La 5ème journée scientifique de la Chaire d’excellence industrielle SmartGrids Enedis s’est tenue le 10 octobre 2024, au Couvent Sainte-Cécile à Grenoble, en présence de Sébastien Jumel, Directeur Développement, Innovation et Numérique d’Enedis et membre du COMEX d’Enedis. La journée a présenté les avancées scientifiques de la chaire, axées sur le réseau électrique de demain, avec des innovations en génie électrique et en intelligence artificielle. Des experts ont partagé leur vision lors de conférences et d’une table ronde dédiée aux innovations technologiques pour la flexibilité des réseaux de distribution.
Dès le début de la journée, Benoit Giroud, directeur de la Fondation Grenoble INP, l’a rappelé avec fierté, « la Fondation participe au développement et au rayonnement de Grenoble INP – UGA en soutenant des projets à impact autour de trois piliers fondateurs que sont l’excellence scientifique, la citoyenneté avec tous les enjeux sociaux, sociétaux et environnementaux et le rayonnement international ». Cela se caractérise de manière concrète autour de trois programmes : le programme “My fondation”, un soutien aux étudiants sous forme de bourse ou de subventions ; le programme “Fast track” qui permet d’encadrer les relations entre les écoles et les partenaires industriels autour de l’employabilité des ingénieurs, l’orientation pédagogique et la transmission de connaissances ; et enfin les chaires d’excellence industrielle, qui sont des projets collaboratifs qui réunissent les laboratoires de Grenoble INP et les entreprises industrielles sur des sujets de recherche à impact. Depuis sa création, la Fondation a lancé 15 chaires dont une dizaine toujours active. Parmi elles la chaire SmartGrids, en partenariat avec un acteur international : Enedis. Cette chaire occupe une place particulière dans le cœur de la Fondation puisqu’il s’agit de la plus ancienne. « Elle en est à son troisième programme depuis 11 ans », rappelle M.Giroud.
Chaire SmartGrids : une collaboration ancienne qui porte ses fruits
Mais au-delà de sa pérennité temporelle, la Chaire SmartGrids est aussi une opportunité pour la Fondation en ce qu’elle offre la possibilité de renforcer les recherches dans un thème crucial, celui de la souveraineté et la soutenabilité énergétique. Vivien Quéma, administrateur général de Grenoble INP – UGA explique que « cette chaire vient conforter le modèle de formation, de recherche et d’innovation, un modèle construit pour répondre aux grands enjeux de demain, des enjeux notamment socio-environnementaux, et ce, en lien étroit avec le monde socio-économique ». Il complète en insistant les effets des chaires dans le cursus universitaire, et plus précisément sur la valorisation qu’elles peuvent avoir pour les étudiants de Grenoble INP. « Pour nous, c’est vraiment fondamental parce qu’une recherche au plus haut niveau, c’est ensuite la garantie que l’on va former des ingénieurs et des managers également au plus haut niveau, qui seront demandés par de grandes entreprises. » L’excellence, c’est aussi ce qui a été au cœur des propos de Nouredine Hadjsaid, directeur du G2Elab et créateur de la Chaire SmartGrids en 2012.
Ce dernier explique qu’« avec Enedis, il y a une projection sur les enjeux de demain, avec une certaine vision partagée. Depuis 2012, deux grands laboratoires, le LIG et le G2ELAB, travaillent aux côtés d’Enedis. Il y a donc le lien entre les technologies électriques et les technologies d’information et de communication – c’est finalement la définition des smart grids, qui représente la combinaison des technologies de réseau électrique et des technologies d’information et de communication. » D’après l’enseignant chercheur, le travail avec Enedis, qui du haut de ses deux étoiles est considéré comme étant l’un des distributeurs le plus innovant au monde, est très exigeant, et c’est finalement ce qui fait le succès de cette chaire. « Quand on fait la combinaison entre un distributeur innovant avec des laboratoires innovants dans un bassin qui est considéré, par le fameux magazine Forbs, comme l’une des cinq plaques mondiales la plus innovante on ne peut qu’aboutir à une collaboration très fructueuse », conclut M. Hadjsaid. Bien que les résultats des précédentes éditions de la chaire aient permis de faire évoluer les choses, il est clair que face à l’évolution constante des habitudes, des normes, et des nouvelles technologies, il reste encore de nombreux défis à relever. Et ça, Enedis en a conscience.
