Aperçu du numéro 2018-1 de la REE (janvier 2018)

2018

MARS- AVRIL

Numéro

1

ARTICLE INVITÉ La distribution d’électricité et la transition énergétique Jean-Baptiste Galland

LIBRES PROPOS Un mix gazier 100 % renouvelable en 2050 : peut-on y croire ?

Jean-Pierre Hauet

ÉNERGIE

TELECOMMUNICATIONS

DOSSIERS

SIGNAL

COMPOSANTS

AUTOMATIQUE

INFORMATIQUE

Cet aperçu gratuit permet aux lecteurs ou aux futurs lecteurs de la REE de découvrir le sommaire et les principaux articles du numéro 2018-1 de la revue, publié en janvier 2018. Pour acheter le numéro ou s'abonner, se rendre à la dernière page.

ISSN 1265-6534

EDITORIAL

Vers un nouveau modèle énergétique, dans l’intérêt des consommateurs Jean-François Carenco

www.see.asso.fr

EDITORIAL

Vers un nouveau modèle énergétique, dans l’intérêt des consommateurs

P

arce qu’il est de coutume de dire que l’énergie est le monde du temps long, nous devons, dès aujourd’hui, tous travailler ensemble et nous atteler à la construction du monde de l’énergie de demain.

Jamais depuis la fin de la seconde guerre mondiale, le secteur énergétique n’a eu affaire à des défis aussi immenses : dans un monde incertain en total et rapide changement (puissance de calcul, numérisation, internationalisation, nouvelles technologies, aspiration à de nouvelles gouvernances, changement climatique) le système énergétique n’échappe pas à la règle : il faut lui donner les moyens d’être agile, de se réinventer !

Le temps du débat réservé à quelques spécialistes n’a plus sa place. Tout le monde se sent désormais concerné : des consommateurs aux industriels en passant par le monde académique, la communauté scientifique et les pouvoirs publics. À l’heure d’élaborer la politique énergétique de demain, il faudra savoir impulser une moindre consommation d’énergie fossile, conjuguer action efficace pour la diminution des gaz à effets de serre et réduction de l’empreinte énergétique de nos moyens de production d’électricité et encourager le secteur électrique français à remplacer progressivement – à un rythme qu’il reste encore au gouvernement à définir – une part importante de sa production d’électricité d’origine nucléaire par de l’électricité d’origine renouvelable : s LA BAISSE DU COßT DES BATTERIES DEVRAIT PERmettre au véhicule électrique de se développer massivement dans les années à venir ; s LE COßT DES ÏNERGIES RENOUVELABLES DIMINUE rapidement et durablement. Que ce soit pour le solaire ou l’éolien offshore et terrestre, il est

essentiel de soutenir le développement des filières compétitives et de raccourcir les délais de leur mise en œuvre ; s ON PEUT REGRETTER QUE POUR L ÏOLIEN OFFSHORE

LES COßTS DE PRODUCTION SOIENT ENCORE TROP ÏLEvés en France comparés aux pays d’Europe du Nord.

Toutes ces transformations de notre modèle énergétique impliquent non seulement de doubler le rythme actuel de 2 GW de capacité d’énergies renouvelables installés par an, pour atteindre rapidement les objectifs fixés par le gouvernement (jusqu’à 4 à 5 GW) mais aussi d’accompagner les nouvelles consommations énergétiques, d’un mouvement de fond de décentralisation de notre système énergétique et d’une volonté d’une proportion croissante de la population de favoriser les circuits courts. De plus en plus de consommateurs auront à cœur à l’avenir de prendre en main leur consommation énergétique, de modifier leur comportement et de jouer un rôle actif dans le système électrique.

Ces évolutions seront rendues possibles par les progrès technologiques, qui ouvrent la voie à une infinité d’applications numériques. La brique essentielle de ce monde numérique est bien entendu le compteur évolué Linky. Mais il faut aussi souligner les progrès observés dans le domaine du stockage d’électricité et de la mobilité électrique. À ce titre, il me semble essentiel de rappeler que c’est en premier lieu la concurrence qui encourage l’innovation. Plus qu’un enjeu pour le prix de fourniture de l’électricité, la concurrence est un enjeu pour l’innovation.

Dans ce contexte, l’essor de l’autoconsommation est un fait auquel il faut se préparer afin de permettre son développement selon des modalités

REE N°1/2018 Z 1

EDITORIAL

bénéfiques pour l’ensemble du système électrique.

En effet, il est nécessaire de s’assurer que le développement de l’autoconsommation ne rime pas avec une forme de communautarisme énergétique qui pourrait porter atteinte à la solidarité nationale sur laquelle est fondé le système électrique français depuis 1946 et qui est incarné par notre réseau. Les principes de péréquation et de timbre-poste garanTISSENT UNE ALIMENTATION EN ÏLECTRICITÏ SßRE ET DE qualité, sans différence de traitement, à l’ensemble des consommateurs sur le territoire national qu’ils soient en ville ou à la campagne, proches ou éloignés des moyens de production.

