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Les nouveaux pilotes du réseau électrique

THOMAS BLOSSEVILLE tblosseville@industrie-technologies.com

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Fini la production d'électricité à volonté vers des consommateurs passifs. Demain, de la centrale électrique à l'usager, tout l'écosystème électrique contribuera à la gestion optimale du réseau. À condition d'unir le monde de l'énergie et celui des technologies de l'information. De ce mariage, naîtront les nouveaux pilotes des électrons. Parcourez les idées innovantes qui vont donner de l'intelligence au réseau électrique.

Ce gâteau promet d'être énorme. Dans les cinq ans, 46 milliards de dollars d'investissements seront à partager, selon Pike Research, dans les automatismes pour la distribution d'électricité. Ajoutez-y, notamment, la gestion des données, dont le marché annuel pourrait grimper d'ici à 2015 de 0,3 à 4,2 milliards de dollars. L'essor annoncé du « smart grid » - ou réseau électrique intelligent - aiguise les appétits. Informatique, télécoms, maîtrise de l'énergie... Décryptage des innovations qui guideront demain l'électricité.

La mutation a déjà commencé. En Suède, par exemple, les compteurs communicants sont installés. Chaque mois, les distributeurs d'électricité relèvent, à distance, la consommation exacte des foyers. Pour affiner la gestion de son réseau, la Suède réfléchit même à passer au relevé horaire.

Les premiers jalons du smart grid sont posés

Rien de tel en France... pour l'instant. La consommation électrique des ménages y est encore estimée, puis la facture corrigée tous les six mois avec la relève du compteur par un technicien. Mais ERDF, qui distribue l'électricité sur 95 % du territoire tricolore, se prépare à suivre l'exemple suédois. Jusqu'en mars, il expérimente son propre système de comptage communicant : Linky. Avant un possible déploiement à partir de 2012. S'il a lieu, la France ferait un pas décisif vers le smart grid.

Historiquement conçu pour livrer des électrons, le réseau électrique reste aveugle. D'un côté, des centrales produisant de l'électricité en masse. De l'autre des consommateurs passifs, habitués à une énergie disponible à volonté. Entre les deux, un réseau monodirectionnel peu instrumenté. Un modèle en perte de vitesse : des tendances structurelles rendent indispensable une plus grande « intelligence » du réseau (voir encadré). Traduction technologique : superposer au continuum électrique - depuis les centrales jusqu'à l'électroménager - des fonctions d'intelligence en faisant appel aux technologies informatiques et télécoms. Mais pas n'importe où. Le réseau se compose en effet de trois niveaux. À partir des centrales, les électrons sont d'abord transportés sous haute tension (63 à 400 kV), pour réduire les pertes en ligne. En France, cette portion de cent mille kilomètres est pilotée par RTE (Réseau de transport d'électricité), filiale d'EDF. Colonne vertébrale du réseau, elle est bien instrumentée.

Ensuite, les électrons sont distribués jusqu'aux consommateurs finaux - particuliers, bureaux, usines... - à travers un réseau arborescent. D'abord en moyenne (20 kV), puis en basse tension (380 et 230V) à mesure que l'on se rapproche du point de consommation. En France, avec 1,3 million de kilomètres de lignes, ces deux portions sont presque entièrement pilotées par ERDF (Électricité réseau distribution France), autre filiale d'EDF.

