Magazine N°675 Mai 2012 - Économie numérique : Les succès
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Hervé RANNOU

CEO d’ITEMS International (Smart Grids Consulting Consortium)

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Smart Grids : le logiciel au cœur des systèmes électriques

Les Réseaux Intelligents d’Energie (Smart Grids) font partie de ces sujets qui semblent éloignés des préoccupations politiques ou stratégiques. Pourtant, c'est l'un des véritables sujets des prochaines années tant leur impact sera majeur dans le secteur de l’énergie électrique tout comme dans celui du numérique. Le sujet touchera aussi les collectivités et les citoyens. Enfin, il accompagnera de manière indissociable le développement et la maîtrise des nouvelles énergies.

Un monde de l’énergie très divers

Les énergéticiens doivent gérer en temps réel l’équilibre du réseau

De par la nature et les contraintes des flux électriques, les énergéticiens ont toujours été amenés à devoir gérer en temps réel l’équilibre du réseau. De la production à la consommation, ils ont mis en place des systèmes toujours plus élaborés pour assurer cet équilibre. Les équipements informatiques et les réseaux de communication ont ainsi pris une place de plus en plus importante dans les années 1980 et surtout lors de la décennie suivante. La France est souvent apparue comme un modèle avec une capacité à gérer les grands équilibres à l’échelle nationale.

REPÈRES
Bien plus qu’une simple évolution technologique, les smart grids associent deux mondes : l’un, l’énergie, fait d’enjeux stratégiques structurants avec des cycles longs et des investissements lourds ; l’autre, le numérique, tendu vers un univers flexible en perpétuel changement associant infrastructures concurrentielles, composants logiciels, applications et services allant du fixe vers une mobilité étendue.

Oligopoles européens

La plupart des autres pays européens ont des acteurs majeurs, lesquels ne sont généralement dominants que sur une partie de leur territoire. C’est le cas en Allemagne, en Espagne, en Italie, en Grande-Bretagne. Souvent dotés d’une forte culture d’investissement, ces acteurs ont, à l’instar d’EDF, modernisé leurs réseaux, mais dans les limites que leur imposait leur présence géographique. De sorte que les relations entre ces opérateurs existent naturellement, mais ne sont pas toujours des plus fluides puisque les échanges d’énergie sont sous-tendus par des mécanismes de marché.

Opérateurs locaux

Diversification
Plusieurs local utilities (opérateurs locaux) ont été en pointe, non pas nécessairement dans le pilotage numérique de leur infrastructure, mais dans les services aux usagers et aussi… dans le déploiement du haut débit. Ce fut par exemple le cas de RheinEnergie avec sa filiale NetCologne qui exploite le réseau haut débit de la ville de Cologne, ou encore des sociétés locales de Floride qui, au sein de la Florida Municipal Power Agency, sont impliquées dans le développement des infrastructures et des services haut débit.

Certains pays – notamment l’Allemagne et les États-Unis – vont plus loin dans la décentralisation avec des sociétés locales de distribution et de commercialisation dont une part significative appartient aux collectivités. Certes, cela renforce la diversité des acteurs, mais, d’un autre côté, cette situation crée des petits monopoles locaux dont la taille rend illusoire une quelconque segmentation entre distribution et commercialisation. Il n’en reste pas moins vrai que nombre d’entre eux ne sont pas en reste en matière de numérique.

Le poids des consommateurs

Aux États-Unis, le consommateur final est, de fait, au cœur des préoccupations des local utilities. C’est à partir de ses besoins (et de ce qu’on va pouvoir lui vendre) que s’agencent les stratégies d’investissement.

Référendum
La ville de Boulder, pionnière en matière de smart grids, a dû organiser, en raison de dépassements budgétaires, un référendum pour poursuivre ou non sa politique d’investissement dans les smart grids. Celle-ci n’ayant été validée qu’à 52 %, une faible majorité, la ville a estimé qu’elle ne disposait plus de la légitimité suffisante et a révisé sa politique.

Beaucoup de public utilities ne considèrent pas que les séparations entre services énergétiques, services de télécoms, service de télévision, services Internet sont structurantes.

Soumises au contrôle exercé par les public utility commissions (dont les membres sont élus), les local utilities disposent cependant d’une marge de manœuvre limitée en matière d’investissements lourds. Les citoyens y ont leur mot à dire. Et, dans de nombreux cas, ces derniers freinent les investissements qui ont plus vite fait de leur faire perdre leur siège que de leur assurer leur réélection.

Garantir la stabilité des réseaux

L’émergence des énergies renouvelables oblige d’ores et déjà les différents acteurs de la chaîne à repenser les réseaux. Du fait de leur caractère intermittent, ces nouvelles énergies peuvent mettre en péril la stabilité du réseau. Un plafond de 30 % – défini de manière plus ou moins empirique à partir de travaux menés en Grèce – limite ainsi la puissance instantanée issue des énergies renouvelables dans le réseau. Cette contrainte peut être dépassée dans les faits en stabilisant localement les sources d’énergies renouvelables par des sources de production stable. Une deuxième option consiste à développer les capacités de stockage. Une troisième, qui peut se combiner avec la précédente, est de gérer ce risque en mode temps réel à partir de systèmes de contrôle-commande numériques à grande échelle.