2017 et qu’elle a récemment publié une consultation publique sur les sujets tarifaires qui relèvent de sa propre compétence et une série d’orientations et de recommandations sur l’ensemble du cadre de développement de l’autoconsommation.

C’est dans ce contexte que la Commission de régulation de l’énergie a décidé de mener une large concertation sur l’autoconsommation au 2e semestre

Jean-François Carenco Président de la Commission de régulation de l'énergie

2 Z REE N°1/2018

La CRE s’efforcera aussi, d’accompagner les réflexions sur l’ensemble des sujets clés pour la construction du monde énergétique de demain et veillera à ce que les évolutions apportées à notre modèle énergétique se fassent toujours dans l’intérêt des consommateurs finals. Q

sommaire Numéro 1

1

EDITORIAL Vers un nouveau modèle énergétique, dans l’intérêt des consommateurs Jean-François Carenco

p. 1

4

SOMMAIRE

6

FLASH INFOS

7 9 10 12

IBM : un nouveau processeur à 50 qubits Le principe d’équivalence à nouveau validé Une clé de stockage sûre et à faible coût Des capteurs d’humidité sans fil au graphène pour l’IoT Tri-Gen : une preuve de concept vers la mobilité à zéro-émission

14 ACTUALITÉS La chronique de la 5G : de la 4G à la 5G Patrice Collet

18

Stratégie nationale bas carbone : les premiers indicateurs de résultats interpellent Jean-Pierre Hauet

19

La fiscalité du carbone se renforce Jean-Pierre Hauet

21

Patrice Collet

p. 40

22

p. 81

Blockchain et gestion des fréquences Les constellations de satellites André Deschamps

30 A RETENIR Congrès et manifestations

32 ARTICLE INVITÉ La distribution d’électricité et la transition énergétique Jean-Baptiste Galland

40 VIENT DE PARAÎTRE La REE vous recommande

42 LES GRANDS DOSSSIERS L’autoconsommation Introduction : Autoconsommation : le débat ne fait que commencer Jean-Pierre Hauet

45

L’autoconsommation, moteur de la transition énergétique Yves Barlier & Laurent Gilotte

54

L’autoconsommation : un nouveau modèle énergétique en devenir ?

Didier Lafaille

p. 32 Photo de couverture : arsdigital - AdobeStock

4 Z REE N°1/2018

p. 119

61

L’autoconsommation d’électricité en France Vrai débat ou faux-fuyant de la transition énergétique ?

Marc Jedliczka

(Communiqué)

68

La flexibilité énergétique et la donnée au cœur des développements sur l’autoconsommation Nadi Assaf, Philippe Jan

76

83

L’autoconsommation photovoltaïque transforme notre rapport à l’électricité

Jicable HVDC’17 (sélection d’articles) Introduction : Systèmes de câbles HT à courant continu Lucien Deschamps & Paul Penserini

86

Challenges and opportunities with interfaces and materials for HVDC cable systems Gian Carlo Montanari, Alun S. Vaughan, Peter Morshuis, Gary C. Stevens

94

Surge and extended overvoltage testing of HVDC cable systems Markus Saltzer, Minh Nguyen-Tuan, Alessandro Crippa, Simon Wenig, Max Goertz, Hani Saad, Carsten Bartzsch, Pritam Chakraborty, Luigi Colla, Yujun Fan, Mingli Fu, Vincent Joubert, Jon Ivar Juvik, Tanumar Karmokar, Bahram Khodabakchian, Amit Khotari, Willem Letertre, Jérôme Mathot, Sören Nyberg, Amit Kumar Saha, Antonios Tsimas, Roland D. Zhang

102 Reliability on existing HVDC links feedback Patrik Lindblad

109 Asset management of submarine cables and lessons learned from a repair Jean Charvet

114 Fault Location on Land and Submarine Links (AC & DC) Robert Donaghy

120 GROS PLAN SUR …

Protection des données personnelles : un premier pas vers la confiance numérique

L’équipement de test et calibrateur le plus léger du marché

Jean-Pierre Quemard

124 CHRONIQUE Le paradoxe de Fermi : où sont les extra-terrestres ?

Bruno Meyer

126 RETOUR SUR ...

Les femmes et la science Marc Leconte

135 ENSEIGNEMENT & RECHERCHE « Former des ingénieurs sur leurs bases techniques » Entretien avec Véronique Bonnet

Echos de l’enseignement supérieur Bernard Ayrault & Alain Brenac

141 LIBRES PROPOS Un mix gazier 100 % renouvelable en 2050 : peut-on y croire ?

Notre équipement de test triphasé CMC 430 est le petit dernier de la famille CMC. Il est à la fois un équipement de test de relais, un dispositif d’étalonnage et un appareil de mesure et d’enregistrement hybrides aux performances exceptionnelles. Son poids léger et sa conception robuste assurent une excellente transportabilité. Des outils logiciels appropriés permettent de nombreuses applications, ce qui fait du CMC 430 une solution hautement flexible.

