Jusqu’au début du XXIe siècle, les réseaux électriques et les réseaux de communication électroniques se sont développés selon des modèles indépendants tirés chacun par leurs besoins propres.

Les réseaux électriques utilisent depuis longtemps des systèmes de communication électronique et d’information pour assurer la transmission des données nécessaires à la gestion de la production, du transport et de la distribution d’énergie. Néanmoins, contrairement aux réseaux de communication et d’échanges de données fondés sur l’approche décentralisée et ouverte de l’Internet, les systèmes d’information dédiés aux réseaux électriques étaient, et sont encore aujourd’hui, pour l’essentiel, dédiés et fermés et ne sont pas orientés vers les clients finals.

Les pressions qui pèsent depuis quelques années sur le modèle énergétique traditionnel (gestion de la demande, rareté des ressources, réchauffement climatique, capacité et sécurité des systèmes de production, de transport et de distribution) poussent à une révision de ce modèle. L’enjeu consiste à développer une gestion plus fine, plus agile et plus en temps réel de l’énergie électrique.

1. Logique centralisée top-down ou approche multicouches bottom-up ?

Le concept de Smart grids peut être envisagé selon deux grands prismes différents mais complémentaires : une approche centralisée top-down ou une approche ouverte bottom-up.

L‘approche centralisée top-down s’inscrit dans le modèle traditionnel de la gestion de l’énergie électrique. Cette approche consiste à bâtir des Smart grids au service des producteurs, du transporteur et des distributeurs d’électricité. Dans le cadre d’une telle approche, les réseaux électriques intègrent des systèmes de communication et d’information qui accroissent la capacité à piloter l’offre aux différents niveaux du système (production, transport et distribution) et l’interface entre ces niveaux. Les technologies de communication et d’information mobilisées dans ce type d’approche sont, généralement, fondées sur des réseaux filaires dédiées aux systèmes qu’elles servent et gérées par des environnements propriétaires pour la partie matérielle et logicielle. À tous les niveaux de la chaîne, il convient d’assurer la sécurité et la fiabilité des informations échangées.

L‘approche ouverte bottom-up est fondée sur la prise en compte des actions des clients finals dans les Smart grids et vise à permettre à ces derniers de piloter et d’optimiser leur consommation d’énergie. Cette approche comprend, entre autres, le déploiement de systèmes de comptage évolués, des systèmes de pilotage des équipements consommateurs d’énergie électrique (bâtiments intelligents, domotique, etc.) ou des équipements d’effacement diffus. Dans cette approche, les réseaux de télécommunications existants peuvent directement être mobilisés :

• les gestionnaires d’énergie en aval du compteur transmettent les informations collectées via les réseaux mobiles (3G ou 4G voire bientôt 5G) et/ou les réseaux privés WiFi ;
• les bâtiments intelligents peuvent être gérés grâce à des plateformes utilisant les technologies et protocoles d’Internet (gestion locale ou à distance), dans la mesure où les systèmes gérés ne nécessitent pas des protocoles de sécurité très exigeants (par exemple : gestion de l’énergie électrique des systèmes de transport collectifs, etc.) ;
• les informations transmises aux clients finals, dans le cadre d’une démarche d’effacement diffus peuvent être envoyées sous forme de données par Internet via des réseaux fixes et/ou mobiles.
• Les approches top-down et bottom-up ne sont pas exclusives. Elles doivent au contraire coexister et communiquer intelligemment. Les acteurs du secteur électrique s’accordent sur le fait que les Smart grids ne peuvent être fondés exclusivement sur un système d’information unique et centralisé.

2. Conclusion : les systèmes de communication et d’information mobilisés par les Smart grids sont multiples et doivent être adaptés aux besoins des différents acteurs

Les Smart grids ne peuvent s’appuyer sur une unique technologie de communication. Chaque acteur des réseaux électriques a des besoins différents et entretient un mode de relation avec les réseaux qui requiert un système adapté.

La production et le transport d’énergie électrique ont besoin de systèmes de communication et d’information offrant un haut niveau de sécurité et de fiabilité. Les technologies déployées seront plutôt de type filaire et dédié. Quant aux services et applications associés, ils seront également propriétaires et plutôt fermés. Cependant les producteurs et transporteur d’électricité peuvent utilement être équipés de systèmes leur fournissant des informations sur l’état des réseaux de distribution et des installations électriques chez les clients finaux.

Le réseau de distribution électrique constitue le dernier maillon avant les clients finals. Chaque nœud du système (points de raccordement du client final au réseau de distribution- ou du réseau de distribution au réseau de transport) peut utilement être équipé de systèmes de communication et d’information bidirectionnels plutôt fondés sur les systèmes classiques de télécommunications (fixes ou mobiles) tant qu’il s’agit d’échanger des informations entre l’offre et la demande. La gestion des équipements de transformation/conversion du courant électrique relève quant à elle davantage des systèmes de communication et d’information utilisés par les producteurs et transporteur.

Enfin, les clients finals, dans le cadre de la gestion « intelligente » de leur consommation, ont plus de gains à attendre de systèmes de communication et d’information fondés sur l’usage d’Internet. Celui-ci assure en effet une bonne intégration dans le quotidien, une grande souplesse et des coûts modérés (pas besoin d’investir dans des supports ou des terminaux de communication dédiés, environnements utilisateurs a priori maîtrisés et connus). Il convient cependant de nuancer cette approche pour les grands consommateurs d’énergie (entreprises de transports ferroviaires, chimie, etc.) qui peuvent avoir besoin de mettre en place des systèmes de communication et d’information plus ou moins dédiés/fermés pour l’énergie électrique consommée pour produire les biens et services.

Du côté de l’offre, les contraintes de fiabilité et de sécurité qui pèsent pour l’essentiel sur la production et les réseaux continueront vraisemblablement à requérir des systèmes de communication et d’information dédiés et fermés.

Du côté de la demande, les contraintes de souplesse et de faisabilité technique et financière poussent pour des systèmes ouverts, partageables utilisant les réseaux de télécommunications existants.

L’enjeu consiste à promouvoir une démarche de « Smart grids agiles » qui assure un pilotage optimisé, en temps réel, de l’offre et de la demande d’énergie électrique. Cette approche de Smart grids agiles repose sur le développement d’interfaces entre les systèmes de communication d’information et de production coté offre et coté demande. Il importe que la communication soit bidirectionnelle, les systèmes de production et de transport doivent être le plus possible informés en temps réel de l’état de la demande. De même, il importe que les clients finals soient informés de l’état des capacités de production et de l’état de l’équilibre du réseau de transport afin, par exemple, de s’effacer ou de recourir à d’autres sources d’énergie.

Dans cette optique, l’interaction entre les Smart grids et les systèmes de communication et d’information ne doit pas être envisagée sous le seul angle des « tuyaux » qui permettent de transporter les données relatives à l’énergie électrique qu’ils s’échangent. L’approche Smart grids nécessite une couche de services et d’applications qui assurent, pour les utilisateurs des réseaux une accessibilité aux informations, des analyses pertinentes, une historisation, et la possibilité de réagir en activant des fonctionnalités adaptées ou en ajustant le comportement de consommation électrique en temps réel.