Grenoble INP – UGA, « les meilleurs experts » en termes de smart grids
Pour cette nouvelle journée scientifique de la Chaire SmartGrids, certains membres d’Enedis ont quitté la capitale pour venir découvrir les résultats des nouvelles recherches mais aussi prendre le temps d’échanger autour des perspectives d’avenir. Sébastien Jumel, directeur développement, innovation et numérique et membre du COMEX d’Enedis, assistait à la journée pour la première fois. Il a salué le travail collaboratif réalisé dans le cadre de cette chaire, l’une des rares auxquelles Enedis participe. « Chez nous, nous avons une longue tradition de consacrer une partie de notre activité à préparer l’avenir. Bien que nous ayons des réserves sur certaines initiatives, cette chaire constitue un contre-exemple remarquable. Elle témoigne de l’ancrage industriel dans le milieu socio-économique de Grenoble INP, a souligné le directeur développement. C’est une chaire dans laquelle on discute du fond, on connaît les livrables qu’on attend. On a quelques partenaires, et on choisit les meilleurs. Sur ces sujets de SMART GRIDS, il nous a semblé que c’était ici qu’on avait la meilleure réponse et les meilleurs experts. » Des propos complétés par Pierre Mallet, directeur R&D Enedis, qui lui suit la chaire depuis ses débuts. « Augmenter le nombre de participants n’est pas un objectif pour nous. On veut se trouver avec un nombre limité de façon à avoir des échanges qui soient riches et confiants. On a donc ciblé les experts de nos sujets, des chercheurs sur les réseaux électriques et les solutions numériques, avec à la fois des académiques et des industriels » précise-t-il. En bref, chaque année, la journée a pour principal objectif de présenter des résultats de recherche tout en favorisant des temps d’échange, qui de manière plus ou moins direct participeront eux aussi à faire évoluer la connaissance autour d’un sujet en suscitant par exemple la curiosité, on peut déclencher une réflexion qui conduira à de nouveau travaux. Une sorte de cercle vertueux. C’est dans cette esprit que la première partie de la journée a été consacrée aux recherches des étudiants.
Tour d’horizon des recherches de la chaire
Marie-Cécile Alvarez-Hérault, titulaire de la Chaire SmartGrids, a été la première à prendre la parole. Elle a insisté sur le fait que « à chaque renouvellement, l’objectif n’est pas de rester sur les mêmes sujets ». Elle explique également que « ces innovations ne portent pas que sur de la recherche, puisqu’elles portent aussi sur un volet formation. Nous avons conçu il y a quelques années, il y a presque 10 ans, un MOOC qui est en train d’être mis à jour puisque c’est un secteur qui évolue beaucoup. Aussi, pour s’adapter au public qui demande plus d’innovation dans la façon dont on enseigne nous avons imaginé un escape Game. »
Après cette prise de parole, les étudiants et encadrants se sont enchaînés. D’abord Jane Marchand, a évoqué la « résilience des réseaux de distribution en présence d’énergies renouvelables ». Elle a présenté ses travaux sur le Blackstart et le fonctionnement d’une partie de réseau isolée suite à un incident ou une opération de maintenance. Elle a notamment présenté des techniques de réalimentation alternatives aux groupes électrogènes actuellement utilisés par Enedis ainsi que les difficultés qui peuvent être rencontré dans leur mise en place, avec notamment une nécessité de compléter les contrôleurs grid following par des contrôleurs grid forming. En fin de présentation, elle a aussi évoqué quelques résultats sur les impacts environnementaux de l’utilisation de la procédure locale à la place d’un groupe électrogène pour réalimenter de façon temporaire une poche BT isolé via la méthode de l’ACV, l’analyse de cycle de vie.
