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SMARTIC : Vers la ville du futur !
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Les réseaux intelligent
Dans notre monde numérique connecté, les réseaux, qu’ils soient électriques, composés de capteurs, d’objets connectés ou de services de téléphonie mobile (3G, 4G, 5G) prennent une place prépondérante lorsqu’il s’agit de mettre en relation des utilisateurs, des objets ou de fournir de l’énergie à des clients. Dans ce contexte, le projet Smartic s’est particulièrement intéressé aux réseaux électriques intelligents et à l’intégration de sources différentes d’énergies renouvelables (solaire, éolien, hydro-électricité…) dans le mix énergétique. Ce secteur a acquis une certaine maturité depuis quelques années, que ce soit d’un point de vue scientifique ou technologique.
Toutefois, minimiser la complexité de ces réseaux reste un enjeu majeur pour les acteurs du domaine. Pour y parvenir, il est important de porter une attention particulière sur la conception optimale de l’architecture des systèmes de production d’électricité renouvelable alimentant le réseau. Une planification dynamique et un contrôle global du réseau est nécessaire afin de minimiser le coût de l’électricité tout en satisfaisant les besoins énergétiques et les contraintes liées aux sources d’énergie renouvelable (sans parler de la généralisation du déploiement des véhicules électriques). Les fortes incertitudes de l’offre et de la demande représentent des difficultés majeures dans la planification du fonctionnement de ces réseaux intelligents.
Afin de relever ces défis, le projet Smartic a mis en place un démonstrateur sous la forme d’un micro-réseau électrique intelligent ayant vocation à alimenter par exemple un éco-quartier. Ce site pilote va permettre d’affiner l’architecture de ces réseaux ainsi que les stratégies de contrôle et de commande qui seront déployées ensuite à une échelle plus globale. La conception et la réalisation de ce prototype est conçue de façon modulable. Les travaux actuels se focalisent sur l’acquisition et l’agencement des modules afin de les rendre opérationnels tout en respectant les considérations de sécurité électriques pour l’ensemble des utilisateurs. Ce démonstrateur constituera également un outil collaboratif à l’attention des développeurs industriels potentiels.
Les réseaux intelligent électrique
Actuellement les énergies renouvelables viennent principalement du soleil (photovoltaïque), du vent (éolien terrestre et maritime) et des barrages (hydroélectricité). Viennent s’y adjoindre des sources d’énergies plus confidentielles telles que la biomasse ou la géothermie. En comparaison avec les énergies dites standards, d’origine fossile ou nucléaire, les énergies renouvelables sont soumises à de fortes contraintes de production liées aux aléas climatiques (soleil, vent, pluie). Ainsi, quand la météo n’est pas au beau fixe et que le vent ne souffle pas il n’y a pas de production d’électricité. Ce problème est partiellement géré en utilisant des moyens de stockage telles que des batteries, mais la gestion de réseaux électriques mixant de nombreuses sources différentes d’énergies renouvelables avec des sources plus classiques est un véritable casse-tête pour assurer un usage optimal des ressources et une qualité de service à la hauteur des réseaux existants.
C’est au cœur des laboratoire Xlim, LIAS et L3I des Universités de Poitiers et de La Rochelle que le projet « réseaux électriques intelligents » a vu le jour. Le projet, financé par le CPER Numeric et le Fonds européen de Développement régional (FEDER), cherche à développer un réseau électrique « intelligent » capable d’optimiser en temps réel la consommation des différentes sources d’énergies vertes de la région. Le but est de proposer à terme le réseau électrique le plus décarboné possible en limitant le gaspillage énergétique, en répartissant équitablement les ressources et en facilitant l’échange d’information entre les différents acteurs du réseau grâce à des techniques de communication par des systèmes de courant porteur en ligne (CPL).
L’efficacité d’un système d’énergie multi sources repose sur l’optimisation de l’architecture du réseau et le dimensionnement des systèmes de puissance alimentant le réseau, qui reste en général local. Optimiser l’architecture c’est utiliser chaque énergie de manière intelligente en installant sur le réseau des ordres de priorité d’utilisation (par exemple prioriser l’utilisation de l’énergies produite par les éoliennes ne stockant pas l’électricité quand il y a du vent avant d’utiliser les réserves d’énergie qui ont été stockées…). Ceci passe par le développement d’algorithmes intelligents de gestion de ces réseaux.
Pour tester leurs algorithmes, les chercheurs ont créé la plateforme collaborative MicroGrid qui permet de simuler des solutions de gestion sur un réseau électrique à l’échelle d’une petite localité. La plateforme a été conçue de manière évolutive et modulaire, ce qui permet de représenter un très grand nombre de cas de figure. Certaines des solutions développées pourront s’appliquer à des réseaux plus conséquents par la suite. Un micro-réseau alimentant un éco-quartier va ainsi voir le jour pour tester l’algorithme en temps réel. Ce site pilote va permetre d’aborder en grandeur réelle les problématiques scientifiques, sociologiques et économiques que posent ces nouvelles façons de produire et de consommer l’énergie.
Les réseaux intelligent de communication
Le laboratoire Xlim a également apporté son aide au programme ECONAT, dans le contexte du développement de la plateforme PAMELI, une plateforme marine autonome pour l’exploration interdisciplinaire du littoral Charentais. Les ingénieurs d’Xlim ont dans ce cadre créé de nouveaux réseaux de communication intelligents qui facilitent la transmission de l’information en milieu difficile. En effet le littoral est souvent pollué électro-magnétiquement (tempêtes, orages) et manque d’infrastructures fixes de communication, ce qui ne facilite pas la transmission des données récoltées sur les côtes. Les zones côtières sont en effet des écosystèmes complexes particulièrement riches. Pour une meilleure préservation de leur équilibre, il est nécessaire de disposer d’observations spatiales et dans le temps des activités humaines, afin d’évaluer leur impact sur les milieux concernés et de mener une politique de développement durable. Dans le cadre de ce projet de réseaux intelligents, les chercheurs ont développé un réseau permettant le transport des données acquises par des drones marins vers la terre en vue de leur traitement. Ils ont imaginé des protocoles de communication et des systèmes capables de trouver des compromis entre la qualité des communications (débit, robustesse, latence), les applications visées et l’efficacité énergétique. Certaines données n’ont pas forcément besoin d’être transmises en haute qualité, quand d’autres demandent plus d’attention. Certaines ont besoin d’être transmises en temps réel (immédiatement), quand d’autres peuvent attendre d’être traitées plus tard. Les chercheurs peuvent ainsi économiser de la bande passante en hiérarchisant les priorités dans les données à envoyer et la qualité de celles-ci.