Doctorant(e) - "Scénarios de valorisation des déchets à horizon 2050 : proposition d’un modèle multi-agent de simulation prospective pour l’analyse environnementale de filières sociotechniques territoriales contrastées"

Rejoindre Mines Saint-Étienne, c’est s’engager dans une institution où la science et l’innovation bâtissent un avenir plus durable. Une école d’excellence où chacun a l’opportunité de révéler son plein potentiel et de contribuer à relever les défis de demain.

Classée parmi les meilleures écoles d’ingénieurs en France et reconnue mondialement, notre école, membre de l’Institut Mines-Télécom, forme les talents de demain tout en contribuant activement à relever les grands défis industriels, numériques et environnementaux. Avec nous, vous intégrez une communauté de 500 collaborateurs, 2500 étudiants, et participez à un projet ambitieux : conjuguer excellence académique, recherche d’avant-garde et impact sociétal positif.

L’Institut Mines-Télécom fédère les grandes écoles françaises autour des défis industriels majeurs, numériques, énergétiques et écologiques. Avec ses 8 Grandes Écoles publiques et 2 écoles filiales, il est le premier institut public dédié aux ingénieurs et managers. Ensemble, nous imaginons et construisons un avenir durable, en formant les acteurs qui façonneront les transitions de demain.

Transitions numériques, écologiques, industrielles : les grands défis de notre époque sont aussi ceux de l’Institut Henri Fayol.

Ici se mêlent Informatique, Sciences des données, Management, Sciences humaines et sociales, Génie environnemental pour penser les systèmes complexes de demain : territoires, entreprises, filières industrielles. 

📊 Résilience, performance, durabilité… Nous développons et expérimentons en lien étroit avec les acteurs socio-économique pour répondre aux exigences des transitions actuelles.

✨ Une recherche interdisciplinaire à fort impact, où l’humain est toujours au centre. 

🏠 Contexte

Le département ISI contribue au développement de modèles, d’algorithmes et d’architectures informatiques pour l’interconnexion des mondes physiques, numériques et sociaux. Dans cette perspective, il aborde diverses facettes de l’intelligence artificielle dont particulièrement, les systèmes multi-agents, “thème principal de la thèse proposée”, l’ingénierie des connaissances et le raisonnement automatique, et l’apprentissage machine.

Pour répondre aux enjeux des transitions écologique, énergétique et industrielle, le département GEO accompagne les acteurs des territoires (acteurs publics et privés) vers une meilleure prise en compte des enjeux environnementaux et de résilience territoriale. Il s’attache ainsi à apporter des solutions nouvelles en matière d’analyse, de modélisation et d’évaluation environnementale des systèmes industriels et territoriaux dans un double contexte d’industrie des futurs et de villes et territoires soutenables. Fort d’une expertise sur la question de la gestion des déchets, le département GEO souhaite poursuivre ses travaux sur l’évolution de cette dernière.

Contexte applicatif :

La valorisation des déchets répond à un double enjeu de réduction d’impact associée à la gestion des matières en fin de vie et de relocalisation des métabolismes des territoires, en permettant d’exploiter des ressources de proximité qui peuvent se substituer à des matières non-renouvelables ou des énergies fossiles. A ce titre, elle est au cœur des politiques publiques et des stratégies industrielles visant la mise en place de filières d’approvisionnement davantage « circulaires ».

Du fait de cette importance stratégique, les déchets sont aujourd’hui des ressources en tension, autour desquels s’organisent différentes filières de récupération et de traitement (1) . Sur l’exemple des biodéchets, on retrouve des filières de proximité (compostage individuel, de quartier), parfois en compétition avec des filières industrielles de méthanisation (2). Pour les déchets textiles, les filières réemploi de l'économie sociale et solidaire (ESS) se retrouvent aujourd’hui en difficulté et pourraient également se retrouver en compétition avec le recyclage, plutôt opéré par des acteurs privés (3). Or, le choix d’orienter les flux de déchets vers l’une ou l’autre (ou plusieurs) de ces filières n’est pas neutre : cela a des implications en termes d’impact environnemental, mais aussi d’implication citoyenne, de gouvernance et de souveraineté de la matière secondaire dans les territoires. Dans ce contexte, la simulation prospective peut être un outil puissant pour tester différents scénarios et anticiper les conséquences de ces choix.

