Modélisation et contrôle optimal d'une unité de production de e-fuels
Direction Sciences et Technologies du Numerique

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, l’innovation est au cœur de son action, articulée autour de quatre orientations stratégiques : climat, environnement et économie circulaire ; énergies renouvelables ; mobilité durable ; hydrocarbures responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition écologique. Partie intégrante d’IFPEN, IFP School, son école d’ingénieurs, prépare les générations futures à relever ces défis.

Modélisation et contrôle optimal d’une unité de production de e-fuels

IFPEN concentre ses efforts sur l’apport de solutions aux défis sociétaux et industriels de l’énergie et du climat, au service de la transition énergétique.

La production de carburants alternatifs constitue une voie prometteuse pour décarboner les secteurs des transports difficiles à électrifier, notamment en raison de contraintes d’autonomie ou de sécurité. Les e-fuels, produits à partir d’hydrogène renouvelable et de dioxyde de carbone, font notamment partie des solutions étudiées pour la décarbonation du transport aérien.

Dans ce contexte, IFPEN développe des outils de modélisation, de simulation et d’optimisation de chaînes de production de e-fuels alimentées par des sources d’électricité intermittentes, telles que l’énergie solaire et l’énergie éolienne. L’objectif est d’analyser le fonctionnement de ces systèmes complexes, d’évaluer leur faisabilité technico-économique et d’identifier des stratégies de dimensionnement et de pilotage performantes.

Le stage proposé s’inscrit à l’interface entre modélisation de systèmes dynamiques, optimisation mathématique et contrôle optimal.

Objectifs

L’objectif principal du stage est d’améliorer une plateforme existante de simulation et d’optimisation d’une chaîne de production de e-fuels. Le travail consistera à revisiter et reformuler mathématiquement le problème de dimensionnement et de pilotage de l’unité, afin de mieux répondre aux besoins des futurs utilisateurs, notamment les ingénieurs procédés. Il s’agira en particulier de caractériser la structure du problème et d’étudier différentes formulations possibles :

• problème d’optimisation dynamique hybride, combinant variables continues, décisions discrètes et contraintes de fonctionnement, vu comme un problème d’optimisation non linéaire sous contraintes type MINLP ;
• problème de contrôle optimal dynamique ;

L’objectif sera ensuite de rechercher un optimum théorique pour le dimensionnement et le pilotage de l’unité, tout en maîtrisant le coût numérique des calculs. Les résultats permettront notamment d’estimer les gains potentiels associés à la mise en œuvre d’une stratégie de contrôle en temps réel adaptée aux variations de la production renouvelable et de la demande énergétique.

Profil recherché

Étudiant(e) en dernière année d’école d’ingénieur ou en Master 2 / Master de recherche, avec une formation en mathématiques appliquées, optimisation, automatique, contrôle, systèmes dynamiques.

Des connaissances dans plusieurs des domaines suivants sont recherchées :

• optimisation mathématique sous contraintes et/ou contrôle optimal;
• formulation de problèmes d’optimisation non linéaires ;
• Matlab/Simulink - Python.

La connaissance d’outils ou de bibliothèques dédiés à l’optimisation et au contrôle — par exemple CasADi, YALMIP, IPOPT, Gurobi, ou équivalents — constituera un atout, sans être indispensable. Une bonne maîtrise de l’anglais, à l’écrit comme à l’oral, est requise. Curiosité scientifique, esprit d’analyse, goût pour la modélisation mathématique, capacité à travailler en équipe et autonomie seront particulièrement appréciés.

Un intérêt pour les systèmes énergétiques et les enjeux de décarbonation constituera un plus.

Durée : 6 mois, Période : à partir de mars 2027
Lieu : IFPEN – Rueil ou Solaize - Le site est accessible en transport en commun.
Stage rémunéré