Consommateur et acteur

À l’autre bout de la chaîne, le consommateur va aussi prendre part à l’évolution qui se prépare. Il va en devenir de plus en plus acteur. Ce dernier ne perçoit pas toujours les vertus du compteur intelligent. Les économies d’énergie ont finalement un impact limité sur sa facture et seuls des services véritablement innovants pourront l’amener à réduire sa consommation.

Controverse
En Allemagne et dans les pays nordiques, le développement des énergies renouvelables amène la construction de centrales thermiques fortement polluantes pour pallier les baisses de production inhérentes aux éoliennes ou aux panneaux solaires. D’où une controverse en raison des rejets de CO2 induits.

À l’inverse, des systèmes semi-automatiques peuvent permettre d’assister l’usager dans cette marche vers l’efficacité énergétique. Et surtout, le compteur intelligent va progressivement devenir le composant du bout de chaîne de la gestion en temps réel de l’équilibre, permettant d’anticiper des périodes à risque.

Le consommateur va prendre part à l’évolution qui se prépare

Cette évolution des réseaux énergétiques ne concerne pas directement les infrastructures électriques mais la manière dont elles vont être opérées en temps réel au niveau de chaque composant et optimiser leur fonctionnement.

Le numérique va s’insérer dans les parties les plus techniques de la gestion de l’énergie jusqu’à tout ce qui a trait à la mise en œuvre de services proposés aux utilisateurs. Cette réalité pose immanquablement la question du déplacement de la chaîne de valeur. Alors que l’électricité était un marché essentiellement vertical, le numérique et ses logiques d’interface vont conduire vers un système plus horizontal et segmenté.

Les grandes ambitions des acteurs du numérique

Les acteurs des télécoms et des logiciels ne se limitent pas aux smart grids. Ces groupes entendent investir le champ de la ville intelligente.

Compteurs intelligents
Deux exemples illustrent les nouveaux services qu’on peut attendre des compteurs intelligents. L’effacement est un service de pilotage intelligent des coupures d’énergie, sur des périodes prédéterminées, éventuellement modifiables. L’opérateur intermédiaire qui commercialise ce service à un client peut alors revendre un potentiel d’énergie disponible à un opérateur de réseau lorsque celui-ci en a besoin en cas de surcharge.
Quant au thermostat intelligent, il est déjà très présent sur le marché. L’un d’entre eux a été créé par le fondateur de l’iPod, Tony Faddel. Simple et ergonomique, il apprend surtout le comportement de l’usager et agit automatiquement en conséquence. L’utilisateur peut contrôler son thermostat manuellement ou sur iPhone, et disposer de données sur son historique de consommation ou ses dépenses.

IBM a ainsi lancé en 2010 sa stratégie «Smarter City » qui met la gestion des données (transports, énergie, circulation, déchets, eau, etc.), au cœur des pilotages opérationnel et prévisionnel de la ville de demain. Orange lui a emboîté le pas avec une démarche analogue. D’autres, enfin, issus de l’électronique – ST Microelectronics, Texas Instruments, Intel, Sagemcom – développent des familles de produits avec des investissements significatifs dans le logiciel. Sans oublier les coréens LG et Samsung, qui abordent le marché en partant de l’habitat intelligent.

Les acteurs de l’énergie considèrent avant tout les TIC comme un outil. S’ils perçoivent très bien que cet outil affecte les aspects les plus stratégiques de leur métier, ils continuent de les voir comme un secteur technologique collatéral. Ce n’est pas nécessairement la vision des acteurs du numérique, qui appréhendent les smart grids comme un marché très prometteur.

Le poids croissant du logiciel

Un peu comme le secteur des télécommunications l’a connue et comme celui de la télévision la vit actuellement, nous allons vers une « logicialisation » des systèmes techniques intermédiaires. L’Europe pourrait être mal armée pour relever ce défi, car elle souffre d’un déficit d’acteurs majeurs de l’industrie du logiciel.

Des milliards de dollars investis
China’s State Grid Corporation, le gestionnaire du réseau électrique en Chine, va investir 250 milliards de dollars dans les infrastructures énergétiques dont 45 pour les smart grids. Cette somme, qui semble énorme, est relativement faible par rapport aux 7200 milliards d’investissements (dont 480 milliards en Europe) annoncés sur les seules infrastructures électriques dans le monde jusqu’à 2035 (source World Energy Outlook 2011).

Depuis environ deux ans, les industriels européens de l’énergie affichent leur volonté d’acquérir une expertise logicielle. L’acquisition en juin 2011 de la société de logiciel Telvent par Schneider Electric et celle de la société américaine UISOL par Alstom en mars 2011 sont des exemples parmi d’autres.

