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Projet scientifique

O.I.E.

 

Equipe actuelle (au 06/02/2017)

• Directeur : Thierry RANCHIN

• Enseignants-chercheurs : Isabelle BLANC, Philippe BLANC, Benoît GSCHWIND, Mireille LEFEVRE, Thierry RANCHIN, Lucien WALD
• Autres scientifiques : Jean DUBRANNA, Lionel MENARD, Paula PEREZ LOPEZ, Yves-Marie SAINT-DRENAN
• Doctorants 2016/2017 : Marc BENGULESCU, Marc CLOAREC, Loïc VALLANCE, Romain BESSEAU, Mélodie TROLLIET (à compter du 1/03/2017)
• Assistante administrative : Sandra HASSAN

 

Domaines de recherche

Les activités du Centre Observation, Impacts, Energie (O.I.E.) s’inscrivent dans le cadre de l’axe 3 du Département Energétique et Procédés de MINES ParisTech : « Énergies nouvelles et renouvelables ». Ses travaux de recherche concernent plus particulièrement les domaines suivants :

• Rayonnement solaire
• Evaluation de la ressource éolienne,
• Impacts environnementaux,
• Maîtrise des technologies de l'information et de la communication (TIC). 

 

Objet scientifique

L'objet scientifique du Centre O.I.E. traite des aspects temporels et spatiaux (i.e. géographiques) des ressources en énergies renouvelables, de leur influence sur les systèmes de production d'énergie et des impacts environnementaux de la production et des usages de l’énergie, au travers de l'Analyse de Cycle de Vie (ACV). O.I.E. développe des méthodes pour représenter mathématiquement cette réalité temporelle et géographique, au moyen notamment de l'observation et de la modélisation.

Plus précisément, cet objet scientifique se situe au carrefour de l’énergie, de l’environnement et de l’observation de la Terre, et s’appuie sur la complémentarité des compétences des chercheurs, ingénieurs et doctorants qui le portent.

 

Objectifs - enjeux

Les travaux du Centre O.I.E. contribuent ainsi :

• au développement de la météorologie spécifique à l'énergie pour l’évaluation et la prédiction des ressources, notamment en énergie solaire et éolienne ;

• à l'analyse et l’aide à la décision en termes de réduction des impacts environnementaux des transports, de la production et des usages de l'énergie. 

 

Verrous scientifiques

• Modélisation fine de la variabilité spatio-temporelle et des descripteurs des ressources énergétiques renouvelables
• Précision et incertitudes associées à l’évaluation des ressources
• Variabilité spatio-temporelle et incertitudes associées aux Inventaires de Cycle de Vie et aux méthodes d’évaluation des impacts environnementaux
• Prise en compte des interactions entre filières énergétiques et couplage avec des méthodes économiques
• Articulation entre  Analyse du Cycle de Vie (ACV) et scénarios énergétiques

 

Démarche - Méthodologie 

Rayonnement solaire

Les observations faites par des satellites sont traitées pour estimer le rayonnement solaire reçu au sol.
Les travaux réalisés par le Centre O.I.E. visent ici à améliorer la précision et la fiabilité des estimations, à enrichir les bases de données de rayonnement existantes, et à augmenter le nombre de paramètres estimés, notamment les composantes directe et diffuse ainsi que leur distribution spectrale.

Cartographie de la moyenne sur quinze ans du rayonnement journalier en UV-A et UV-B en J/cm².
(Publication dans l'édition 2008 du « World Cancer Report » de l'Organisation Mondiale pour la Santé)

Evaluation de la ressource éolienne 

Les satellites d'observation de la Terre offrent un accès à des informations pertinentes pour l'industrie éolienne avec des temporalités et des précisions ne pouvant pas être obtenues facilement par d'autres moyens de mesures.
Les travaux réalisés dans ce domaine par le Centre O.I.E. visent à améliorer la connaissance et la modélisation de la météorologie spécifique à l'éolien, et à fournir ces informations de manière opérationnelle. O.I.E. exploite des champs météorologiques mis à disposition par les grands centres de prévision. Il affine leur résolution spatiale à l’aide d’un modèle numérique météorologique plus détaillé, de techniques de traitement d’images et de fusion de données, afin d’obtenir un atlas de la ressource à une résolution suffisante pour des études préliminaires d’installation de centrales éoliennes.

Superposition de la moyenne annuelle de l’intensité du vent (m/s) à 100 m au-dessus du sol pour 25 km, 8 km et 2.5 km de résolution. L’intensité du vent est faible pour les couleurs froides et augmente vers les couleurs chaudes (Projet Atlacôtes : réalisation d'un atlas éolien pour le Maroc)

 

Impacts environnementaux 

Les indicateurs de développement durable sont des outils nécessaires à toute démarche proactive d’éco-conception, à la définition de stratégies de minimisation des impacts environnementaux et à l’établissement de politiques publiques pertinentes de développement durable. Le Centre O.I.E. contribue à la définition de ces indicateurs de développement ou d’impact et à leur évaluation, en s’intéressant particulièrement aux aspects spatio-temporels.
Les recherches explorent le concept d’analyse de cycle de vie (ACV) de filières et de produits industriels dans le domaine de l'énergie. L'équipe s’efforce d’y intégrer les aspects géographiques et temporels afin de générer des impacts environnementaux caractérisés spatialement et temporellement. Il s’agit d’un effort de recherche de longue haleine, qui est abordé en collaboration avec d’autres équipes en France et en Europe.

