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Le 16 mars 2021

Soutenance de thèse de Thibaut WISSOCQ

Méthodes d'optimisation pour la conception d'éco-parcs industriels en considération de la dynamique temporelle

Résumé de la thèse en français

L'objectif de ce travail de thèse est d'aider à la mise en place d'éco-parcs industriels sur un territoire. Pour ce faire, un modèle d'optimisation mathématique permettant la conception simultanée de réseaux de valorisation de matières et de chaleur entre industriels est développé. Le modèle considère les demandes et les disponibilités en matières (associés à leur qualité) et en chaleur (associés à leur température) des sites industriels. Des réseaux de chaleur, de froid et de matière, des systèmes de conversion énergie-matière (machines thermiques, électrolyseurs, …) et des systèmes de stockage sont proposés et dimensionnés selon un critère de minimisation du coût total, incluant les coûts opératoires et les coûts d'investissement. Le problème est formulé sous forme de MILP multi-période. Les contraintes considérées sont les bilans énergétiques, matières, économiques ainsi que les contraintes spatiales du système. Des systèmes de conversion énergie-matière permettant le couplage des réseaux entre eux et la valorisation maximale des ressources d'un territoire sont également modélisés et intégrés dans l'éco-parc industriel. Enfin, une méthodologie est développée afin de proposer deux modes de gouvernance à l'éco-parc industriel : une gouvernance coopérative et non-coopérative, dans laquelle les intérêts économiques individuels des réseaux et des industriels sont considérés. Le modèle et les méthodologies développées sont validées sur des cas simples puis appliqués sur un territoire réel regroupant neuf industriels ayant une problématique de ressources en eau et en chaleur. Les solutions proposées permettent de valoriser la chaleur fatale directement auprès d'industriels, de produire du froid grâce à des machines à absorption et d'économiser la ressource en eau grâce à une distillation thermique membranaire de l'eau de mer. Ces voies de valorisation mettent en concurrence l'utilisation de la chaleur fatale et permettent de réaliser des économies substantielles pour les industriels tout en garantissant la rentabilité des réseaux de valorisation créés.

Résumé de la thèse en anglais

The aim of this doctoral thesis is to assist in the development of eco-industrial parks (EIP). A mathematical optimisation model allowing the simultaneous design of material and heat recovery networks between industrialists is developed. The model considers the demand and availability of materials (associated with their quality) and heat (associated with their temperature) of industrial sites. Heating, cooling and mass recovery networks, energy-material conversion systems (thermal machines, electrolysers, etc.) and storage systems are proposed and designed according to an objective function which is the minimization of total actualized costs (including operating and investment costs). The problem is formulated as a multi-period MILP. The constraints considered are energy, material balance, economic and spatial constraints. Mass-energy conversion systems are modelled and designed in the EIP, coupling mass and heat recovery networks and creating new opportunities for valorization. Finally, a methodology is developed in order to obtain solutions in a cooperative and non-cooperative governance. In the latter, individual economic interests of the networks and the industrials are considered. The model and the developed methodologies are applied on a real territory gathering nine industrials having water consumption and waste heat issues. The solution involves a heat network, supplying both heating needs and cooling need through absorption machines and a water network supplied by thermal membrane distillation units, recovering 100% of waste heat. These recovery pathways put in competition waste heat utilization and allow substantial savings for the industrials while guaranteeing the profitability of the recovery networks created.

Titre anglais : Optimization methods for eco-industrial parks design considering time dynamics
Date de soutenance : mardi 16 mars 2021 à 14h00
Adresse de soutenance : MINES ParisTech Centre Efficacité Energétique des Systèmes 5, rue Léon Blum 91120 PALAISEAU - à definir
Directeur de thèse : Assaad ZOUGHAIB