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Le 05.03.2018
Par :
Cyrille Desombre - Citizen Press

Nouvelles énergies : la planète 3.0

Gourmand en matières premières, énergivore, le numérique peut aussi se mettre au service de la planète. Comment ? Grâce à des solutions d’excellence, matures ou encore au stade recherche et développement qui vont impacter l’avenir des énergies renouvelables et nos comportements. Une mutation technologique, mais aussi économique et sociale.
1,6 milliard de mails sont échangés dans le monde chaque jour ! L’addition énergétique est lourde : les technologies numériques représentent 10 % de la consommation mondiale d’électricité. Quant aux conséquences environnementales, elles aussi sont majeures. Le numérique est responsable de plus de 2 % des émissions de gaz à effet de serre (GES). Selon l’Agence de l’Environnement et de la maîtrise de l’énergie (ADEME), ces rejets seraient imputables aux Data Centers (25 %), aux infrastructures réseaux (28 %) et aux équipements des consommateurs (47 %). Alors, le numérique ennemi de la planète ? Pas vraiment ! Car ses qualités, mises au service de l’innovation, de l’optimisation et du développement des EnR peuvent faire tourner la planète plus rond et accélérer la transition énergétique par la croissance verte.

 

Agir en temps réel

Depuis une quinzaine d’années les énergies renouvelables ont le vent en poupe, en particulier l’éolien (11 166 MW de puissance installée en France à fin septembre 2016) et le photovoltaïque (7 017 MW de puissance à la même date). La première filière comptait près de 16 000 emplois directs fin 2015. La seconde recensait, selon le Baromètre 2017 des énergies renouvelables électriques en France*, environ 6 000 emplois.

Mais ces énergies, comme l’éolien, connaissent encore des difficultés techniques. Et pour les résoudre, les acteurs du secteur misent aussi le numérique. C’est la cas d’Engie qui a développé une plate-forme digitale : Darwin. Il s’agit d’un outil de pilotage permettant de recueillir et d’interpréter en temps réel des informations transmises par des capteurs installés sur des installations connectées : vitesse de rotation des pales d’éoliennes, température des panneaux photovoltaïques... L’objectif est d’améliorer les performances des parcs de production d’électricité renouvelable mais aussi de développer la maintenance prédictive.

Champs d'éoliennes offshore de Middelgrunden

Equilibrer le réseau électrique

Anticiper, prédire grâce au numérique est aussi l’affaire de Méteo-swift, une start-up toulousaine créée en 2015 par Morgane Barthod. « L’enjeu est de prévoir la veille pour le lendemain combien d’énergie va produire un parc éolien pour mieux équilibrer le réseau électrique qui a besoin d’une tension constante et d’être géré finement », détaille la jeune polytechnicienne. Concrètement, pour fournir ses prévisions à des clients comme EDF ou ENGIE, l’équipe de Méteo-swift privilégie le machine learning. Une phase « d’apprentissage informatique » qui se déroule en deux temps. « Nous collectons tout d’abord les prévisions météorologiques réalisées par différents contributeurs dont Météo France sur une durée assez longue, deux ans par exemple. Ces données sont croisées avec la production des éoliennes sur un secteur donné », complète Morgane Barthod. « La modélisation mathématique permet de relier les deux pour obtenir les meilleures prévisions. L’intelligence artificielle nous est essentielle pour accomplir notre mission ».

 

Analyser les turbulences

Géant de l’énergie, start-up, PME...Tous partagent la même conviction : le numérique est au centre de la troisième révolution industrielle théorisée par l’économiste américain Jeremy Rifkins en faveur d’une économie décarbonée. Les laboratoires de recherche, associations, institutions ne sont pas en reste pour participer à cette nouvelle donne. Angelo Iollo est responsable de l’équipe-projet Memphis au sein du centre de recherche Inria Bordeaux – Sud-Ouest, impliquée dans le projet Aerogust. « Nos recherches portent sur les turbulences, des changements brutaux de vents qui peuvent impacter les avions, mais aussi les éoliennes. L’objectif d’Aerogust est de modéliser les variations de force. Cela permet d’être beaucoup plus rapide dans la construction et le développement d’une nouvelle génération d’éoliennes. Ce type de projet nécessite des capacités de calcul extrêmement puissantes en corrélation avec la révolution numérique : ce dont nous disposons dans un téléphone portable actuel est 10 000 fois plus puissant que les équipements d’une salle informatique des années 1970! ».

 

Simuler, optimiser, superviser

« Les mathématiques et le numérique profitent pleinement au développement des énergies renouvelables », souligne Dominique Humeau, à la tête de la direction de recherche mécatronique et numérique d’IFP Energies nouvelles. Selon ce scientifique, trois axes sont essentiels et complémentaires dans cette révolution : simulation, optimisation, supervision. « La simulation numérique est un outil incontournable pour comprendre des phénomènes physiques complexes et repose sur des calculs scientifiques hautes performances (HPC). Les données résultantes permettent de concevoir des innovations technologiques optimisées et contribuent à la supervision au sens large : contrôle, diagnostic, optimisation en ligne... ». Algorithmes et super calculateurs sont ainsi au service de l’éolien,  des bioproduits et biocarburants,  mais aussi du captage et stockage du C02, et de la mobilité avec les véhicules électriques ou connectés. Autant de terrains de recherche pour IFPEN.

 Simulation numérique d'une éolienne et des flux d'air afin d'optimiser le design des pales et maximiser la production d'énergie.

