Doctorant (H/F) en Pilotage intelligent et opération en temps réel de micro-réseaux photovoltaïques pour l’accès à l’électricité en Afrique

Description du Poste

Sujet De Thèse

Ce doctorat s’inscrit dans le projet SOMSE, ‘Service-Oriented design and smart energy management of PV Microgrids for Sustainable rural Electrification’, porté conjointement par Imperial College London et le laboratoire GeePs (Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, CNRS, Sorbonne Université).

Plus de 500 millions de personnes en Afrique subsaharienne n’ont toujours pas accès à l’électricité, ce qui constitue un frein important au développement socio-économique. La forte baisse des coûts du photovoltaïque (PV) a permis le déploiement de micro-réseaux photovoltaïques autonomes, qui constituent une solution bas carbone prometteuse pour l’électrification rurale. Cependant, leur viabilité économique à long terme reste souvent limitée, car ils alimentent généralement des charges domestiques générant peu de revenus et dépendent fortement de coûteux systèmes de stockage par batteries pour gérer le décalage entre la production solaire et la demande.

Étendre les micro-réseaux photovoltaïques à l’alimentation de services communautaires plus larges (ex : l’eau, la santé) et d’usages productifs (ex : la mouture, de petites activités artisanales) introduit des charges mieux alignées avec les profils de production solaire. Beaucoup de ces usages peuvent également générer des revenus plus élevés, améliorant ainsi la viabilité économique des micro-réseaux photovoltaïques. De plus, ils sont souvent compatibles avec des stratégies de gestion de la demande, telles que le décalage de charge, permettant de programmer la consommation pendant les périodes de forte disponibilité solaire.

Le développement de stratégies de gestion de l’énergie en temps réel pour les micro-réseaux photovoltaïques est essentiel pour exploiter pleinement ces nouveaux services, car il permet une meilleure coordination entre la production solaire disponible et la demande électrique. En planifiant dynamiquement les usages flexibles et en anticipant la variabilité de la ressource solaire, ces approches peuvent réduire la dépendance au stockage par batteries, améliorer l’efficacité globale et la durée de vie du système, et diminuer le coût de fourniture de l’électricité.

L’objectif de ce doctorat est de développer des stratégies avancées de contrôle et de gestion de l’énergie pour des micro-réseaux photovoltaïques intégrant des usages électriques communautaires et productifs en contexte rural. Le projet combinera des méthodes de prévision de l’irradiance solaire basées sur le machine learning, adaptées aux environnements à faible connectivité, des techniques avancées de contrôle (telles que le contrôle robuste et prédictif) et la planification intelligente des usages électriques. Le travail explorera également la flexibilité au niveau des services, en s’appuyant sur des tampons physiques tels que des réservoirs d’eau ou des espaces de stockage frigorifique afin de découpler l’usage de l’énergie de la fourniture du service.

Un défi majeur sera de garantir que les méthodes proposées restent robustes face aux incertitudes (ex : erreurs de prévision, variabilité de la demande) tout en étant implémentables sur des systèmes peu coûteux et aux ressources limitées. Les approches développées seront validées expérimentalement en laboratoire et testées à travers des études de cas au Kenya et au Sénégal, afin de démontrer leur impact sur les coûts, les performances et la fourniture de services.


Science ouverte, impact et alignement avec les Objectifs de Développement Durable (ODD) : Afin de maximiser l’accessibilité, Python sera le principal outil de programmation utilisé tout au long du doctorat, tous les développements seront partagés en open source, et des activités de dissémination à destination des acteurs locaux seront menées. Le doctorat produira des avancées librement accessibles pour la planification et l’exploitation des micro-réseaux photovoltaïques, fournira des éléments utiles aux concepteurs et opérateurs de micro-réseaux, et soutiendra la prise de décision fondée sur des données pour les décideurs publics. Le doctorat contribue directement à l’ODD 7 des Nations unies (énergie propre et d’un coût abordable) et soutient des objectifs associés, notamment l’ODD 6 (eau propre), l’ODD 3 (bonne santé) et l’ODD 13 (lutte contre le changement climatique) en permettant l’accès à des services essentiels grâce à des systèmes énergétiques soutenables.

Quelques publications de l’équipe de recherche pertinentes pour le doctorat et le projet SOMSE :

[1] Opportunities for decentralised solar power to improve reliability, reduce emissions and avoid stranded assets, Nature Communications, 2025.

[2] Carbon pricing and system reliability impacts on pathways to universal electricity access in Africa, Nature Communications, 2024.

[3] CLOVER: A modelling framework for sustainable community-scale energy systems, Journal of Open Source Software, 2023.

[4] An empirical assessment of direct and indirect effects of electricity access on food security, World Development, 2021.

[5] Large-scale modeling of solar water pumps using machine learning, Applied Energy, 2026.

[6] Microgrid sizing and energy management using Benders decomposition algorithm, Sustainable Energy, Grids and Networks, 2024.

[7] Model predictive control and linear control of DC–DC boost converter in low-voltage DC microgrids: An experimental comparative study, Control Engineering Practice, 2023.

Votre Environnement de Travail

Le doctorat sera basé au laboratoire GeePs (Université Paris-Saclay, CentraleSupélec, CNRS, Sorbonne Université).

Contraintes et risques

Le doctorat impliquera de fortes collaborations internationales. En plus d’interactions étroites et de réunions régulières avec l’équipe d’Imperial College London au Royaume-Uni, des partenaires tels que l’Agence Nationale pour les Énergies Renouvelables (ANER) au Sénégal, l’Université de Nairobi au Kenya et Lancaster University au Royaume-Uni apporteront une expertise complémentaire, notamment sur les cadres institutionnels et les usages de l’électricité en milieu rural. Des interactions régulières avec des entreprises, des financeurs et des décideurs publics sont également prévues. Le ou la doctorante bénéficiera de séjours de recherche à Imperial College London et en Afrique afin de travailler en lien étroit avec les acteurs locaux.

Le travail inclura des activités expérimentales en laboratoire sur des dispositifs électriques, notamment pour la validation des stratégies de gestion de l’énergie. Le ou la doctorante sera formé.e aux règles de sécurité électrique applicables et encadré.e pour réaliser ces manipulations dans des conditions sûres.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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