Couplage entre Analyse de Cycle de Vie (ACV) et optimisation multi-objective dans un objectif d'éco-conception

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. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et 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 de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

Couplage entre Analyse de Cycle de Vie (ACV) et optimisation multi-objective dans un objectif d’éco-conception

Depuis les concepts scientifiques en recherche fondamentale, jusqu’aux solutions technologiques en recherche appliquée, intégrer les questions de soutenabilité est un de nos principaux défis.

Particulièrement, l’équipe d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) de la direction « Economie et Veille » a pour mission de quantifier les potentiels impacts sur l’environnement des solutions développées, tout en intégrant une démarche d’éco-conception le plus en amont possible de la phase de développement pour tenter de réduire ces externalités.

L’Analyse et l’Optimisation Multidisciplinaire (MDAO) est un domaine de l'ingénierie qui utilise des méthodes d'optimisation pour résoudre des problèmes de conception. Elle apparait donc comme un cadre méthodologique très complémentaire à l’ACV et l’éco-conception. Cependant, les logiciels actuels d'ACV ne s'intègrent pas bien avec d'autres outils de calcul et sont conçus pour de faibles quantités de simulations sur des bases de données massives, alors que la MDAO nécessite souvent de nombreuses itérations et des calculs rapides. Les récents travaux de thèse de (Bellier, 2023) ont conduit au développement de nouveaux outils pour faire le lien entre MDAO et ACV en utilisant des outils libres d’accès comme OpenMDAO (Gray, 2019) et Brightway2 (Mutel, 2017).

Objectifs

Le stagiaire aura pour mission de (i) prendre en mains les outils existants et libres d’accès de couplage optimisation multi-objective avec l’ACV ; puis (ii) de les tester avec un modèle d’ACV paramétré très simplifié ; enfin, (iii) le stagiaire devra réaliser une synthèse des travaux conduits pour transmettre les connaissances acquises et les résultats du stage à l’équipe ACV.

Déroulement du stage

Formation ACV / Eco-conception / Brightway2 : dans un premier temps, le stagiaire se familiarise avec les notions générales d’ACV et éco-conception. Il sera accompagné à l’utilisation de Brightway2 (package python).
Etat de l’art des méthodes d’optimisation couplées à l’ACV : identifier et sélectionner les outils et méthodes appropriés (Quels sont les méthodes et solveurs existants, quels sont leurs pro & cons ?)
Test des différents outils sélectionnés avec un modèle ACV paramétré et un problème d’optimisation simplifié.
Synthèse, transfert de compétences et développement d’une méthodologie réutilisable pour l’équipe ACV.

Formation et prérequis

Étudiant(e) en Master ou en dernière année d’École d’Ingénieur (Stage de césure accepté);
Une première expérience ou un projet académique en ACV ou en optimisation serait un plus.

Compétences requises :

En programmation (Python, MATLAB, etc.).

Compétences appréciées :

Connaissance des principes de l’Analyse du Cycle de Vie (ACV) / Eco-conception
Connaissances en optimisation multi-objective / programmation linéaire

Qualités personnelles

Rigueur et précision.
Esprit analytique et capacité à résoudre des problèmes complexes.
Bonnes capacités de communication et de présentation.
Capacité à travailler en équipe et de manière autonome.

Encadrement et suivi

Le stagiaire sera encadré par Maxime LUCAS et Olivier GUYON - ingénieurs de recherche en Evaluation Environnementale et ACV, qui assureront le suivi régulier des travaux et apporteront un support technique et méthodologique tout au long du stage.

Références

Thomas Bellier, Joseph Morlier, Cees Bil, Annafederica Urbano, Adrian Pudsey. INTEGRATION OF LIFE CYCLE ASSESSMENT METHODOLOGY AS AN ENVIRONMENT DISCIPLINE MODULE IN MULTIDISCIPLINARY ANALYSIS AND OPTIMIZATION FRAMEWORK. II ECCOMAS Thematic Conference on Multidisciplinary Design Optimization of Aerospace Systems (Aerobest 2023), ECCOMAS Portugal, Jul 2023, Lisboa, Portugal. pp.102-119. ffhal-04188708f
J. S. Gray, J. T. Hwang, J. R. R. A. Martins, K. T. Moore, and B. A. Naylor, “OpenMDAO: An Open-Source Framework for Multidisciplinary Design, Analysis, and Optimization,” Structural and Multidisciplinary Optimization, 2019.
Mutel, (2017), Brightway: An open source framework for Life Cycle Assessment, Journal of Open Source Software, 2(12), 236, doi:10.21105/joss.00236

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