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Les objets connectés au service de la gestion des réseaux publics de distribution de gaz : le projet GONTRAND

Le contexte

En France, la production décentralisée de gaz vert devient une réalité et est amenée à se diversifier par :

  • du biométhane ; une énergie renouvelable issue directement des déchets organiques, il s’agit d’un gaz riche en méthane ;
  • de l’hydrogène vert issu du Power to Gas. Le Power to Gas consiste à transformer des excédents d'électricité d’origine renouvelable en hydrogène, par l’électrolyse de l’eau. L’hydrogène peut être stocké, injecté dans le réseau de gaz naturel ou transformé par méthanation ;
  • du gaz de synthèse issu de la méthanation. La méthanation est la conversion du dihydrogène (H2) et du monoxyde de carbone (CO) ou du dioxyde de carbone (CO2) en méthane (CH4).

Jusqu’à présent, le gaz provenait uniquement des réseaux de transport nationaux, où des expéditeurs injectaient du gaz naturel. Aujourd’hui, les gestionnaires de réseaux de distribution assurent l’accès aux réseaux qu’ils exploitent à 27 producteurs locaux de biométhane. Demain, le réseau pourrait accepter un mélange de l’ensemble des gaz verts.

L’injection dans le réseau de distribution de gaz verts de qualités variables en de multiples points en change, radicalement, son mode d’exploitation. En effet les sources d’approvisionnement sur un réseau de distribution local deviennent plus nombreuses et peuvent injecter en discontinu. C’est pourquoi les outils d’exploitation du réseau doivent être adaptés afin de garantir la sécurité industrielle et la performance opérationnelle.

Ainsi, les distributeurs doivent disposer de moyens pour connaître la qualité du gaz et piloter en temps réel les quantités injectées en chaque point. Ces moyens prennent, notamment, la forme d’analyseurs de gaz et de débitmètres connectés.


Figure 1 : Répartition des ressources pour un objectif de 60 TWh/an de biogaz produit en 2030 (source ADEME)

Avec actuellement près de 500 projets de raccordement de production de gaz vert étudiés par les gestionnaires de réseaux, on s’attend à une croissance soutenue du nombre d’installations. L’exercice de prospective énergétique réalisé par l’ADEME prévoit une pénétration de 14 % des gaz verts en 2030 et 56 % en 2050.

Le projet GONTRAND

Le projet GONTRAND (Gestion temps réel des réseaux nationaux de distribution de gaz) vise à développer et valider des solutions pour conduire en temps réel un réseau de distribution acheminant des gaz de qualités variables en provenance de sources multiples. Le métier de la distribution du gaz est en profonde mutation et fait émerger, à l’horizon 2018, de nouveaux besoins :

  • piloter le réseau en temps réel afin de maximiser les injections de gaz verts tout en maintenant un niveau de sécurité élevé ;
  • simplifier et renforcer l’aide à la décision en bureau d’exploitation pour accroitre la sécurité et la qualité de service aux clients ;
  • disposer d’un système complet (plateforme, composants télécom et capteurs) pour une conduite du réseau sécurisée et résiliente.


Figure 2 : Les 5 ambitions du projet GONTRAND (source : ENGIE)

Afin de répondre à ces ambitions, l’ensemble de la chaîne d’information est concerné par le projet GONTRAND : du capteur jusqu’à la supervision et à leur intégration dans les systèmes existants, tout en considérant la sécurité des solutions développées. Un démonstrateur sera disponible fin 2017.


Figure 3 : Périmètre du projet GONTRAND (source ENGIE)

Quatre produits sont donc développés :

  • un cœur de calcul s’appuyant sur un outil d’aide à la décision permettant des simulations d’évènements sur des réseaux gaz et proposant des solutions pour traiter ces évènements d’exploitation ;
  • un analyseur gaz installé sur le terrain permettra de mesurer la qualité du gaz sur site et de faire remonter les valeurs en temps réel. Les paramètres suivants seront analysés :
    • la teneur en méthane (CH4), pour connaître la concentration de méthane dans le gaz ;
    • la densité du gaz (dgaz) ;
    • le calcul du pouvoir calorifique supérieur du gaz (PCS), pour connaître l’énergie thermique libérée par la combustion du gaz ;
    • la teneur de Tétrahydrothiophène (THT), pour mesurer la qualité de l’odorisation du gaz ;
    • l’indice de Wobbe, pour la sécurité d’utilisation des appareils domestiques ;
    • le point de rosée (Tr) ;
    • la teneur d’oxygène (O2), pour sécuriser la distribution du gaz ;
    • la teneur en soufre total (S), pour la sécurité des canalisations du réseau de distribution ;
    • la teneur en dioxyde de carbone (CO2).
  • une solution Machine To Machine (M2M) permettra de mettre à disposition des utilisateurs les informations des équipements installés sur le terrain (analyseur de gaz par exemple). Pour ce faire, la plateforme M2M est reliée à une passerelle dite « gateway », elle-même connectée sur site aux équipements installés. La connectivité radio entre la gateway et la plateforme M2M est assurée par des communications standards (2G et 3G) ou locales et innovantes (Sigfox) ;
  • un cockpit de conduite permettant la visualisation, l’analyse, le pilotage du réseau de gaz en temps-réel ainsi que la gestion assistée d’anomalies d’exploitation. Cette plateforme de services logiciels dispose d’interfaces avec le cœur de calcul GONTRAND et les différents systèmes d’information de l’exploitant, dont il permet d’agréger les fonctionnalités et les informations. L’objectif du cockpit de conduite Gontrand est d’être un outil d’aide à la décision et un élément fédérateur de l’exploitation, et donc le point d’accès central à la conduite du réseau. Dans le cadre du démonstrateur du projet, le cockpit de conduite sera présenté sous forme d’un poste de conduite doté de trois écrans connecté à un Smart Hub IoT permettant d’agréger les données physiques et numériques.

Les partenaires du projet

Labellisé, dans le cadre du 17ème appel à projets du FUI (Fonds unique interministériel), par les pôles de compétitivité Tenerrdis, Advancity, Capenergies, DERBI et Systematic, le projet GONTRAND est porté par le Centre de Recherche et Innovation Gaz et Énergies Nouvelles d’Engie et un consortium de 9 partenaires industriels et académiques dans les domaines de l’informatique (AMValor/LSIS, Sogeti High Tech), de la sécurité et cyber-sécurité (Orange Cybersécurité), des télécoms (J&P GEO, Orange, Sigfox) et de l’analyse de gaz en ligne (APIX, EIF/ASTUTE, CEA-LETI). Ce projet est activement soutenu par les principaux distributeurs de gaz naturel en France, GRDF, Régaz Bordeaux et Réseau GDS, qui accompagneront le consortium dans les phases d’expression des besoins métier et d’expérimentation sur le terrain.



Cette contribution a été rédigée par Engie.



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