COmmande des SystèMes, Instrumentation et Caractérisation

Contexte et activités de recherche

L'équipe COSMIC (COmmande des SystèMes, Instrumentation et Caractérisation), aux activités de recherche pluridisciplinaires, peut se prévaloir d'une expertise reconnue, en particulier dans le domaine de la conduite et de l'optimisation des systèmes énergétiques. COSMIC collabore, depuis plusieurs années, par l'intermédiaire de projets de recherche nationaux et internationaux, avec des acteurs majeurs du secteur de l'énergie (ENGIE Cofely, EDF R&D, Acciona Energia, GE Oil & Gas…) et des entreprises locales (Pyrescom, Selecom…). L'équipe, sur la base de besoins et de problématiques qu'elle a identifiés, s'est notamment positionnée, d'une part, sur l'instrumentation et l'automatisation des centrales solaires à concentration (activité initiée début 2013 par l'intermédiaire du projet CSPIMP, la contribution de l'équipe COSMIC ayant pour objet le développement d'un système de vision capable de fournir des images du ciel à haute dynamique et la prédiction infra-horaire de l'éclairement normal direct, à des fins d'optimisation de la conduite de centrales solaires équipées de collecteurs cylindro-paraboliques) et, d'autre part, sur la gestion de la production décentralisée d'énergie renouvelable, à l'échelle du micro-réseau électrique. L'équipe COSMIC aborde également la caractérisation de composants et de matériaux, avec pour applications principales le développement de capteurs innovants, l'optimisation de la structure de cellules fonctionnant sous concentration et l’étude du vieillissement des récepteurs solaires. Ainsi, les activités de l'équipe sont structurées selon trois axes thématiques.

Axe 1. Conduite des systèmes de production d'énergie, exploitant notamment la ressource solaire

L'équipe COSMIC contribue à l'optimisation des performances des chaufferies collectives mixtes du parc ENGIE Cofely (anciennement Cofely GDF-Suez), grâce au dimensionnement et au pilotage optimal de systèmes de stockage thermique de type hydro-accumulation. Ces chaufferies fournissent de l’eau chaude sanitaire et du chauffage, via un réseau de chaleur urbain, aux habitations et aux bâtiments publics qui y sont raccordés (projets OptiEnR 1 & 2). Pour ce qui est de l'instrumentation et de l'automatisation des centrales solaires à concentration (Figures 1 à 4), faisant suite au projet CSPIMP, le développement, d'une part, d'un système de radiocommunication innovant basé sur une architecture distribuée et, d'autre part, d'une stratégie de visée en boucle fermée destinée aux centrales à tour, avec pour finalité le rejet des principales perturbations subies par le champ solaire, est initié (collaboration avec l'équipe TRECS). Un système de vision en trois dimensions composé de plusieurs caméras hémisphériques synchronisées permettra la prédiction spatiale de la ressource solaire (i.e. l'obtention d'une cartographie de l'éclairement normal direct localisée dans le temps et dans l'espace). Autre perspective à court terme, l'adaptation des algorithmes développés dans le cadre du projet CSPIMP pour la prévision à court terme de l'éclairement global horizontal et la gestion de mix-énergétiques incluant des centrales photovoltaïques.

Axe 2. Efficience des micro-réseaux électriques et gestion de la production décentralisée

Dans un contexte de raréfaction des énergies fossiles et, par conséquent, de développement d'une production d'énergie renouvelable, diffuse et intermittente, des solutions innovantes pour la gestion et la supervision des systèmes, promouvant l'efficience énergétique, sont plus que jamais nécessaires. A l'échelle du micro-réseau électrique, qu'il s'agisse d'un bâtiment, d'un éco-quartier ou d'une zone industrielle, le pilotage des charges et la gestion des équipements, en particulier des systèmes de CVC (Chauffage, Ventilation et Climatisation) (projet Batnrj), le stockage de la production locale d'énergie renouvelable et l'optimisation de l'interaction entre micro-réseau et réseau de distribution sont au cœur des préoccupations de l'équipe COSMIC. Cette dernière développe des stratégies de gestion/pilotage dites "intelligentes", s'appuyant sur la prédiction, d'une part, de grandeurs influentes et, d'autre part, des principales perturbations que subissent les systèmes étudiés.

Axe 3. Caractérisation de composants et de matériaux

Les activités de l'équipe traitant de la caractérisation de composants et de matériaux contribuent à la nécessaire efficience des systèmes de production et de conversion d'énergie. La caractérisation de fibres optiques soumises à des radiations ionisantes, par la mesure de l’atténuation radio-induite sur une large gamme spectrale (Figures 5 à 8), destinées notamment au développement de capteurs innovants, répond à ce besoin(projet DROID). L'optimisation de la structure de cellules fonctionnant sous concentration,grâce à la mesure de la durée de vie des porteurs minoritaires,apour finalitél’améliorationdes rendementsdescellules solaires (collaboration avec l'équipe PPCM). Est également abordée par l'équipe la caractérisation thermophysique de matériaux pour,d’unepart,l’étude du vieillissement des récepteurs solaires soumis à des flux concentrés (projet Raiselife, collaboration avec l'équipe TRECS) et,d’autre part, la détection de défauts destructurenonapparents. L'équipe développe des algorithmes d'estimation de propriétés innovants, basés notamment sur les outils de l'intelligence artificielle et les méthodes inverses.

Outils et objectifs scientifiques

Un large panel de compétences (les membres de l'équipe COSMIC dépendent des sections 61, 62 et 63 du Conseil National des Universités), notamment pour l'identification et la commande des systèmes, le développement de capteurs logiciels et la caractérisation de composants et de matériaux, est mis à profit afin de répondre aux objectifs scientifiques fixés. Les approches méthodologiques considérées s'appuient sur les outils de l'intelligence artificielle, la commande prédictive et les outils du traitement du signal et de l'image. Ainsi, des modèles de connaissance, des modèles semi-paramétriques et des modèles entrée(s)/sortie(s) sont développés, selon la complexité des systèmes étudiés et la disponibilité de l'information. Les structures de contrôle-commande considérées sont plurielles, allant de solutions simples et facilement implantables in situ à des solutions avancées, permettant la résolution de problèmes d'optimisation sous contraintes. La commande prédictive, qui requiert l'anticipation du comportement à réguler, est, de par son efficacité et son adéquation avec les problèmes à résoudre, priorisée. Des systèmes embarqués sont également développés, tout comme des outils pour la détection et l'identification de dysfonctionnements. La prédiction de la ressource énergétique, notamment solaire, à partir de modèles exploitant le concept de série temporelle et d'algorithmes de traitement du signal et de l'image est une composante importante du développement d'approches de gestion et de supervision des systèmes énergétiques étudiés.

Membres permanents

Permanents



Stéphane GRIEU, PR2 UPVD, Responsable
Bernard CLAUDET, PR2 UPVD (temps partagé)
Matthieu CAUSSANEL, MdC UPVD
Julien EYNARD, MdC UPVD
Stéphane THIL, MdC UPVD
Hervé DUVAL, Technicien UPVD

ATER



Ali ZAHER

Doctorants



Gwendal BEAUVOIS (depuis 2014)