"Smart Grids" : l'intelligence au coeur de la révolution énergétique

Vous souvenez-vous de la grande panne électrique du 4 novembre 2006 ? Ce soir-là, 10 millions d'Européens, dont 5 millions de foyers français, se sont retrouvés dans le noir... Tout cela, à cause d'un seul bateau, tout juste sorti d'un chantier naval allemand, qui souhaitait gagner la mer du Nord par la rivière Ems. Le problème, c'est qu'il existe une ligne à haute tension de 400 000 volts enjambant cette même rivière. Or le mât du bateau passait un peu trop près de la ligne : il existait donc un risque de formation d'arc électrique. On avait convenu de couper temporairement la ligne au passage du bateau, ce qui devait se produire à l'aube, aux heures creuses.

Mais voilà que le capitaine change ses plans, qu'il s'engage dans le passage en plein pic de consommation électrique (21h30) : on n'arrive pas à le joindre, et le gestionnaire de réseau doit couper la ligne en catastrophe. L'ensemble du réseau électrique européen se retrouve alors scindé en trois zones, qui ne communiquent plus. Or à ce moment-là, l'Europe entière est devant sa télévision, il fait froid, les foyers français siphonnent à qui mieux mieux l'électricité produite dans les centrales allemandes... La coupure d'une seule ligne va changer toute la donne !

A l'est, on produit soudain trop d'électricité pour la demande globale, et le réseau se retrouve en surtension ; à l'ouest (dont en France) et au sud-est (Balkans), c'est l'inverse : la fréquence du réseau chute par sous-alimentation — provoquant au passage l'arrêt de toutes les éoliennes (10% de l'électricité produite alors), ce qui aggrave encore la pénurie... Dans ces cas-là, les déséquilibres s'accumulent en cascade, et l'effondrement de tout le réseau menace. Pour éviter un black-out total, les opérateurs n'ont d'autre choix que d'opérer des délestages, c'est-à-dire de couper le courant dans certaines zones avec l'espoir de rétablir, au final, l'équilibre dans le réseau entre la production et la consommation. Voilà comment par faute d'un bateau, on arrive à une méga-panne.

Les leçons d'une panne L'épisode, heureusement, n'a pas duré longtemps ; mais on comprend qu'il ait donné des sueurs froides aux autorités. Il illustre la fragilité du réseau électrique, non seulement en Europe, mais partout dans le monde. Cette fragilité s'explique par plusieurs raisons. - Tout d'abord, l'électricité ne se stocke pas : elle doit être consommée aussitôt produite. - Ensuite, sa consommation augmente d'année en année. - Enfin, les réseaux ont initialement été déployés sur les territoires par les gouvernements, dans des perspectives à la fois nationales et centralisées : de grandes unités de production, tournées d'abord vers l'approvisionnement des foyers et des usines du pays.

Il existe, bien entendu, des connexions avec les pays voisins, mais en petit nombre — si bien qu'une seule défaillance menace l'équilibre de tout un continent, comme l'a montré la panne de 2006. Il est clair que le modèle historique est remis en cause par la globalisation de l'économie et la montée de la demande énergétique. Le casse-tête de l'Europe électrique Pendant ce temps, les unités de production se multiplient elles aussi : la distribution, autrefois ultra-centralisée, s'éparpille ; une éolienne, par exemple, est une petit centrale autonome, conçue pour se désactiver automatiquement en cas de sous-tension...

Eoliennes et panneaux solaires locaux s'ajoutent aux infrastructures existantes et doivent s'y intégrer. Comment fluidifier tout cela, sachant que les systèmes de contrôle ont été pensés au départ au niveau national ? Sachant qu'une coupure à Papenburg peut impacter toute une ville en Bretagne ? Bienvenue dans le casse-tête de l'Europe électrique. J'avais évoqué ces problèmes dans MAP n°8 (Le grand mic-mac électro-gazier). La solution des fourmis A ces défis, les smart grids apportent une réponse directement inspirée de l'informatique.

Car les réseaux d'ordinateurs, à l'image de ceux qui font tourner Internet à l'échelle mondiale, se révèlent beaucoup plus robustes que leurs homologues électriques : après le séisme dévastateur survenu en 2010 en Haiti, l'accès à Internet du pays a été rétabli en quelques jours. Le secret de la résistance de ce modèle tient : - à la densité du maillage ; - à la décentralisation poussée de l'architecture ; - et à l'autonomie des agents. En forçant le trait, on peut dire que tout le monde communique avec tout le monde, si bien qu'un relais défaillant est immédiatement contourné. Par ailleurs, chacun est plus ou moins "libre de ses décisions", au sens où il ne dépend pas d'un grand régulateur qui lui dit quoi faire. Mais où est l'"intelligence centrale" du réseau, me demanderez-vous ?

Eh bien, il n'y en a pas. Chaque acteur dispose d'une "intelligence minimale" qui lui permet, en gros, de tenir sa place dans le réseau, pas davantage ; il dispose en outre d'une capacité à communiquer avec les autres, de recevoir leurs messages et d'en envoyer. C'est la combinaison de toutes ces intelligences minimales qui permet d'obtenir des effets de régulation complexes et réactifs, à l'image des comportements qu'on peut observer dans une colonie de fourmis.

En d'autres termes, plutôt que de penser le régulateur comme un joueur d'échecs tâchant de placer intelligemment toujours plus de pièces sur un échiquier toujours plus vaste, pensons plutôt le réseau comme une colonie de fourmis "idiotes" à l'échelle individuelle, mais intelligentes à l'échelle collective, parce qu'elles communiquent entre elles. Au lieu de multiplier les interconnexions ruineuses, tâchons de rendre chaque maillon de la chaîne plus autonome, pour optimiser l'ensemble. Et déléguons — partiellement — l'intelligence du réseau non plus à des hommes, mais à des systèmes automatiques simples, multiples, voire décentralisés. Dès lors, une coupure à Papenburg est répercutée à toutes les "fourmis" voisines, qui réagissent immédiatement, à leur petite échelle...

De proche en proche, le réseau se rééquilibre d'un bout à l'autre du continent. Telle est, dans ses grandes lignes, la philosophie des smart grids. Sachez aussi que l'électricité est la composante de la demande globale en énergie qui connaît la croissance la plus rapide : une croissance estimée, selon les projections de l'Agence Internationale de l'Energie, entre 115% et 150% entre 2007 et 2015, et qui sera tirée à 80% par les pays émergents. Un secteur en pleine concentration Tel est donc le programme : utiliser les avancées les plus récentes de la télécommunication et de l'informatique de pointe (intelligence artificielle, notamment) pour rendre les réseaux électriques plus intelligents. La notion de smart grid regroupe des activités très diverses : production, fourniture et stockage d'énergie, informatique, télécoms, fabrication de matériels électrique.

Logiquement, de nombreux acteurs, d'horizons bien différents, s'intéressent au potentiel de ce marché. Mais, peu peuvent se targuer de maîtriser la technologie de A à Z. Il en résulte un éclatement des compétences, que chaque intervenant tente de réduire en acquérant une partie des activités qui lui font défaut. On assiste donc à une phase de concentration du secteur, où les grands groupes tentent de mettre la main sur les marchés de niche.