Relever les défis de la neutralité carbone et développement durable exige, de la part des décideurs publics et des entreprises, des capacités d’anticipations cohérentes sur le long terme et la prise en compte de la complexité et des interdépendances entre innovations technologiques, impacts économiques, modes de vie et objectifs environnementaux. La proposition centrale de l’axe de recherche en modélisation prospective du CMA consiste alors à développer des modèles d’optimisation permettant de formaliser et d’étudier les choix énergétiques dans leur dimension systémique et intertemporelle. Cette activité de recherche se déploie à travers la modélisation de systèmes énergétiques aux échelles régionales, nationales, continentales ou mondiales, ainsi que par la création et l’animation de la Chaire Modélisation prospective au service du développement durable.
Développement de modèle d’optimisation de long terme
L’analyse des trajectoires futures des systèmes énergétiques peut être posée conceptuellement comme un problème d’optimisation linéaire sous contraintes techniques, environnementales ou économiques. Les travaux de modélisation du CMA permettent alors de décrire et quantifier, avec une approche d’ingénieur, les spécificités de différents systèmes énergétiques et la pertinence de divers choix technologiques dans une stratégie de long terme. Cet axe de recherche se décline en particulier dans :
- Le développement d’une modélisation du système énergétique mondial permettant de saisir les enjeux de la transition dans leur dimension globale (élimination et réutilisation du carbone dans les thèses de Desport 2023, pour la décarbonation de l’industrie, et de Chlela en cours face aux choix d’adaptation et aux arbitrages de développement durable) et de représenter l’interaction entre les régions du monde (thèses de Kang 2017 sur les tensions autour des ressources biomasses, de Barnet en cours sur les opportunités de transition énergétique pour les pays producteurs d’hydrocarbures du Moyen-Orient et d’Afrique du Nord et le nouvel ordre géopolitique induit par le développement de l’hydrogène vert et de Codet en cours sur les défis technologiques et politiques mondiaux relatifs aux marchés des matériaux et à l’eau) ;
- Le développement d’un modèle du système électrique européen permettant de décrire plus spécifiquement les enjeux de transition dans un système interconnecté caractérisé par une diversité géographique des potentiels en énergies renouvelables (thèses de Siggini 2021) ;
- Le développement de différents modèles adaptés aux spécificités de la transition dans les pays en développement (développement de modèles du système énergétique africain et de l’Amérique latine) ;
- Le développement d’un modèle pour la France permettant d’éclairer la stratégie française de neutralité carbone et les implications de choix technologiques structurants sur les différentes formes d’énergies décarbonées ;
- Le développement de modèles régionaux adaptés dédiés à l’exploration d’enjeux technico-économiques spécifiques aux territoires comme la place de l’économie circulaire dans les stratégies de décarbonation (thèse de Andrade 2021 sur les objectifs de neutralité carbone de la région SUD PACA), les conditions d’intégration des énergies renouvelables intermittentes et l’importance des solutions de flexibilité (systèmes énergétiques insulaires de Procida (Italie), Hinnoya (Norvège) et Evia (Grèce) dans le cadre du projet européen GIFT), les conflits d’usage des sols et les enjeux d’autonomies énergétique et alimentaire (système énergétique de l’île de la Réunion dans le cadre d’une collaboration avec le laboratoire CEMOI de l’Université de la Réunion) ou encore les enjeux d’adaptation et de développement (modèle de la République de Maurice).
Chaire Modélisation prospective au service du développement durable
La Chaire Modélisation prospective au service du développement durable (MPDD) a été créée en 2008 autour du Centre de Mathématiques Appliquées (CMA) et du Centre International de Recherche sur l’Environnement et le Développement (CIRED), unité mixte du CNRS, de l’ENPC, d’AgroParisTech, du CIRAD et de l’EHESS. Soutenue par plusieurs partenaires industriels et institutionnels dont l’ADEME et le ministère de la Transition Écologique via la DGEC, elle a pour objectif de consolider en France un pôle de modélisation prospective reconnu à l’international et porteur d’outils innovants pour une meilleure maîtrise des dossiers du développement durable et de la transition énergétique, dans le monde de l’entreprise et dans les divers lieux de la délibération publique. Depuis 15 ans, la Chaire MPDD a permis de renforcer la capacité d’analyse prospective en France en facilitant le dialogue interdisciplinaire entre sciences de l’ingénieur, économie et sciences sociales. La Chaire MPDD accompagne notamment l’activité de recherche par des thèses, des stages et des séminaires de travail centrés sur les controverses clés portant sur les contraintes physiques, techniques et économiques de cette transition ainsi que la manière dont les politiques publiques peuvent les intégrer, de façon à maximiser les bénéfices économiques et sociaux de cette transition.