Pour tout savoir sur le petit dernier de la famille CMC: www.omicronenergy.com/fr/newCMC430

Jean-Pierre Hauet

145 SEE EN DIRECT La vie de l'association

REE N°1/2018 Z 5

FLASHINFOS

que quelques autres grands acteurs (Google, Microsoft)

IBM : un nouveau processeur à 50 qubits

développent depuis quelques années des recherches au-

L’informatique quantique est devenu en quelques

tour des différentes solutions de qubits que la physique

années un domaine de recherche dont le périmètre des

peut proposer.

acteurs s’élargit de mois en mois. Rappelons que l’inforr matique quantique née dans l’imagination de Richard

Les solutions d’IBM

Feynman au début des années 80 a vu son intérêt émerr

IBM depuis plusieurs années poursuit la voie de l’uti-

ger à partir de 1994 quand Peter Shor a développé un

lisation de supraconducteurs associés à des jonctions

algorithme quantique capable de casser le code RSA plus

Josephson. De tels qubits présentent quelques avan-

rapidement en termes de temps de calcul qu’un ordina-

tages, il est possible de bien maîtriser leurs propriétés

teur classique. Depuis, les recherches se focalisent sur

à la conception et de les produire en masse avec les

la construction d’un ordinateur capable de résoudre des

techniques de fabrication conventionnelles. La superr

problèmes par un algorithme quantique. Les classes de

position d’états dure assez longtemps à condition qu’ils

problèmes qui peuvent être résolus aujourd’hui sont très

fonctionnent à des températures proches du zéro absolu.

spécifiques et en général concernent, avec quelques

Ces dispositifs supraconducteurs se prêtent également

qubits, la théorie des nombres ou les simulations de

facilement à une architecture modulaire. Il est possible

processus physiques ou chimiques mais le nombre de

de relier des modules dans un gros dispositif cryogé-

qubits nécessaire pour casser le cryptage RSA utilisé

nique avec des fils supraconducteurs en réduisant le plus

dans les communications est encore hors d’atteinte des

possible les interactions entre modules. L’inconvénient

expérimentations les plus en pointe aujourd’hui. La dif-

majeur de cette solution déjà implicitement évoqué plus

ficulté majeure de l’ordinateur quantique est de mainte-

haut est la température de bon fonctionnement proche

nir les états des bits quantiques à l’écart de toutes les

du zéro absolu qui impose de gros dispositifs de refroi-

interactions qui ne feraient pas partie du processus de

dissement. IBM a lancé en mars 2017 une boîte à outils

calcul. Ces interactions parasites s’appellent la décohé-

disponible sur le net pour la simulation d’algorithme

rence et changent l’état des qubits de manière irréverr

appelé Q Network qui utilise un calculateur à 20 qubits

sible. Les constructeurs de matériel informatique ainsi

et qui met à disposition une plate-forme de simulation

Figure 1 : Vue basse du cryostat de l’ordinateur à 50 qubits d’IBM – Source IBM.

6 Z REE N°1/2018

FLASHINFOS

d’algorithmes quantiques sur son cloud. IBM indique que

ment accéléré dans l’espace ou à un champ de gravii

près de 60 000 utilisateurs ont expérimenté des manipu-

tation ».

lations de qubits sur ces machines virtuelles. Une autre

Déjà du temps de Newton, les mécaniciens classiques

annonce d’IBM a retenu l’attention avec la mise au point

avaient remarqué l’identité numérique entre la masse des

d’un prototype de processeur opérationnel d à 50 qubits.

graves et celle associée à l’inertie. Galilée avait découvert,

Le chiffre de 50 qubits n’est pas innocent si on songe aux

quelques années auparavant, que les corps en chute libre

recherches de Google qui revendiquait une suprématie

étaient soumis à une accélération qui ne dépendait pas

avec un ordinateur à 49 qubits. Le nombre de qubits an-

de leur masse. C’était la loi de la chute des graves. Eins-

noncé se comprend comme étant des qubits physiques

tein, avec le principe de relativité générale, franchissait le

et non comme des qubits logiques ; en effet dans beau-

pas en affirmant l’équivalence fondamentale entre masse

coup de portes quantiques un qubit, dit de contrôle, est

inertielle et masse gravifique. L’inertie et la gravitation

indispensable au calcul effectué par la porte.

étaient unifiées dans une structure d’espace-temps universelle d’où le principe d’équivalence.