S’en est suivi une présentation des travaux de Sabine Vieira, “Dispositifs innovants en électronique de puissance pour les services réseaux basse tension en présence d’un fort taux d’énergies renouvelables et de véhicules électriques” par David Frey. Le système instauré dans le cadre de cette étude a permis de prouver l’efficacité de la solution d’injection séries avec une maîtrise des commutations, sans jamais avoir de perturbations, ni de sur tension, ni de haute tension. Une commutation robuste, même en cas de désynchronisation.
Lainser Sklab, avec son étude “impact des productions à base d’électronique de puissance sur le réglage des protections des réseaux électriques de distribution lors d’un défaut polyphasé” a tenté de comprendre comment les producteurs connectés au réseau de distribution via des convertisseurs réagissent pendant le défaut. Il a expliqué que la « réaction des producteurs va dépendre des exigences des gestionnaires de réseau, qui impose deux conditions principales : rester connecté pendant une courte période de court-circuit et injecter le courant réactif pendant cette période-là pour soutenir le point de tension et donc améliorer la stabilité globale du réseau. »
Pour finir la matinée, Mohamed Kharrich, s’est penché sur la “Protection des réseaux hybrides AC/DC”. Il a articulé son travail autour de trois questions principales : comment le SoP peut-il contribuer à la réduction des coûts d’investissement dans les infrastructures de réseaux de distribution ? Quels sont les avantages économiques d’un réseau hybride AC/DC par rapport à un réseau AC classique ? Est-ce que les systèmes de protection sont adaptés pour assurer la stabilité et la sécurité des réseaux hybrides AC/DC?
Après une pause, non des moins instructifs avec notamment des affiches à découvrir et une exposition autour de Rembrandt, l’après-midi a débuté sur les travaux autour des technologies d’information et communication.
D’abord une “introduction à l’intelligence artificielle et l’intérêt pour la distribution” par Romain Rombourg. Il a mis en avant le fait que « dans le cas de la distribution, on va avoir besoin d’une IA qui va demander beaucoup moins de ressources que ce soit en termes de données ou en termes d’énergie. Spécialisé, c’est à dire qui va pouvoir faire une tâche, mais qui va la faire bien. Décentralisé et rapidement déployable. Tout cela nous amènera un constat qui est que on a besoin d’une collaboration forte entre les experts métiers et les experts IA si on veut des méthodes appropriées. » Il a enchaîné sur une présentation des différents paradigmes d’apprentissage en faisant une démonstration de la faisabilité d’un contrôle par IA ainsi que les perspectives de ce travail – « on peut maintenant imaginer de déployer l’idée de la mixture d’expert pour le GRID Forming ou le GRID Flowing. Mais aussi le contrôle d’onduleurs multiples donc là on peut partir sur essayer d’émuler un contrôle centralisé qui aurait donc accès à l’état de tous les contrôleurs mais par différents contrôleurs décentralisés et auto-coordonnés. Enfin, on peut explorer l’utilisation des modèles IA pour un contrôle adaptation rapide. »
Les travaux de Guilherme Ramos Milis, démontre quant à eux l’apport des données Linky pour la connaissance de la charge du réseau”. Dans le cadre de ses travaux Guilherme a travaillé à partir d’un panel consommateur avec 48 postes sources qui étaient complètement fournis en données sur des périodes données. Lorsqu’il a réuni les puissances maximales et le moment de la journée où ça arrive, il a fait une analyse en composant principale. Cela lui a permis de dégager des sommes de gaussienne, mélange de Gaussienne. « Une fois la clusterisation faite, on est capable de faire la somme en histogramme des puissances maximales d’un cluster sur une période donnée et ainsi voir des comportements qui sont relativement intéressants permettant une détection de pic qui a permis finalement de déterminer combien de pointes étaient intéressantes. »
Pour finir sur les travaux, Muhammad-Salman Shahid, qui s’est intéressé à la “modélisation de profils de consommation à l’échelle locale en utilisant des données hétérogènes”. Après avoir mis en avant le modèle actuel de prédiction d’Enedis, qui prend en compte trois critères : la consommation antérieure, les données météorologiques et les données calendaires, l’étudiant à mis en avant qu’en ajoutant une variable comme par exemple les données des réseaux sociaux, les erreurs de prédiction devraient baisser. Dans le cadre de son étude il s’est concentré sur une collecte de données autour d’événements récurrents et ponctuels sur Grenoble, Lyon et Paris pour construire une variable à partir des NLP (traitement automatique du langage naturel).