« Nos équipes ont développé un logiciel autocicatrisant. Il est opérationnel depuis un an », évoque Michèle Bellon, présidente du directoire d'ERDF. Quand un tronçon de ligne est coupé, il identifie un parcours alternatif pour continuer d'alimenter le client final. C'est un début. « Le smart grid est déjà en déploiement », confirme Jacques Pernaut, chargé d'affaires chez l'équipementier électrique ABB. « Les pièces sont progressivement mises en place dans les réseaux de haute et moyenne tensions. » Reste la basse tension. « Les transformateurs du réseau sont équipés de capteurs. Ce sont des bobines de cuivre certes robustes, mais analogiques », regrette Thierry Dagron, vice-président du spécialiste des capteurs magnétiques Neelogy. « Il faut déployer des capteurs numériques capables de remonter les données jusqu'au centre de décisions. Puis de recevoir un ordre en retour. »

Instrumenter pour mieux diagnostiquer, puis agir rapidement pour optimiser les installations. C'est là qu'entre en scène - entre autres - le compteur communicant Linky d'ERDF, actuellement en phase expérimentale (en Touraine et à Lyon). Avec lui, ERDF pourra - si le déploiement national est décrété - intervenir à distance sur le compteur. Pour relever la consommation électrique, modifier la puissance souscrite, vérifier que le foyer est toujours alimenté... L'été dernier, Linky a alimenté une polémique médiatique. En cause, notamment, son inefficacité dans la maîtrise de l'énergie. Mais ce n'est pas sa vocation. Les vrais débats portant sur ses modalités de déploiement, Industrie et Technologies a enquêté sur la méthode ERDF (voir page 30). « Un compteur communicant est avant tout un capteur. Il est nécessaire pour disposer d'une connaissance fine de l'interface entre le réseau et le consommateur », explique Nouredine Hadjsaid, professeur à Grenoble INP. Avec trois objectifs. D'abord établir des factures exactes, basées sur la consommation réelle. Et non sur des estimations. Ensuite, améliorer la réactivité d'ERDF en cas d'incident sur le réseau de distribution. Aujourd'hui, si un poteau chute, ERDF ignore que la ligne a été coupée... sauf si un usager lui téléphone pour se plaindre. Avec Linky, ERDF serait automatiquement averti puisque le compteur cesserait de communiquer. D'où des interventions plus rapides, promet-il. Troisième objectif, assigné par les autorités publiques, faciliter la dérégulation du marché de l'énergie, qui se traduit par une multiplication de l'offre des fournisseurs (EDF, GDF Suez, Poweo, Direct Energie...). Avec Linky, ERDF pourra rapidement adapter le réglage du compteur au contrat souscrit par le consommateur.

« Sur le terrain, tous les cas de figure existent », insiste Michèle Bellon. Et les situations mènent à des dérives. « Un nombre significatif de clients déconnectent leur disjoncteur pour disposer ponctuellement de plus de puissance », illustre-t-elle. « Quand ils utilisent leurs pressoirs, les viticulteurs par exemple consomment une puissance plus grande que le reste de l'année. » Avec Linky, ERDF pourra leur attribuer - le temps nécessaire - ce surplus de puissance. D'où un pilotage plus fin de la demande.

Mesurer pour savoir où, quand et comment agir

Ne réduisez pas pour autant le smart grid au compteur communicant. C'est tout le réseau qui réclame ses capteurs. « On nous demande de tout mesurer dans les fermes solaires. Jusqu'à présent, elles n'étaient instrumentées que dans les onduleurs, où le courant continu est converti en alternatif », remarque Thierry Dagron, de Neelogy. Autre exemple : « les opérateurs ne savent pas à 10 % près combien d'énergie consomme un train », évoque-t-il. Mesurer pour savoir où, quand et comment agir. C'est le leitmotiv de l'écosystème électrique. « Nous fournissons l'électronique de puissance pour délivrer ou absorber de la puissance en une dizaine de secondes. Et compenser les fluctuations de la tension du réseau », propose ainsi Jacques Pernaut chez ABB.

Dans la pratique, une approche normative s'impose, car tous ces systèmes devront communiquer. Il faut aussi s'assurer que deux capteurs délivreront la même information : « valeur instantanée ou valeur moyenne ? », interroge Bogdan Rosinski, conseiller technologique du pôle de compétitivité S2E2.

