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Thèse de doctorat de l’UTT Birome Holo BA Modélisation et optimisation de chain

Thèse de doctorat de l’UTT Birome Holo BA Modélisation et optimisation de chaines d’approvisionnement en biomasses pour des bioraffineries Spécialité : Optimisation et Sûreté des systèmes 2016TROY0001 Année 2016 THESE pour l’obtention du grade de DOCTEUR de l’UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE TROYES Spécialité : OPTIMISATION ET SURETE DES SYSTEMES présentée et soutenue par Birome Holo BA le 20 janvier 2016 Modélisation et optimisation de chaines d’approvisionnement en biomasses pour des bioraffineries JURY M. O. PÉTON MAITRE ASSISTANT - HDR Président M. J.-C. BILLAUT PROFESSEUR DES UNIVERSITES Examinateur M. M. NOUR EL FATH PROFESSEUR Rapporteur M. C. PRINS PROFESSEUR DES UNIVERSITES Directeur de thèse Mme C. PRODHON MAITRE DE CONFERENCES - HDR Directrice de thèse M. A. YASSINE PROFESSEUR DES UNIVERSITES Rapporteur DEDICACES A la sagesse éternelle A toute ma famille au sens large A tous mes amis Remerciements Je tiens à remercier à vive voix l'ensemble des personnes qui m'ont accompagné tout au long de mes études et pendant cette thèse. Cette dernière, une expérience inédite, est le résultat d'un long et fastidieux travail, de rencontres fortuites, d'abnégation et d'opportunités. Je remercie particulièrement :  Mes directeurs de thèse: Christian Prins et Caroline Prodhon. Je vous remercie très sincèrement d'une part de m'avoir fait confiance et donné la chance de faire cette thèse sous votre direction et d'autre part pour tout l'enseignement que vous m'avez transmis durant ces 3 années avec un soutien indéfectible. Merci de votre patience dans les moments difficiles et de m'avoir fait progresser.  Les membres du jury: Jean-Charles Billaut, Olivier Péton, Adnan Yassine, Mustapha Nourelfath. Je tiens à vous exprimer ma reconnaissance pour avoir pris le temps de juger ce travail et également pour vos commentaires si intéressants et détaillés. Une dédicace particulière à Jean-Charles (mon ancien professeur et tuteur à Tours) pour sa gentillesse, sa disponibilité et son soutien depuis le début.  Tous mes amis doctorants, post-doctorants et permanents du LOSI et de L'UTT pour votre bonne humeur: Tito, Mustapha, Jorge, Syrine, Sona, Elyn, Oussama, Julien, Yassine, Oumar, Guillermo, Mohamed, Moise, Nassim, Hajar, Yang Li, Xixi Wang, Amadeo, Matthieu, Puca, Komla, Daniela, Joseph, Intissar, Anis, Nassara, Qingxian An, Mourad, D.C.Nguyen, Mohsen, Na Li, Z. Chang, J.Michelet, T.Vidal, Atefeh.  L'équipe administrative et technique de l'UTT : Véro, Marie-Jo, Bernadette, Patricia, Mme Denis, Mme Leclercq, Mme Kazarian et le Cri particulièrement Cyril et Jean-Philippe Balhadere.  Monsieur le Ministre de l'enseignement supérieur du Sénégal, Mary Teuw Niane et Monsieur Moise Sarr responsable de la SGEE pour le soutien et les encouragements.  L'ensemble des étudiants sénégalais et africains que j'ai eu à rencontrer à Troyes. Pas assez de place pour vous citer tous, mais je tiens à vous exprimer toute ma gratitude.  Mes amis de Lyndiane mon quartier de naissance, du CEM Kabatoki, du MEELJ, du lycée Valdiodio Ndiaye (particulièrement la promo S1 2007), de l'AEEMS, de l'UGB et de Tours.  Mes anciens camarades à Polytech (Mansour, Imane (ma sœur), Zakaria, Luqman, Wassim, Anas, Jeng, Thibault, Ngor, Kathar, Dieynaba Sall, Asta, Aissatou Niane, Martine, Adama, Nelly et Abdoulaye et bien d'autres.  Mes nombreux amis personnels, en particulier, mais sans se limiter à Maimouna Niass, Couly Diogoul, Oumar Ndiaye, Mamadou Diallo, Abdoulaye Ndiath, Coumba Kitane, Bamba, Penda, Aissatou, Maodo, Moustapha C.F, Fatou et Cheikh Ibrahim Diop, Karim Diouf, Ousseynou Ndoye/Ndiaye, Makhtar Dia, Awa et Aissatou Lo, Chérif Diouf, Mariama, Roger, Anna, Ousseynou/Assane Badji, Ama et Diez Ndiaye, Mame Astou, Luciao, Charlotte, Fatima, Cindy, Adama Diagne, idrissa camara, Abdoulaye Sarr, Fatma/Khadija Ndiaye, Mustapha Lo, Jean-Gabriel, la famille Haris, la famille Ndoye de Bargny, la famille Faye de Rufisque.  Mes anciens professeurs qui ont participé à ma formation, je pense particulièrement à Mr Fall, Mr Konaté, Mr Faye, Mr Sidibé, Mr Diouf, Mme Salamata Ba, Mr Saliou Sis, Mr Sagna, Mr Thiaré, Mr Sy et bien d'autres encore.  Mes soutiens, amis et compagnons de route : Diouldé, Adji Mané, Aissatou Béye, Sophie, Mada, Rokhaya, Satou, Coumba, Astou, Mbayang Thiam, Bouchra, Ousseynou Diaw, Omar wagué, Assane Faye, Oulimata et toute la famille Barro, ma sœur Ndéye Adama. C'est d'une manière profondément sincère que je vous dis un grand merci.  Une dédicace spéciale à toute ma famille : d'abord mes parents (Diariyatou, Dieynaba et Thierno), ensuite une mention très spéciale pour ma famille adoptive (Tonton Mactar Barro, Tante mame Coumba Faye, Tonton Abdoulaye Ngom et tonton Alpha Ba et sa femme Mamy Aw), sans qui, cette thèse n'aurait, peut-être, jamais pu avoir lieu. Merci infiniment du fond du cœur.  Merci infiniment chère Khady Mbodj pour le soutien et la présence qui m'ont été très bénéfique dans les derniers moments de cette thèse. Un clin d'œil à Absa et Fatou.  I.T.E PIVERT : Sans argent pas de thèse. Donc ma reconnaissance à PIVERT pour le financement. Merci à toute l'équipe de la SAS PIVERT qui m'a toujours très bien accueilli à Compiègne. Elle a toute ma complaisance. Je n'oublie pas M. Francis Valter du groupe AVRIL pour son soutien et ses conseils.  Merci également à mon petit frère Paul Darius-Sarmadi pour son soutien et son amitié. Merci à Haroune pour son travail pendant le stage, sa sympathie et sa bonne humeur.  Merci à Ndéye Adama (Diarama), Nelle et Tonton Adama qui se sont déplacés pour la soutenance.  