Description
Date depot: 29 mars 2024
Titre: Évaluation du niveau de vieillissement des câbles supra-conducteur sous haute tension pour le transport de l’énergie électrique
Directeur de thèse:
Yacine OUSSAR (LPEM (EDITE))
Directeur de thèse:
Stéphane HOLÉ (LPEM(ED 397))
Domaine scientifique: Sciences pour l'ingénieur
Thématique CNRS : Automatique
Resumé: 1. Le contexte de l’étude
L'augmentation considérable de la part de l'énergie solaire photovoltaïque et de l'énergie éolienne dans la production totale redessine fondamentalement le système électrique européen et accroît considérablement la nécessité de construire de nouvelles connexions de câbles HVAC (High Voltage Alternative Curent) ou HVDC (High Voltage Direct Curent). Celles-ci joueront un rôle crucial pour relier les îles ou les parcs éoliens en mer au continent ou pour relier les pays sur de longues distances. On considère qu’environ 37 000 km de lignes électriques à très haute tension (THT) terrestres et maritimes devront être construites ou remises en état d'ici à 2030, afin d'assurer un approvisionnement énergétique durable, sûr et compétitif.
Les câbles HV (High Voltage) joueront un rôle crucial dans ces efforts, car ils présentent des avantages significatifs par rapport aux lignes aériennes. En effet, bien que leur coût soit plus élevé : la construction de lignes électriques souterraines coûte environ 3 à 5 fois plus cher par mètre que celle de lignes aériennes, ils possèdent un coût d’exploitation plus faible et ils sont moins exposés aux dangers extérieurs (vent, pluie, dégradations par des oiseaux).
Récemment, la mise en œuvre de câbles supraconducteurs a été envisagé pour permettre une transmission d'énergie encore plus élevée en augmentant le courant transmis tout en conservant, voire en réduisant, la tension de fonctionnement. Dans l’état actuel des connaissances, les interconnexions utilisant des câbles HVAC sont limitées à des longueurs d'environ 100 km seulement. Des longueurs plus importantes peuvent être possibles avec des technologies innovantes.
2. Le sujet proposé
Le présent sujet de thèse se situe dans le cadre d’un projet de recherche qui vise à développer des technologies de câbles innovantes qui assureront l'ère de la transition vers des énergies propres d’origine photovoltaïque ou éolienne. Plus précisément, le but de cette thèse est de développer une méthodologie originale d'évaluation du processus de vieillissement des câbles afin qu’une surveillance permette d’intervenir avant qu’une défaillance ne survienne.
Le candidat(e) devra mettre en œuvre des méthodes originales pour :
- L'évaluation du niveau de vieillissement des câbles à des températures cryogéniques.
- La surveillance de la température du système de câble et l'effet du vieillissement dans un environnement à courant continu sous haute tension tout en tenant compte de l'impact de l'humidité.
Dans l’état actuel de l’expertise, il n’existe pas de modèle de connaissance qui décrive le lien entre des variables mesurables lors du fonctionnement du câble et son niveau de vieillissement. Le candidat devra :
- Déterminer et mesurer une liste de grandeurs physiques et/ou numériques dont les variations sont pertinentes pour la prédiction du niveau de vieillissement des câbles
- Proposer des modèles de régression ou de classification fondés sur des méthodes de l’apprentissage artificiel afin de prédire le niveau de vieillissement des câbles
- Mettre en œuvre des méthodes d’apprentissage par transfert (transfer learning) afin de rendre efficaces les modèles conçus dans d’autres environnements ou pour d’autres câbles.
3. Environnement de la thèse
Le candidat ou la candidate intègrera le Groupe Instrumentation (GILPEM) du Laboratoire de Physique et d’Étude des Matériaux (LPEM, UMR 8213 du CNRS). Il travaillera avec :
- Yacine Oussar (Maître de Conférences à l’ESPCI Paris)
- Stéphane Holé (Professeur à Sorbonne Université)
dans l’équipe qui se consacre à l’évaluation du niveau de vieillissement des isolants électriques.
Le GILPEM est un groupe de recherche très dynamique à l’intersection de domaines variés en fort développement pour lesquels des perspectives sont importantes tant en recherche fondamentale que dans les applications. Les concepts qui sont développés permettent des progrès significatifs pour des systèmes de mesures complets. Compte tenu des retombées pratiques de ces travaux, le groupe mène une politique active de valorisation par de nombreux dépôts de brevets, de publications scientifiques, de partenariats industriels et de collaborations académiques.
Le LPEM est hébergé par L’École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris).
Distinguée par 6 prix Nobel, elle allie recherche d'excellence (1 publication par jour), innovation (1 brevet par semaine, 3 start-ups par an) et formation interdisciplinaire par la recherche. Elle accueille 400 élèves ingénieurs, 600 chercheurs dans 9 unités mixtes de recherche et environ 100 agents de support.
4. Ouverture à l’international
Le sujet de thèse sera mené en collaboration avec le département « James Watt School of Engineering » de l’Université de Glasgow.
Ce laboratoire possède les infrastructures nécessaires pour mettre en place les dispositifs expérimentaux adéquats.