Et qui dit échange de données, dit confidentialité et sécurité. Tout l'arsenal traditionnel sera sollicité, comme le cryptage. Mais si cette préoccupation est légitime, elle n'est pas propre au smart grid. « Le terrain a été défriché dans d'autres secteurs. Notamment la base Sniir-Am qui gère les données de santé des Français », cite Nicolas Richet, associé au cabinet de conseils Colombus Consulting.

Le principal obstacle à franchir se niche plutôt dans l'exploitation des données collectées. « La complexité tient dans la hiérarchisation des décisions », prévient Laurent Schmitt, vice-président d'Alstom Grid. En haut de la pyramide, RTE assure l'équilibre global du réseau. ERDF distribue l'électricité. Les fournisseurs nouent des contrats avec les consommateurs. Entre ces acteurs, qui décidera de quoi ?

« L'énergie nécessaire pour faire rouler une voiture électrique pendant 200 km équivaut à la consommation d'une maison française, tout électrique, pendant 24 heures », évalue Philippe Delorme, directeur général stratégie et innovation de Schneider Electric. Pour équilibrer le réseau, qui arbitrera entre les besoins de chacun ? « Je ne crois pas au modèle selon lequel les gestionnaires de réseau décideraient d'eux-mêmes, à distance, de débrancher des équipements », répond-il. « Il y a des enjeux de sécurité. Imaginez qu'ils coupent le mauvais équipement... »

Un univers complet de services reste à créer

Incontestable. Prenez la voiture électrique. Certains automobilistes voudront qu'elles soient rechargées pour 2 heures du matin, car ils travaillent de nuit. D'autres préféreront qu'elle soit prête à tout moment, car leur épouse est sur le point d'accoucher.

« Le véritable noeud du smart grid ? C'est le consommateur », précise Serge Subiron, PDG d'Ijenko, spécialiste de la maîtrise de l'énergie chez les particuliers. Facile à dire, plus délicat à concrétiser car aucun usager ne surveillera son compteur pour s'adapter aux besoins du réseau. « S'il est averti la veille, il pourra décider si sa climatisation ou son chauffage peuvent être débranchés durant quelques minutes. En fonction de ce qu'il a prévu de faire le lendemain », propose Nicolas Richet.

Entre le réseau et le consommateur, c'est donc un univers complet de services qui reste à créer. Des solutions qui pourraient venir de votre assureur, banquier, grande surface, fournisseur d'accès Internet... ou de sociétés spécialisées. Ijenko a développé un boîtier, véritable chef d'orchestre de la consommation domestique (électricité, gaz, eau). Branché derrière une box Internet, il est accompagné d'une armée de capteurs. Comme des prises communicantes et des thermostats.

L'ensemble offre au particulier un outil de mesure en temps réel et une interface Web pour visualiser le détail de sa consommation. Le but : la maîtriser et soulager le réseau si besoin. « Mais le consommateur garde toujours le contrôle », précise Serge Subiron. La veille ou une heure avant, il est alerté de toute intervention de son fournisseur d'électricité. Sur son téléphone portable ou sa tablette numérique.

Quelles informations faut-il transmettre au consommateur pour qu'il modifie ses habitudes ? « Des expérimentations ont eu lieu aux États-Unis », indique Nicolas Richet. « Les incitations économiques s'avèrent indispensables. » Selon les spécialistes, la simple prise de conscience de sa consommation réelle entraîne 5 à 15 % d'économie d'énergie. Ensuite, des actions peuvent être automatisées. Sur la température notamment : « chez un particulier, un degré en moins équivaut à 7 % d'économie », estime Serge Dubiron.

Pour être vertueuses, ces bonnes actions devront toutefois durer. Dans ses projets de recherche, le pôle S2E2 implique des sociologues. L'analyse de son projet Afficheco a permis de constater qu'après quelques mois, les mauvaises habitudes des consommateurs reviennent au galop.