Fexibilité et solutions innovantes pour accroître la capacité à intégrer les ENR et les usages décarbonnés dans les réseaux
Pour conclure la journée, Sébastien Jumel, directeur développement, innovation et numérique et membre du COMEX d’Enedis, a repris la parole pour mettre en avant différent enjeux auxquels est confronté Enedis. Le plus important : la nécessité d’anticipation car dans les hypothèses d’Enedis « on aura 8 000 000 de véhicules électriques en 2030, 17 000 000 en 2035…tous seront tous raccordés sur le réseau de distribution. » Enedis devra donc multiplier par 10 son activité dans les 10 ans qui viennent, ce qui représente environ 100 milliards d’euros d’investissement d’ici 2040. D’un autre côté le système devient de plus en plus complexe, et l’une des solutions envisagées est la flexibilité. « Il faut que nos systèmes soient de plus en plus flexibles, c’est à dire qu’il faut qu’on soit capable pour toutes ces installations qui sont sur nos réseaux à certains moments, soit d’écrêter la production soit de demander à des consommateurs s’ils acceptent de moduler leur consommation » détaille le directeur développement, avant de présenter les différents types de flexibilité existantes et d’enchaîner sur les applications actuelles comme le projet Reflex, les ORA (offres de raccordement alternatives) ou encore le Crit Flex.
Ludovic Lambert de Schneider Electric a ensuite pris le temps d’expliquer le rôle de cette entreprise mondialement reconnue. « Notre vision c’est de présenter ce qu’on appelle l’électricité 4.0. On a eu 2 catalyseurs qui ont accéléré cette transformation et qui ont accéléré l’implémentation des technologies. Le premier, c’est la pandémie, qui a nécessité d’améliorer le processus de digitalisation au sein des entreprises. Le deuxième élément c’est la crise énergétique qui a accéléré le besoin de plus d’électrification et plus d’automatisation industrielle. Ce qui a conduit Schneider à revoir son mode de fonctionnement que ce soit pour ses clients ou en interne. Les producteurs d’énergie vont devoir communiquer plus de données avec leur environnement, ce qui implique une simplification de la convergence des données entre les systèmes. Schneider travaille sur une plateforme ouverte interopérable et intégrer à l’interface IT. »
Marion Perrin, Chief Development Officer Western Europe, Energy Pool, a conclu, en présentant le rôle de l’agrégateur, cet intermédiaire entre le producteur d’électricité et le marché qui peut rendre « deux types de services, soit des services vraiment très temporaires, avec des stimulations, qui envoient un signal pour dire que c’est maintenant qu’il faut consommer. Et puis les autres types de service c’est ceux qui sont en continu c’est à dire j’observe la fréquence et je réponds à ce signal de fréquence. » Et a aussi mis en avant la flexibilité à deux échelles, à savoir explicite et implicite, tout en insistant sur un point précis : « il y a peu de moyen de production capable de réguler à la baisse et un constat se dégage nous allons vers 80% d’excès d’énergie dont il va falloir s’occuper ».
La journée s’est terminé avec une table ronde, et l’annonce par Régis Le Drézen, Délégué général Think Smartgrids, de la publication, mercredi 16 octobre, d’un livre blanc qui aborde justement la question de flexibilité. Un livre, résultat d’un travail collaboratif avec les territoires et les différents acteurs, qui proposera des recommandations, et sera suivi d’une déposition de label et d’un logo.
Revivez la 5e Journée Scientifique de la Chaire SmartGrids
Crédit photo : Pierre Jayet
