Description

Contexte et objectifs

La planification du système énergétique constitue un enjeu majeur pour nos sociétés, dont le quotidien — alimentation, logement, mobilité — repose directement sur l’accès à l’énergie. Au cœur de ce système, le réseau électrique ne se réduit pas à une simple infrastructure technique : il devient un acteur central de la transition énergétique, dont la mission dépasse largement le cadre purement technique. Pour y parvenir, le réseau doit s’ancrer profondément dans les territoires, intégrant leurs spécificités et répondant aux besoins locaux, plutôt que de s’imposer comme une solution déconnectée des réalités sociales et environnementales.

Dans ce contexte, cette thèse explore les perspectives offertes par la multifractalité pour cartographier le réseau électrique et ses interactions avec le territoire qu’il traverse.

L’enjeu est double : d’une part, éclairer les interdépendances entre le réseau et son environnement pour une planification plus ancrée dans les réalités territoriales ; d’autre part, renforcer la souveraineté citoyenne en outillant les acteurs locaux pour qu’ils puissent s’approprier les choix de transition énergétique. En somme, il ne s’agit pas seulement de cartographier le réseau et ses connexions, mais de faire de cette cartographie un outil de planification, permettant à chacun de contribuer activement à la construction d’un système énergétique plus juste et résilient.

Cette exploration s’appuie sur une cartographie inédite du réseau électrique de distribution français, développée au G2Elab. Ce modèle, qui couvre l’ensemble du réseau — des compteurs communicants jusqu’aux postes sources, offre une représentation fine et ancrée dans la réalité des infrastructures existantes. Il permet ainsi de fonder les travaux sur une base technique solide, tout en ouvrant des perspectives concrètes pour l’analyse des interactions entre le réseau et son territoire.

La multifractalité agit comme un microscope mathématique, permettant d’explorer la complexité des systèmes réels. Là où la dimension fractale offre une mesure du degré de ramification d’un réseau électrique — révélant par exemple sa structure globale —, l’approche multifractale va plus loin : elle permet d’analyser finement des réseaux hétérogènes, en capturant la variabilité spatiale des tensions, des pertes électriques, ou encore des densités de charge.

Si la multifractalité s’avère un outil puissant pour décrypter la complexité des données physiques au sein d’une seule couche — comme la topologie d’un réseau électrique —, son application à l’analyse conjointe de couches couplées reste un champ largement inexploré. Dans le cas des interactions entre le réseau électrique et le bâti urbain : comment les formes architecturales, les usages des sols ou les densités de population influencent-ils la distribution de l’énergie ? Comment, en retour, les contraintes du réseau modulent-elles l’aménagement des territoires ?

C’est l’un des objectifs centraux de ce travail de doctorat : développer une méthodologie multifractale adaptée à l’étude de ces couches couplées, afin d’éclairer les mécanismes d’interdépendance entre infrastructures urbaines et réseau électrique. En révélant ces liens cachés, cette approche vise à offrir des clés pour une planification territoriale plus intégrée, où les choix techniques s’ancrent dans une compréhension fine des réalités sociales et spatiales.

Méthodologie

Les étapes méthodologiques, non nécessairement classées par ordre chronologique, sont les suivantes :

1. Revue de la littérature sur l’analyse fractale des données urbaines et/ou spatiales et sur l’analyse multifractale conjointe
2. Réflexion sur les variables à mesurer pour mieux caractériser les liens entre les besoins énergétiques territoriaux, les réseaux électriques, le déploiement des énergies renouvelables et l’occupation de l’espace
3. Analyse fractale/multifractale des couches urbaines individuelles, chaque couche décrivant une variable
4. Évaluation des dépendances statistiques entre un ensemble de variables co-occurrentes dans une même zone spatiale (par exemple : densité de population, consommation énergétique des bâtiments, tensions du réseau) par : a. une analyse de corrélation entre les dimensions fractales des couches et leurs propriétés (par exemple, en utilisant l’Analyse en Composantes Principales) b. une analyse multifractale conjointe qui considère la distribution conjointe d’un ensemble de variables
5. Élaboration de lignes directrices pour de bonnes pratiques de planification

Des cas synthétiques fractals seront étudiés pour tester et valider les méthodes développées. Des cas réalistes français et suisses pourront également être analysés pour évaluer statistiquement la cohérence territoriale. Ces cas d’usage pourront être déjà disponibles ou construits si nécessaire. Les territoires urbains et périurbains seront particulièrement investigués.

Compétences requises

Analyse de données Programmation en Python Intérêt pour la transition énergétique et les études spatiales