Thèse Optimisation Territoriale des Ressources Énergétiques Locales par Méthode du Pincement H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Savoie Mont-Blanc École doctorale : Sciences Ingénierie Environnement Laboratoire de recherche : LabOratoire proCédés énergIe bâtimEnt Direction de la thèse : Julien RAMOUSSE Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-31T23:59:59 Cette thèse vise à développer un outil innovant pour améliorer la gestion des ressources énergétiques locales à l'échelle des territoires, en réponse aux enjeux cruciaux de la transition énergétique, de la décarbonation et de la souveraineté énergétique. La démarche s'appuie sur la méthode du pincement, traditionnellement utilisée pour optimiser les flux thermiques en milieu industriel, qu'il convient d'adapter afin d'analyser la complexité des systèmes territoriaux intégrant la diversité et la variabilité (spatiale et temporelle) des vecteurs énergétiques (électricité, chaleur, froid, gaz) territoriaux. La recherche se structure en trois axes principaux : d'abord, une revue systématique de la littérature permettra d'identifier les avancées et limites des applications existantes de cette méthode, notamment dans le contexte de l'intégration des énergies renouvelables et des stratégies multi-énergies. Ensuite, la méthode sera étendue et adaptée, en intégrant la diversité des vecteurs et leurs qualités thermodynamiques, avec une attention particulière à la variabilité spatio-temporelle des ressources renouvelables telles que le solaire ou l'éolien. La prise en compte des contraintes liées à ces énergies intermittentes, ainsi que l'analyse exergétique pour une évaluation fine de la qualité énergétique, seront des éléments clés de cette étape. Enfin, la méthode consolidée sera appliquée à un cas d'étude réel, permettant d'évaluer ses performances dans un contexte concret, en la confrontant à d'autres approches de gestion des flux. L'objectif est d'offrir une solution robuste, adaptable et transposable, capable de favoriser une gestion territoriale plus efficace, durable et résiliente, tout en impliquant les acteurs locaux et en tenant compte des spécificités socio-économiques et patrimoniales des territoires. La transition énergétique, la décarbonation et la souveraineté énergétique des territoires constituent des enjeux majeurs actuels. La gestion efficiente des ressources énergétiques à l'échelle territoriale est essentielle pour répondre à ces défis. La modélisation des flux énergétiques, la prise en compte de la distribution spatiale des besoins et des ressources, ainsi que l'intégration de leur variabilité temporelle (par exemple les énergies renouvelables telles que le solaire) sont des éléments clés pour optimiser ces systèmes. La conception de solutions intégrées, prenant en compte la diversité des vecteurs énergétiques et leurs couplages, doit permettre de valoriser au mieux les ressources locales tout en respectant les contraintes liées aux territoires.La méthode du pincement (« Pinch Analysis »), initialement basée sur la quantification et l'analyse des flux thermiques et traditionnellement utilisée en milieu industriel pour l'optimisation thermique, permet d'améliorer l'efficacité d'un procédé (Zoughaib, 2019). Par le passé, des adaptations de la méthode du pincement ont été proposées pour des applications variées dans le domaine de la thermique ou pour d'autres vecteurs énergétiques, par exemple : l'intégration d'énergies renouvelables et de récupération aux bâtiments (Reddick et al., 2020) ; l'intégration de stockage thermique stratifié aux bâtiments (Hosseinnia and Sorin, 2021) ; ou encore, la réutilisation d'eaux usées de différentes qualités en ville (Sorin and Bédard, 1999). De même, afin de répondre à certaines limitations de la méthode, différentes améliorations ont été proposées au cours du temps comme la prise en compte la variabilité temporelle des procédés (U Halisdemir et al., 2023), l'adaptation de la méthode des pincements au vecteur électrique (Yuan et al., 2025) ou à du multi-énergie (Yang et al., 2024).

Cependant, une méthode combinant la prise en compte de procédés dynamiques, non continus, multi-échelles, et multi -vecteurs (électricité, chaleur, froid, gaz) semble indispensable pour répondre aux besoins d'efficacité énergétique des territoires. C'est le travail proposé dans cette thèse, qui vise à développer un outil innovant pour la gestion efficiente des ressources énergétiques à l'échelle territoriale. La méthode des pincements sera ainsi adaptée afin d'intégrer la diversité des vecteurs énergétiques (électricité, chaleur, froid, gaz) ainsi que leur variabilité spatiale et temporelle. Une des originalités de cette thèse réside dans l'adaptation de cette méthode à des vecteurs énergétiques aux qualités thermodynamiques variées ; l'approche par l'analyse exergétique pourra constituer un outil pertinent pour cette démarche. La conception d'une plateforme SIG (Système d'Information Géographique) est envisagée pour la collecte, la cartographie et l'analyse de séries temporelles géoréférencées, ainsi que pour l'intégration de lois de transport, de stockage et de couplages énergétiques. La définition d'indicateurs dédiés permettra de comparer différentes options de valorisation locale afin d'aider les acteurs impliqués dans leurs prises de décisions.