Amont et aval

« L’informatique et le numérique doivent permettre de construire de manière intelligente la répartition entre production et consommation dans un système décentralisé », explique Julien Courtel, chargé d’études au sein de l’observatoire des énergies renouvelables. Un point de vue partagé par Marc Jedliczka de l’association Negawatt : « Le réseau électrique français est aujourd’hui conçu de manière très gravitaire. Le numérique doit le rendre plus intelligent, tant du côté production que sur l’aspect consommation avec des moyens de collecte et de traitement de données de masse actifs en permanence. » Equipements plus performants, réseau plus agile... Le numérique est donc au cœur de la transition énergétique qui doit porter à 32 % la part des renouvelables dans la consommation finale d’énergie en 2030.

 

* Source : Observ’ER, Observatoire des énergies renouvelables

Légendes et sources

1) Panneaux photovoltaïques au coucher du soleil, commune des Mées (Alpes-de-Haute-Provence) / Christian Pinatel de Salvator - cc By 2.0 via Wikimedia.
2) Le champs d'éoliennes offshore de Middelgrunden, sans l'Øresund (Suède). L'écartement entre deux éoliennes est de 180m/ / Kim Hansen - cc By 2.0 via Wikimedia.
3) Simulation numérique d'une éolienne et des flux d'air afin d'optimiser le design des pales et maximiser la production d'énergie. Equipe-projet Inria Memphis. / © Inria - C. Morel

Les renouvelables se réinventent ! Zoom sur quatres innovations

Prototypes ou solutions déjà industrialisées, les énergies renouvelables se réinventent chaque jour. Tour d’horizon autour de quatre innovations.

De la chaleur dans le Cloud

Les Data Centers sont essentiels au fonctionnement de nos systèmes d’information et leur développement ne va cesser de croitre. Ils sont cependant particulièrement énergivores et développent une forte chaleur. À tel point que la climatisation représente près de la moitié de l’énergie nécessaire à leur bon fonctionnement ! « C’est en partant de ce double constat que l’idée de chaudière numérique est née. L’objectif est de faire de la puissance numérique une énergie renouvelable », explique Christophe Perron, fondateur de Stimergy , qui a travaillé en collaboration avec une équipe d’Inria. La chaudière numérique fonctionne selon un principe simple : récupérer la chaleur des serveurs et la mettre à disposition de collectivités et d’entreprises. Comment ? En installant des mini-Data Centers dans des bâtiments collectifs, tous étant connectés par de la fibre optique. Les serveurs sont plongés dans des cuves d’un mètre cube remplies de fluide permettant de récupérer 90 % de la chaleur émise par ces équipements informatiques. L’offre de Stimergy a déjà séduit Nantes Habitat, l’OPAC 38, la mairie de Paris, Nexity... et des entreprises ayant des besoins de sauvegarde de la donnée et calcul (MND, Pouget, Teamto...).

Des algues dans le moteur

Développer des biocarburants avec des algues est une idée qui ne date pas d’hier. Mais Inria innove dans ce domaine comme l’explique Olivier Bernard, directeur de recherche au sein de Biocore, une équipe-projet commune à Inria, INRA et UPMC/CNRS Laboratoire Océanographique de Villefranche sur mer (LOV). « Nous nous intéressons à des micro-algues contenant des lipides pouvant être transformés en biocarburants. Ces organismes sont présents dans les lacs, les rivières, les mers mais aussi sur les façades de maison.  Notre objectif est de maximiser la productivité de ces micro-algues cultivées dans des sortes de piscines peu profondes. Ceci en induisant un stress métabolique qui  fait croitre ces organismes jusqu’à une limite où leur développement est stoppé mais où elles accumulent des lipides ». L’enjeu est donc de mettre au point une simulation hydrodynamique pour « voir dans l’invisible ». « Retracer la trajectoire de cellules de quelques centaines de microns ne peut se faire sans l’aide d’outils numériques. Ces outils sont essentiels pour optimiser la croissance des algues, en particulier lorsqu’on les fait pousser à partir de déchets : fumées d’usines riches en CO2, eaux usées, déchets liquides… Nous allons donc recycler du carbone et de l’azote et les transformer en biocarburants. La modélisation nous aide également à évaluer l’impact environnemental. Il ne s’agit pas de produire des biocarburants plus polluants que les énergies fossiles ou le nucléaire. »

Eolien céleste !

On les connaissait sur terre, elles ont dépassé les rivages pour aller offshore... Voici maintenant une autre version des éoliennes : les aéroportées. En d’autres termes, des drones producteurs d’électricité. L’énergéticien allemand EON s’intéresse de près à ce projet. En avril 2017 il a signé un partenariat avec la start-up néerlandaise Ampyx Power avec à la clé la construction de sites tests en Irlande. Dépourvues de mât, ces éoliennes drones - encore à l’état de prototype - mesurent 12 mètres d’envergure et volent entre 200 et 450 mètres d’altitude, là où les vents sont plus forts et réguliers. Le prototype qui doit être testé mi-2018 aura une capacité de production de 250 kW. Il doit préfigurer le lancement commercial d’un engin similaire de 2 MW permettant de répondre aux besoins de 2000 foyers.

Énergie en stock 

Dans la plupart des cas, l’énergie verte est intermittente. Se pose alors la question de son stockage. Une problématique sur laquelle s’est penchée la start-up Sylfen, créée en 2015 à Grenoble. Objectif : stocker sous forme d’hydrogène l’électricité produite localement et la restituer lorsque nécessaire. Pratiquement, la solution Smart Energy Hub – encore à l’état de prototype – fonctionne donc comme un électrolyseur capable de transformer en hydrogène le surplus d’électricité produit localement (principalement sur des bâtiments à énergie positive). Inversement, le dispositif peut être mis en mode « pile à combustible » pour faire de l’hydrogène de l’électricité lorsque s’annoncent des pics de consommation. Enfin, Smart Energy Hub, grâce à sa capacité de « bascule » charge et décharge, peut réduire jusqu’à 80 % des émissions de CO2 d’un bâtiment !

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