Ma future femme et mes futurs enfants  dédicace spéciale à vous !  Merci enfin à tous ceux dont j'ai pu oublier les noms et non la sympathie. Birome Holo BA Résumé Les travaux de cette thèse concernent la modélisation et l'optimisation de chaînes d’approvisionnement en biomasses pour de futures bio-raffineries. En effet, des chaînes d'approvisionnement efficaces sont essentielles pour fournir aux installations de conversion, de façon régulière, des quantités suffisantes de biomasse de qualité à des prix raisonnables. Le problème est tout d'abord décrit puis modélisé. Un modèle de réseau et un modèle de données sont ensuite développés pour permettre de décrire la structure de la chaîne d'approvisionnement et ses données, sans affecter le modèle mathématique sous-jacent. Ce dernier est un programme linéaire mixte qui combine pour la première fois divers aspects, soit originaux, soit gérés séparément dans la littérature. A partir des demandes de la raffinerie, une résolution exacte avec le solveur CPLEX précise les activités logistiques dans le réseau (quantités récoltées, mises en balles, transportées, stockées, etc.) et les équipements nécessaires, afin de minimiser le coût total composé des coûts de récoltes, de transport et de stockage. Des études de cas sont décrites pour illustrer ce modèle de planification tactique multi-biomasse et multi-période. Un modèle plus compact est aussi élaboré pour traiter des instances de très grandes tailles. Il est illustré par une étude de cas réel pour une bio-raffinerie prévue près de Compiègne. Pour finir, les développements effectués pour la mise en place d’un prototype d'application d’aide à la décision sont présentés et des recommandations en vue de la création d’un futur logiciel commercial sont proposées. Mots-clefs : Recherche opérationnelle, Optimisation combinatoire, Logistique (organisation), Planification, Théorie des graphes, Programmation linéaire, Biomasse, Énergie de la biomasse, Installations énergétiques, Développement durable. Abstract The research works of this thesis address the problem of modeling and optimizing biomass supply chains for biorefineries. Indeed, efficient supply chains are essential to provide conversion facilities with sufficient quantities of quality biomass at reasonable prices. The problem is described and modeled. A network model and a data model are developed to allow describing the structure of the supply chain and its data, without affecting the underlying mathematical model. The latter is a mixed- integer linear programming that combines for the first time various aspects, either original or tackled separately in the literature. For given refinery needs, its exact resolution by CPLEX specifies the logistic activities in the network (amounts harvested, baled, transported, stored etc.) and the necessary equipment, in order to minimize a total cost including harvesting costs, transport costs and storage costs. Case studies are described to illustrate this multi-biomass and multi-period tactical planning model. A more compact model is also elaborated to cope with large-scale instances. It is illustrated using a real case study for a bio-refinery planned near Compiègne, France. Finally, the developments conducted for the implementation of a prototype of decision-support application are presented and recommendations for coming to commercial software are proposed. Keywords: Operations research, Combinatorial optimization, Business logistics, Planning, Graph theory, Biomass, Biomass energy, Energy facilities, Sustainable development. Table des matières Remerciements ....................................................................................................................................... 3 Résumé .................................................................................................................................................... 5 Abstract ................................................................................................................................................... 6 Introduction générale ........................................................................................................................... 13 1. Contexte et défis ........................................................................................................................... 13 2. Importance de la logistique ........................................................................................................... 15 3. Niveaux de décision dans les chaînes logistiques ......................................................................... 15 4. Concepts de durabilité dans les chaînes logistiques de biomasse ................................................ 16 5. Objectifs et structure de la thèse .................................................................................................. 17 Présentation du problème ................................................................................................................... 19 1. Introduction ................................................................................................................................... 19 2. Les chaînes logistique de biomasse en général ............................................................................. 20 3. Chaîne d'approvisionnement considérée ...................................................................................... 25 Etat de l’art sur la modélisation des chaînes logistiques de biomasse ............................................... 33 1. Introduction et synthèses déjà publiées ....................................................................................... 33 2. Modélisation de la durabilité uploads/Geographie/ birome-holo-ba-2016troy0001.pdf