Modélisation et optimisation d’un réseau de pipelines lors de l’approvisionnement et de la distribution des produits miniers

Modeling and optimization of a pipeline network when supplying and distributing mining products

• Auteur / Autrice : Meryem Bamoumen
• Direction : Nikolay Tchernev
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 22/11/2022
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Informatique, de Modélisation et d'Optimisation des Systèmes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Selwa Elfirdoussi, Libo Ren, Jean-Luc Paris, Hamid Allaoui, Nicolas Cheimanoff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olga Battaïa, Marie-Ange Manier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Logistique (gestion)

Ordonnancement (gestion)

Mots clés libres

Ordonnancement

Optimisation

Pipeline

Réseau de pipelines

Modèle linéaire mixte

Grasp

Scheduling

Optimization

Pipeline

Pipeline network

Mixed integer linear programming

Grasp

Résumé

L’industrie minière, et particulièrement l’industrie des phosphates, joue un rôle capital dans la croissance industrielle des sociétés. Néanmoins, l’exploitation du phosphate se trouve actuellement face à de nombreux défis, dans le contexte du développement durable, liés notamment à la forte exploitation de ce minerai, ce qui conduit à l’appauvrissement de ses réserves, à la croissance de la population mondiale et aux restrictions imposées par les normes quant au respect de l’environnement.Par conséquent, conscient des obstacles de la sécurité alimentaire, le Groupe OCP, considéré comme premier exportateur du phosphate et de ses dérivés, a adopté une stratégie axée sur l’augmentation des capacités de production de ses usines, tout en maîtrisant le coût de revient et en assurant la flexibilité industrielle, afin de faire face aux variations du marché mondial des phosphates. Cette reconfiguration des processus et des méthodes de production, au niveau de l’ensemble de la chaîne logistique du Groupe OCP, a soulevé plusieurs problèmes susceptibles de donner lieu à des projets de recherche digne de considération.De ce fait, la présente thèse s’inscrit dans le cadre de la chaire d’optimisation industrielle liée à l’EMINES School of Industrial Management de l’Université Mohammed VI Polytechnique, et particulièrement au niveau de la chaîne Axe Nord, qui est l’un des trois axes constituant la chaîne logistique complexe du Groupe OCP. Les travaux effectués ont également eu lieu au sein du Laboratoire d’Informatique, de Modélisation et d’Optimisation des Systèmes (LIMOS), à l’Université de Clermont-Auvergne. La problématique industrielle soulevée cadre autour des problèmes de planification et d’ordonnancement des chaînes logistiques, et concerne particulièrement l’ordonnancement du réseau de pipelines mis en place au niveau de la chaîne Axe Nord du Groupe OCP.En considérant le problème industriel, une modélisation des processus du système logistique à étudier a d’abord été effectuée, en vue de pouvoir comprendre son fonctionnement. Ensuite, à partir de l’analyse de la littérature sur les problèmes d’ordonnancement des pipelines, la problématique industrielle a été ramenée à deux problèmes d’ordonnancement à la fois, en fonction des demandes auxquelles doit répondre le système considéré : le Problème d’Ordonnancement des Pipelines linéaires Multiproduits de type « one-to-one » (POPM-T1) dans le cas où deux demandes au plus sont à satisfaire, et le Problème d’Ordonnancement de Réseau de Pipelines de type « tree-structure » (PORP-TS) dans le cas de plusieurs demandes. (...)

The mining industry, and particularly the phosphate industry, plays a key role in the industrial growth of societies. Nevertheless, phosphate mining is currently facing many challenges, in the context of sustainable development, linked in particular to the high exploitation of this mineral, which leads to the exhaustion of its reserves, to the growth of the world population and to the restrictions imposed by the norms regarding the respect of the environment.Consequently, aware of the challenges of food security, OCP Group, considered as the first exporter of phosphate and its derivatives, adopted a strategy focused on increasing the production capacities of its plants, while controlling the cost price and ensuring industrial flexibility, in order to face the fluctuations of the world phosphate market. This reconfiguration of production processes and methods, in all the supply chain of OCP Group, has raised several problems likely to give rise to some interesting research projects.Therefore, the present thesis is included within the framework of the chair of “Industrial Optimization” linked to EMINES “School of Industrial Management” of Mohammed VI Polytechnic University, and particularly in the “North Axis” chain, which is one of the three axes which constitutes the complex supply chain of OCP Group. The research work carried out also took place within the Laboratory of Computer Science, Modeling and Optimization of Systems (LIMOS), at the University of Clermont-Auvergne. The industrial problem raised is related to supply chain planning and scheduling problems, and concerns particularly the scheduling of the pipeline network set up in the “North Axis” chain of OCP Group.Starting from the industrial problem, a modeling of the processes of the system to be studied was first achieved, in order to understand its functioning. Then, based on the analysis of the literature on pipeline scheduling problems, the industrial problem was brought down to two scheduling problems, depending on the demands to be satisfied by the system under consideration: the "one-to-one" linear multi-product pipeline scheduling problem in the case where no more than two demands are to be met, and the "tree-structure" pipeline network scheduling problem in the case of several demands.Thus, the research work is directed towards the study of these two scheduling problems. It is about developing decision support tools and methods for product planning and scheduling, on the tactical and operational level, to meet customer demand on a fixed planning horizon, while respecting the various constraints.A first work consisted in proposing a linear model to deal with the "one-to-one" linear multi-product pipeline scheduling problem. A second work focused on the development of a heuristic method to study the "one-to-one" linear multi-product pipeline scheduling problem. These two methods have been considered in the context of petroleum industry, but can be adapted to the case of OCP Group, by adjusting some parameters. A last work concerned the proposal of a linear model to study the "tree-structure" pipeline network scheduling problem, related to OCP Group, in the context of the mining industry. Several numerical experiments have been carried out, based on instances with a short term horizon (a few days), and others with a horizon of up to one month. The results obtained show that the three proposed methods can be applied in the industrial field, either for short-term planning or for tactical planning.