🎯 Ce que nous attendons de vous

Proposition scientifique envisagée :

Cette thèse vise à développer un modèle de simulation prospective de filières de gestion des déchets, capable d’intégrer explicitement les enjeux sociotechniques de la valorisation, incluant des facteurs exogènes, venant des contextes politique, réglementaire, économique qui évoluent (4), et endogènes comme la pré-existence d'infrastructures de traitement, de tissus industriel et associatif spécifiques au territoire. En outre, la modélisation prospective reposera sur une approche « backcasting » (5), qui mobilisera notamment les travaux prospectifs de l’ADEME « Transition(s) 2050 » développés à l’échelle nationale. Ceux-ci, en présentant différents futurs souhaitables, fourniront des exemples de contextes contrastés qui définiront en partie les facteurs exogènes à la planification des filières. Afin de prendre en compte l’influence des stratégies d’acteurs dans le choix des filières, et de combler le manque identifié dans les outils d’aide à la décision, l’originalité de la thèse consistera en l’adoption du paradigme des systèmes multi-agents dans toutes ses dimensions. Ce paradigme permet en effet de modéliser l’ensemble d’une filière à travers ses quatre niveaux d’abstraction : i) un ensemble hétérogène d’acteurs, ii) un territoire aux ressources limitées et géographiquement contraintes, iii) des interactions, et iv) un cadre réglementaire guidant ou contraignant les acteurs. On parle de ces quatre niveaux d’abstraction comme des « voyelles » : a(gent), e(nvironnement), i(nteraction) et o(rganisation). Leur structuration en couches est schématisée ci-dessous. Les approches prospectives classiques pour l’économie circulaire utilisant des techniques d’analyse des flux de matières ou de simulation basée agents, en comparaison, ne permettent pas de modéliser les quatre couches (6) : l’analyse des flux matériels ne prend en compte que la couche inférieure (environnement), tandis que les simulations basées agents dans ce domaine ne prennent pas souvent explicitement en compte la couche supérieure (organisation).

L’intégration des différentes couches d’un système multi-agents a conduit au développement d’une forme de programmation orientée multi-agents, qui associe aux quatre voyelles un langage de modélisation dédié (7). La programmation orientée multi-agents permet de passer d’un ensemble de modèles à un programme exécutable, simulant les interactions entre acteurs de la filière et l’impact de ces acteurs sur leur environnement, dans différentes configurations.

Cette thèse vise donc à développer un modèle de simulation prospective de filières de gestion des déchets, capable d’intégrer différents niveaux structurant la décision à l’échelle d’un territoire, en fonction d’éléments contextuels exogènes et endogènes au territoire d’étude. L’objectif, à terme, sera d’être en capacité de proposer des scénarios de valorisation des déchets qui soient adaptés à un territoire et à un contexte réglementaire et économique donné, d’analyser l’évolution des filières et de leurs impacts environnementaux dans une perspective où les choix sociotechniques les plus à mêmes de répondre aux besoins des territoires restent à faire. Les cas de la valorisation des déchets textiles et des biodéchets seront examinés. Ce travail de recherche appliquée nécessitera :

- De comprendre et appliquer un modèle pré-existant d’un système sociotechnique associé à la valorisation des déchets textiles et des biodéchets. Celui-ci comprend le métabolisme territorial de la gestion des déchets (les gisements, les usages, les circuits de récupération et de traitement, les acteurs) mais aussi le contexte réglementaire, économique et technologique propres aux gisements considérés (actuel mais aussi les contextes futurs envisagés)

- De construire un modèle de simulation prospective selon le paradigme des systèmes multi-agents, capables d’intégrer les différents niveaux présentés ci-dessus, qui se traduisent à la fois dans les contextes réglementaires et économiques (par exemple) mais aussi dans les décisions d’orientations de filières

- D’évaluer l’impact environnemental des scénarios de filières construits en utilisant la méthodologie Analyse de Cycle de Vie (ACV).

(1) RECORD, 2025. Compétitions d’usage et variations de valeur sur les gisements de « déchets – ressources ». Évaluation des conséquences économiques, environnementales et sociétales.107p.

(2) Bahers, J.-B., & Giacchè, G. (2018). Échelles territoriales et politiques du métabolisme urbain : La structuration des filières de biodéchets et l’intégration de l’agriculture urbaine à Rennes. VertigO. La revue internationale en sciences de l’environnement, (Hors-série 31). https://doi.org/10.4000/vertigo.21609

(3) Wiart, L., André, C., Thénot, M., & Béfort, N. (2025). Stratégies hégémoniques dans le secteur de la gestion des déchets : Filières REP et instrumentalisation des acteurs de l’ESS. Revue française de gestion, 324(5), 39‑58.

(4) Pansera, M., Genovese, A., & Ripa, M. (2021). Politicising Circular Economy : What can we learn from Responsible Innovation? Journal of Responsible Innovation, 8(3), 471‑477.

(5) qui consiste à définir un futur souhaitable et à élaborer différentes trajectoires permettant d’y parvenir à partir du présent

(6) Walzberg, J., Carpenter, A., Frayret, J., Heath, G., Eberle, A.L., 2023. Agent-based modeling and simulation for the circular economy. Lessons learned and path forward. Journal of industrial Ecology. 1227–1238.

(7) voir notamment la plate-forme JaCaMo, https://jacamo-lang.github.io/