L’approche cycle de vie, « du berceau à la tombe » (source : ADEME)

 

Maîtrise des technologies de l'information et de la communication (TIC)

Le Centre O.I.E. a choisi dans les années 1990 d’utiliser internet et les différentes technologies de l'information et de la communication pour diffuser ses connaissances : logiciels, base de données, applications, avec pour objectif d’accroître le nombre d'utilisateurs, scientifiques et/ou industriels, des connaissances. Ainsi, le service Web SoDa, lancé en 2002, est une plate-forme collaborative dédiée au rayonnement solaire, et offre de manière uniforme un accès à diverses applications et bases de données fournies par l’équipe et d’autres instituts et sociétés dans le monde. Ce service assure une interopérabilité des données et des applications, et en facilite l’accès. Le service SoDa est géré par la société Transvalor Innovation, filiale d'ARMINES, depuis 2009. On comptait environ 40 000 utilisateurs en 2010. Le Centre O.I.E. continue à diffuser ses connaissances liées au rayonnement solaire au travers du service SoDa.

Afin d'assurer la pérennité de ce service, le Centre O.I.E. affine sa maîtrise des outils les plus récents dans le domaine des services Web et de leur composition ou chaînage. Une plate-forme thématique a été créée pour héberger les services Web de l’équipe, ainsi qu’un service du DLR (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrtt, équivalent de l'agence spatiale allemande). Cet effort est mené dans le cadre d’activités internationales chapeautées par l'IEA (International Energy Agency - AIE : Agence Internationale de l'Energie), le GEO[1] et l'OGC[2]. 

Ces outils sont aussi exploités pour l'éolien et pour les performances environnementales. Deux bases de données mondiales, l’une sur l'altitude, l’autre sur la rugosité aérodynamique, et répondant aux spécificités de l'énergie éolienne, ont été créées et mises à la disposition des consultants et ingénieurs au moyen du serveur Web DataForWind (plus de 4000 utilisateurs en 2011). La cartographie de l’empreinte carbone et autres impacts environnementaux des systèmes photovoltaïques implantés en Europe peut être consultée et exploitée au travers de services Web. Un service Web de calcul de performances environnementales d’éoliennes offshore implantées en Europe du Nord est en cours de mise au point.

[1] Le GEO (Group on Earth Observations) est un partenariat basé sur le volontariat et regroupe 88 pays et la Commission Européenne, ainsi que 64 organisations inter-gouvernementales, internationales et régionales. Il coordonne les efforts pour l'établissement du système global des systèmes d'observation de la Terre (GEOSS : Global Earth Observation System of Systems) et a été initié par le G8 en 2002. GEO construit GEOSS sur la base d'un plan d'implémentation sur 10 ans pour la période 2005-2015. Ce plan définit la vision pour GEOSS, ses objectifs, les bénéfices attendus et traite neuf domaines sociétaux : les désastres, la santé, l'énergie, le climat, l'eau, le temps, les écosystèmes, l'agriculture et la biodiversité.

[2] L'OGC (Open GeoSpatial Consortium) est un consortium international de 448 compagnies, agences gouvernementales et universités participant à un développement consensuel de standards, notamment dans le domaine de l'information géo-localisée. MINES ParisTech est membre de l'OGC depuis 2010.

Le catalogue CSW (Catalog Service for the Web) au standard de l’OGC (Open Geospatial Consortium ) maintenu par O.I.E. contient une description d’un millier de services concernant les énergies renouvelables et l’environnement. Interopérable au sens des recommandations du GEOSS (Global Earth Observation System of Systems), il est lié à d'autres catalogues et "brokers". Il supporte le catalogue de données géo-spatiales de l'Atlas Global des énergies renouvelables de l'IRENA (agence internationale pour les énergies renouvelables).

Compétences - Savoir-faire

Le Centre O.I.E. est composé de chercheurs physiciens, mathématiciens ou informaticiens, formant un ensemble uni et s'appuyant sur : 

des disciplines scientifiques fondamentales et appliquées :

• Mathématiques appliquées : traitement de l'information, fusion d'informations, statistique, décision
  Physique : météorologie, climatologie, interactions ondes-matière (optique atmosphérique, transfert radiatif)
• Métrologie : capteurs satellitaires, radiométrie, mesures de rayonnement
• Sciences de l'environnement : analyse de cycle de vie, comptabilité environnementale, géographie numérique

les technologies de l'information et de la communication (TIC),

notamment les services Web (applications invocables par Internet), qui forment pour l’équipe un des principaux vecteurs de dissémination des connaissances.

Une grande habitude de travail collaboratif et des échanges permanents entre les personnes ont abouti à un corpus de connaissances partagées et d'approches génériques, constamment enrichies. La formalisation croissante des approches et méthodes, combinée à leurs applications à des études spécifiques, contribue d'une part à l'accroissement des connaissances, et d'autre part à l'excellence scientifique. 

 

Applications - Résultats phare

• Exemples d'applications et résultats phare
• Innovations

 

Partenariat

• Recherche partenariale et principaux partenaires

 

Valorisation - Production scientifique

• Informations générales
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• Projets de recherche collaboratifs
• Outils informatiques et ressources (logiciels, bases de données, services Web, ...)
• Entrepreneuriat (création d'entreprises)

 

 

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