque instant de manière globalement synchrone (chaque programme a la même vision des événements présents dans l'environnement d'entrée) mais sans communication instantanée entre programmes. Les sorties des programmes sont fusionnées en une alarme globale. Les langages réactifs synchrones étant formels, ils permettent la vérification mathématique des programmes et nous pouvons ainsi accroître le degré de sûreté de fonctionnement de nos scenarios de comportements.
Retour d'expériences
Les moyens de détection sont désormais installés sur le site de Quai Pétrolier à Fos-sur-mer. A partir du mois de février, le système sera testé sur site nuit et jour par des operateurs du GPMM et ce durant 3 mois de 2011. Durant cette phase de test en vraie grandeur, les scénarios seront améliorés suivant les recommandations des opérateurs et les algorithmes seront testés intensivement ce qui permettra une validation de nos choix technologiques.
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