Description
Date depot: 26 octobre 2022
Titre: Transformations, quantification et flux d’énergie dans les systèmes de productions métallurgiques médiévaux et de la Renaissance.
Directeur de thèse:
Nicolas FLORSCH (UMMISCO)
Directeur de thèse:
Florian TÉREYGEOL (UMR 7065 IRAMAT)
Domaine scientifique: Sciences pour l'ingénieur
Thématique CNRS : Non defini
Resumé: Description du projet de thèse : introduction et contexte L’exploitation des ressources minérales aboutissant à la production des métaux constitue des systèmes industriels et sociaux complexes qui enchaînent les procédés industriels depuis l’extraction jusqu’à l’obtention d’un objet fini, en passant par de nombreuses phases de transformation réalisées par des systèmes mécaniques et thermodynamiques. À chaque stade peut être associé un coût, qui, en grande part, est le coût de l’énergie qu’il faut engager pour réaliser l’étape correspondante. Il y a un coût énergétique à l’extraction, un coût au concassage-broyage, un coût à la fusion des minerais, etc. Il s’y ajoute des coûts indirects, comme le coût de la mise hors d’eau (« exhaure »), ceux de la production des carburants et du comburant ou encore le coût du transport des matières premières. Tout est relié dans un système complexe produisant des interrogations historiques et archéologiques en même temps qu’épistémologiques et logistiques. À ces interrogations, l’interdisciplinarité entre sciences humaines et les sciences pour l’ingénieur s’impose afin d’être en mesure de proposer un modèle de système complexe. Description du projet de thèse : programme détaillé et méthode Un système complexe minier destiné à une production de richesse monétaire ou de matière première est constitué de nombreux éléments techniques et mécaniques interconnectés. Au bout de la chaîne de production, il y a les métaux précieux (cuivre, argent) ou non précieux (plomb, étain, fer) qui sont autant de propriétés émergentes (mais pas inattendues) de ce système complexe. Ce projet de thèse nécessite deux types bien différents d’investissements personnels. D’une part, il faut identifier les sous-systèmes pertinents. Si les éléments de ces exploitations anciennes sont bien répertoriés et parfois reliés socialement, il n’existe pas aujourd’hui de modèle quantitatif établi qui permette une simulation numérique de leur fonctionnement pour le sujet qui nous intéresse. On pourrait connecter d’autres éléments, comme l’atelier monétaire, qui nécessite une mise en forme de la matière première ou l’impact des pollutions (souvent à l’arsenic par les fumées) etc. (16) (17) D’autre part il faudra choisir les outils de simulation du système puis réaliser la simulation numérique modélisant les flux d’énergie dans l’industrie minière. Chaque élément de la simulation devra être caractérisé par ses entrées/sorties mais aussi par le coût énergétique qu’il engendre. Cela implique qu’en plus du travail de simulation, il faudra avoir une compréhension profonde des différents éléments de mine et ainsi que de leur fonctionnement. A noter que les énergies utilisées à chaque étape et pour les transferts entre ces étapes de l’exploitation sont des « proxys » direct des coûts financiers, et par là sont représentatives de l’économie, avec un grand E, de ces installations industrielles. En fin de compte, toute la société en dépend. Pas de mine, pas de monnaie, pas d’armée, pas de nation, pas de modélisateur non plus. Les outils des sciences complexes industrielles pour les modélisations qualitative et quantitative d’un système multi physique complexe, la simulation d'un jumeau numérique des complexes miniers anciens. S’il existe bien des reconstitutions de systèmes anciens (on peut penser à Guédelon), il est clair que la reconstitution d’un système minier ancien est matériellement hors de portée. L’objectif de la thèse est alors de créer un modèle de simulation d’une entité minière du Moyen Âge et de la renaissance en simulant tous ses éléments et en les articulant au moyen de logiciels dédiés à la simulation de systèmes complexes. Rappelons que l’on s’inscrit strictement dans la définition classique des systèmes complexes: Un système complexe est un ensemble constitué d'un grand nombre d'entités en interaction dont l'intégration permet d'achever un but commun. Les systèmes complexes sont caractérisés par des propriétés émergentes qui n'existent qu'au niveau du système et ne peuvent pas être observées au niveau de ses constituants. Les outils pour parvenir à réaliser un tel projet sont nombreux et viennent majoritairement des sciences pour l’ingénieur et de l’informatique. Les schémas de bloc et de bloc internes répondant à la norme SysML sont bien adaptés pour décrire un système complexe ou de nombreux flux d’énergie s’entrecroisent. Des logiciels comme SolidWorks permettraient de mieux appréhender le fonctionnement des systèmes mécaniques nécessaires aux entreprises minières. M Matlab et plus encore Matlab-Simulink permettront de faire une simulation globale de la mine et des ateliers de métallurgie lui étant liés. Il pourra être envisagé de coupler la modélisation dynamique avec une simulation par agent en se basant sur un langage orienté objet, comme la plateforme GAMA.
Doctorant.e: Maqueda Florence