Ce travail innovant ambitionne de fournir un outil opérationnel permettant aux collectivités, bureaux d'études et acteurs institutionnels de mieux valoriser et exploiter leurs ressources énergétiques locales, en tenant compte des contraintes spatiales et temporelles. L'outil visé répondra ainsi aux attentes fortes des différents acteurs privés et institutionnels impliqués dans la transition énergétique des territoires, tel que le manifestent les différents courriers de soutien accompagnant ce projet.
Ce projet s'inscrit pleinement dans les objectifs d'intégration énergétique territoriale portés par le thème SITE (Système et Bâtiments intégrés à leur Environnement) du laboratoire LOCIE, ainsi que dans l'axe prioritaire de l'USMB « interaction Homme-Environnement » et dans les objectifs de transition environnementale portés par l'Institut des Transitions.

L'articulation de cette thèse s'organise en trois axes principaux, qui structurent la démarche de recherche et garantissent une progression cohérente vers l'objectif final d'amélioration de la gestion territoriale des ressources énergétiques. Chacun de ces axes constitue une étape cruciale dans la construction d'une méthode adaptée, robuste et pertinente pour analyser et optimiser les flux énergétiques à l'échelle du territoire. La première étape consiste en une revue approfondie de la littérature existante, visant à faire un état de l'art précis des approches actuelles en matière d'analyse énergétique territoriale, ainsi que des méthodes d'optimisation multi-vecteurs et d'intégration spatiale et temporelle des ressources énergétiques. La deuxième étape porte sur la formulation et l'adaptation de la méthode du pincement (ou « pinch analysis »), en l'étendant à une approche multi-vecteurs prenant en compte la diversité des flux énergétiques et leurs qualités thermodynamiques. Enfin, la troisième étape consiste à appliquer cette méthode consolidée à un cas d'étude réel afin d'évaluer ses performances concrètes, tout en fournissant des recommandations pour la gestion territoriale des ressources énergétiques par l'évaluation d'indicateurs dédiés.

1. Revue de la littérature : état de l'art et identification des pratiques existantes

La première étape de ce travail consiste en une revue systématique de la littérature scientifique et technique, visant à recenser toutes les recherches antérieures où la méthode du pincement a été appliquée, adaptée ou encore améliorée. Cette étape est essentielle pour comprendre l'état actuel des connaissances et des pratiques en matière d'analyse énergétique territoriale. La revue pourra s'appuyer sur des méthodologies reconnues telles que PRISMA (Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses), ou d'autres méthodes similaires, afin de garantir une sélection rigoureuse et exhaustive des travaux.
L'objectif principal est d'identifier dans quelle mesure la méthode du pincement a été mobilisée dans différentes études. Il s'agit de recenser les vecteurs énergétiques concernés : chaleur, froid, électricité, biomasse, gaz, etc. Il est également crucial d'analyser l'échelle de travail de chaque étude - qu'il s'agisse d'études à l'échelle d'un procédé, d'un bâtiment, d'un quartier, d'une ville ou d'un territoire plus étendu. La classification selon ces critères permet de repérer des tendances, des limites et des potentiels d'extension des méthodes existantes.
En poursuivant cette revue, il sera également nécessaire d'identifier les points forts et faibles de chaque adaptation de la méthode. Si certaines études ont peut-être réussi à intégrer efficacement de nouveaux vecteurs énergétiques ou à améliorer la précision des analyses, d'autres ont rencontré des limites dues à la complexité accrue ou à des contraintes de données. Ces constats guideront la sélection des modifications à apporter à la méthode du pincement, afin de la rendre plus adaptée à une gestion énergétique à l'échelle territoriale, en intégrant la diversité des flux et en tenant compte des qualités thermodynamiques (exergétiques) des différents vecteurs.