L’Europe souffre d’un déficit d’acteurs majeurs de l’industrie du logiciel

Outre-Atlantique, GE a créé une offre Smart Grid as a Service. En partenariat avec IBM, SAP et Teradata, ITRON lance Active Smart Grid Analytics, qui met en avant la terminologie big data, très en vogue en ce moment dans le numérique. La mise au point de nouveaux outils pour naviguer et exploiter les déluges de données bientôt disponibles devient une nécessité.

Le logiciel va prendre une part majeure dans les architectures des infrastructures énergétiques. Cette évolution aura des conséquences importantes sur la régulation du secteur (montée en puissance des interfaces numériques) et sur les modèles économiques.

Guerre des standards

Les standards vont jouer un rôle essentiel dans la compétition internationale qui se met en place. L’International Electrotechnical Commission joue un rôle incontestable pour harmoniser la normalisation à l’échelle mondiale. Le CEN, le CENELEC et l’ETSI semblent vouloir de manière assez concrète y apporter leur pierre tout en souhaitant faire exister l’Europe.

1800 milliards de relevés
Les 35 millions de compteurs intelligents qui seront installés en France dans les années à venir devraient générer 1800 milliards de relevés par an, soit de l’ordre de plusieurs pétaoctets (1015), et probablement bien plus à moyen ou long terme. Cette masse de données intéresse les grands noms de l’informatique, tout comme les opérateurs télécoms qui misent, d’un côté, sur leur «box» pour développer des services multimédias chez le client – et pourquoi pas, demain, comme passerelle de gestion des données énergétiques – et, de l’autre, sur le cloud computing pour la gestion des contenus qui y seront liés.

Mais la normalisation reste un domaine complexe où intérêts nationaux, poids de gros acteurs et stratégies de valorisation des brevets se mélangent, sans oublier les velléités de la Chine à s’imposer aujourd’hui en misant sur le poids de son marché intérieur.

Un jeu d’autant plus complexe que les cultures en matière de standardisation sont très différentes dans l’énergie et dans le numérique.

États et secteur privé

Tandis que le secteur de l’énergie reste plutôt dans un marché marqué par une gouvernance de la standardisation pilotée par les États, celui du numérique a migré progressivement vers des structures non étatiques (ETSI, IEEE, W3C, etc.). Mais celles-ci sont débordées par la standardisation de facto qui est au cœur de la bataille entre les grands acteurs. Le logiciel, et en particulier l’open source, sont par leur caractère viral bien plus efficaces que des tampons d’organismes de normalisation qui ne sont sollicités qu’a posteriori.

Enjeux essentiels

Domination américaine
En matière de standards de fait, Microsoft, Apple, Google, Amazon et d’autres préemptent le marché au travers des API (application program interface). L’Europe est la grande perdante de cette évolution dans les télécommunications. Alors qu’elle dominait la standardisation, elle peine à trouver sa place dans ce marché des API.

Quelques signes peuvent conduire à penser que ce champ concurrentiel va s’étendre aux smart grids. Pendant que les uns s’intéressent aux prises des véhicules électriques et aux interfaces physiques des compteurs, d’autres pensent déjà aux API de demain dans l’énergie. Cette évolution masque des enjeux essentiels auxquels l’Europe devrait être attentive si elle ne veut pas voir, demain, émerger un Google de l’énergie.

Cybersécurité

La question de la sécurité des réseaux électriques face aux cyberattaques est désormais considérée comme l’un des sujets majeurs des smart grids.

La sécurité des réseaux électriques face aux cyberattaques est un sujet majeur

Des rapports soulignent les risques d’ores et déjà encourus. Aux États-Unis, le Congrès, le Département de l’Énergie, le NIST et d’autres institutions se sont emparés du sujet. L’Europe s’y intéresse, mais les initiatives de l’ENISA (European Network and Information Security Agency) sont peu visibles.

Si les énergéticiens ne sont pas en train de découvrir les questions de cybersécurité, le degré d’interconnexion croissant des composants logiciels, des équipements, couplés à des automates, crée de nouvelles vulnérabilités, comme le soulignait récemment un rapport du MIT.

Ce sujet, traité au sein de plusieurs projets nationaux ou européens, nécessitera des investissements spécifiques encore relativement peu programmés.

Des filières amenées à coopérer

En France, les filières énergétiques et numériques commencent véritablement à vouloir collaborer en matière de R&D. Les rapprochements esquissés entre les pôles Cap Énergie et SCS dans le Sud, Minalogic et Tenerrdis en Rhône-Alpes ou la création d’un groupe de travail sur les smart grids dans Systématic en témoignent. Une coordination entre filières est en train de se mettre en place. Espérons que les financements de projets soient à la hauteur des enjeux pour la France.

Notre pays, et plus globalement l’Europe, doivent trouver leur place sur ce marché de l’énergie dont les contours et les modèles économiques risquent d’être structurellement affectés par le développement actuel des smart grids.

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