Pour y remédier, la technologie ne suffira pas. « En entreprise, les salariés qui ont fait des efforts devront être récompensés. Et la dynamique entretenue dans une démarche d'amélioration continue », conseille Marc Bons, dont la société Fludia a conçu un logiciel de maîtrise de l'énergie. « Côté domestique, l'idée est plutôt de connecter les consommateurs à des réseaux sociaux pour qu'ils partagent leurs astuces. »

Ballon d'eau chaude, chauffage... Attention toutefois, « aujourd'hui le particulier dispose de peu de leviers pour assouplir sa consommation », tempère Laurent Schmitt, d'Alstom Grid. « Et le changement des habitudes demandera du temps. Il serait plus simple de commencer par affiner le pilotage des centrales de production. » Aussi révolutionnaire soit-il, le smart grid devra d'abord s'intégrer au réseau existant. c

ÉTENDUE

Le réseau électrique français mesure 1,4 million de kilomètres, trois fois la distance Terre-Lune.

Une métamorphose incontournable

Alors que la soif électrique augmente, les pointes de consommation sont souvent synonymes en France d'importations en provenance de centrales à charbon. Une solution non-durable avec la pression des réglementations anti-CO2. Autre tendance, la libéralisation du marché de l'énergie multiplie les producteurs. Et l'essor du renouvelable, intermittent et décentralisé, rend plus aléatoires les prévisions de production. Tandis que les raccordements transfrontaliers répercutent les perturbations sur tout le continent. Or, à tout instant, production et consommation électriques doivent s'équilibrer. L'enjeu du smart grid est de s'adapter à ce contexte énergétique de plus en plus complexe.

LES CINQ COMPÉTENCES CLÉS DU SMART GRID

La mesure Instrumenter le réseau électrique pour comprendre ce qui s'y passe. L'intelligence du réseau débute avec la multiplication des capteurs mesurant les paramètres électriques et d'environnement (température...). Sans diagnostic précis, pas de pilotage en temps réel. La communication Avant d'être qualifié d'intelligent, le réseau électrique doit devenir communicant. Un défi technique doublé d'enjeux réglementaires. Comment assurer simultanément la sécurité et l'efficacité des échanges de données ? L'information doit circuler, mais en toute confidentialité. La gestion des données Le smart grid optimisera le réseau ou le transformera en « usine à gaz ». Entre ces deux options, un impératif : identifier les données utiles et suffisantes. Chaque acteur doit avoir accès aux informations qui lui sont strictement nécessaires. Tri et stockage des données formeront le cerveau du smart grid.

La visualisation La multiplication des intervenants, y compris les particuliers non-spécialistes, complexifie l'exploitation des données. Pour être utiles, les informations échangées devront être compréhensibles. Des outils de visualisation simples et adaptés à chaque acteur sont à développer.

Le contrôle Le pilotage à proprement parler du réseau passe par des décisions d'intervention, automatisées ou non. Couper un tronçon, accroître la puissance, stocker l'énergie... Les organes de manoeuvre seront les bras du smart grid. Sans eux, aucune réactivité. L'objectif : agir rapidement à distance.

« Des logiques de logiciel libre s'imposent »

GILLES BERHAULT DÉLÉGUÉ AU DÉVELOPPEMENT DURABLE DE L'INSTITUT TÉLÉCOM

« Comment consommer moins de ressources ? Comment réduire les émissions atmosphériques ? La motivation première du smart grid est environnementale. À condition d'associer le développement humain et l'amélioration des conditions de vie. Des logiques de logiciel libre, où les technologies sont ouvertes, s'imposent. Inclure le consommateur devient une priorité urgente. Les technologies existent. Mais sans changement de comportement, ni appropriation des outils, on n'arrivera à rien. C'est vraiment un problème d'ergonomie et d'acceptation du public. Il faut aussi mobiliser et former tous les professionnels du bâtiment, y compris les artisans. »

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