2. Formulation de la méthode du pincement améliorée : adaptation progressive et validation

La seconde étape consiste à formuler une version améliorée de la méthode du pincement. La démarche débutera par l'application classique de cette méthode à un cas d'étude illustratif, permettant d'évaluer son fonctionnement dans un cadre simplifié. Cette étape constitue une étape préparatoire essentielle pour maîtriser les principes fondamentaux et identifier les limites potentielles de la méthode conventionnelle. Par la suite, la méthode sera progressivement adaptée pour prendre en compte une diversité accrue de vecteurs énergétiques, notamment l'électricité, la biomasse, les gaz, mais aussi, de façon plus spécifique, les énergies renouvelables telles que le solaire ou l'éolien par exemple, avec prise en compte de leurs contraintes spatio-temporelles intrinsèques.
Chaque étape d'adaptation devra être accompagnée d'une vérification rigoureuse : la version modifiée doit continuer à proposer des solutions pertinentes et cohérentes pour le même cas d'étude, tout en permettant d'identifier des solutions différentes ou améliorées par rapport à la méthode initiale. Cette démarche itérative permettra d'évaluer l'impact de chaque modification sur la performance globale de la méthode, en termes d'optimisation des flux, de réduction des pertes ou d'augmentation de la valorisation des ressources.
Au-delà de l'extension vers différents vecteurs, il sera également essentiel d'intégrer des notions de qualités thermodynamiques (s'appuyant sue l'analyse exergétique). La thermodynamique, notamment par l'analyse exergétique, offre une vision plus fine de la valeur énergétique réelle des flux, en tenant compte des pertes irréversibles et du potentiel de valorisation. Les opportunités de conversion potentielle d'une énergie vers une autre forme d'énergie pourront ainsi être considérés dans l'étude. L'intégration de ces concepts permettra d'affiner l'analyse et d'orienter les choix d'interventions territoriales pour maximiser l'efficience globale.
L'échelle de travail considérée impose également de prendre en compte la répartition spatiale des ressources et des demandes. Le transport des énergies, via leur réseau dédié, devra être intégré sous la forme de loi de transport afin d'évaluer la pertinence de leur intégration par la prise en compte des contraintes intrinsèque à leur transport (pertes en ligne, temps de transport...).
Enfin, la variabilité temporelle des ressources et des besoins nécessitera d'être abordée par l'analyse de séries temporelles afin de garantir leur adéquation temporelle. L'opportunité de l'intégration de systèmes de stockage dédiés pourra ainsi être caractérisé afin de proposer des solutions intégratives répondant aux enjeux de la massification des ressources énergétiques renouvelables intermittentes.

3. Application à un cas d'étude réel et comparaison avec d'autres méthodes

Une fois la méthode du pincement étendue et validée sur le cas d'étude illustratif, la dernière étape consistera à l'appliquer à un territoire réel. Il s'agira de sélectionner un territoire dont les données énergétiques sont suffisamment précises et représentatives pour permettre une analyse pertinente. L'application concrète permettra d'évaluer la faisabilité, la robustesse et la pertinence de la méthode dans un contexte opérationnel, en s'appuyant sur les différents indicateurs dédiés qui seront identifiés durant la phase de développement de l'outil. Les résultats obtenus seront confrontés à ceux d'autres méthodes de gestion des flux énergétiques, telles que les approches classiques d'optimisation, les modèles de simulation territoriale ou encore les stratégies basées sur la gestion intégrée des ressources.
Ce comparatif sera essentiel pour mettre en évidence les avantages et limites de la méthode du pincement étendue. Elle pourra, par exemple, révéler des opportunités d'économies d'énergie, d'intégration de nouvelles filières ou d'amélioration de la résilience énergétique du territoire. Par ailleurs, cette étape permettra de formuler des recommandations opérationnelles concrètes pour la planification territoriale, en soulignant notamment les modalités de mise en oeuvre, les contraintes techniques ou institutionnelles, ainsi que les modalités de suivi et d'évaluation.
En complément, il sera pertinent d'intégrer une réflexion sur la transférabilité de la méthode à différents types de territoires, en tenant compte de leur contexte spécifique, de leur degré d'urbanisation, de leur diversité socio-économique et de leur patrimoine énergétique. La démarche devra également considérer la dimension participative et la nécessité d'impliquer les acteurs locaux dans la mise en oeuvre des stratégies optimisées.

Des qualités telles que rigueur, curiosité, autonomie et capacité à travailler en équipe seront attendues chez le candidat. Des bases solides en énergétique, avec une appétence pour la thermodynamique, seront fortement appréciées. Des compétences en programmation scientifique, notamment avec des langages comme Python ou équivalent, seront considérées comme un atout pour la réalisation de ce projet innovant.
Des compétences de communication (oral/écrit) tant en français qu'en anglais sont primordiales pour le succès de ce projet.

• Reporting
• Rigueur et méthode