Conclusion

Les principes physiques, tels que le principe d’équiva-

IBM continue donc de progresser dans le développe-

lence, ne sont pas démontrables théoriquement mais il

ment de l’ordinateur quantique et promet de commercia-

peut être possible de les vérifier ou de les réfuter expé-

liser des applications. Big Blue en outre permet aux déve-

rimentalement. Pour invalider le principe d’équivalence,

loppeurs du web de tester des algorithmes quantiques

il faudrait effectuer des mesures montrant que l’égalité

sur sa plate-forme. Mais les problèmes posés par la déco-

entre masse gravitationnelle et masse inertielle n’est pas

hérence ne sont pas encore résolus dès qu’il s’agirait de

toujours vraie. En 1908, le physicien Lorand Eötvös a me-

traiter de véritables problèmes comme la factorisation de

suré cette équivalence grâce à un pendule de torsion. On

grands nombres premiers. Cependant les acteurs du do-

a ensuite défini le paramètre d’Eötvös noté d, pour carac-

maine soulignent les énormes avancées de ce domaine

tériser la violation éventuelle du principe, en le prenant

depuis une quinzaine d’années et il est permis de penser

égal à la différence entre les masses gravitationnelle et

que cela va continuer. ■

inertielle divisées par leurs valeurs moyennes. En 1908,

ML

Eötvös a pu établir avec sa balance que d était inférieur à 10 -8. En 2013, une série d’expériences menées par un la-

Le principe d’équivalence à nouveau validé

boratoire spécialisé dans les mesures de gravitation, l’EötWash Group, a porté la précision de la mesure à 10 -13

En 1907, Einstein formulait la proposition suivante qui sera appelée plus tard principe d’équivalence : « Aucune

Le satellite Microscope

expérience effectuée dans une enceinte close ne peut

Ce satellite du CNES a été lancé le 25 avril 2016 sur

déterminer si cette enceinte est soumise à un mouve-

une orbite circulaire héliosynchrone. Son nom Micros-

Figure 1 : Principe de la trainée compensée – Source CNES.

REE N°1/2018 Z 7

FLASHINFOS

Figure 2 : Bloc T-sage dans lequel les deux cylindres, l’un en titane et l’autre en platine sont testés – Source ONERA. cope signifie « micro satellite à trainée compensée pour

Aucune brèche n’a donc été détectée dans la théorie de

l’observation du principe d’équivalence ». Le satellite est

la relativité générale avec un paramètre d’Eötvös ramené

équipé d’un dispositif de contrôle continu des accéléra-

à 10 -15, ce qui correspond à un gain de deux ordres de

tions linéaires lui permettant d’acquérir et de conserver

grandeur par rapport aux mesures précédentes.

l’orientation angulaire appelée Attitude. Cette fonction est nommée SCA. Les satellites normaux peuvent être corrigés de temps en temps par un jet de gaz mais, la ma-

Pourquoi chercher une violation du principe d’équivalence

jeure partie du temps, le mouvement est libre. Le satellite

Cette démarche de validation ou d’invalidation du

Microscope est différent car son mouvement est contrôlé

principe fondamental de la relativité générale par un

en permanence, les perturbations les plus faibles, telles

satellite, au prix d’expériences coûteuses, n’est pas une

que celles résultant des quelques molécules d’atmos-

lubie de physiciens. Une telle expérimentation trouve sa

phère subsistant à 710 km d’altitude ou bien encore des

justification dans une réflexion générale sur les sciences

photons du Soleil, sont compensées sur les trois axes, de

physiques et dans les problèmes nouveaux posés par les

façon que le mouvement soit purement gravitationnel,

théories actuelles post-relativistes.

ce qui explicite l’expression satellite à trainée compen-

Les sciences physiques nécessitent, de manière cons-

sée. Un tel contrôle du mouvement satellitaire est une

tamment renouvelée, des validations de leurs principes.

première mondiale.

Karl Popper avait énoncé qu’une proposition théorique,

Le principe de l’expérience consiste à mesurer les

pour être classée comme relevant de la science et non

positions de deux masses différentes placées dans le

de la non-science, devait être falsifiable, c’est-à-dire qu’il

cocon protecteur du satellite débarrassé de toutes les

fallait pouvoir concevoir des expérimentations suscep-

perturbations et soumises par conséquent au seul effet

tibles d’invalider ses principes. Une théorie physique doit

de la gravitation terrestre. L’une de ces masses est en

donc s’exposer à être vérifiée et il est arrivé que les résul-

titane (0,5 kg) et l’autre en alliage de platine et de rho-

tats négatifs d’une expérience invalident effectivement

dium (1,4 kg). L’appareil de mesure réalisé par l’ONERA

une telle théorie. Le cas le plus célèbre est l’échec de la

T-sage permet d’obtenir des précisions jamais atteintes,

mise en évidence du mouvement de la Terre dans l’éther

en décelant des décalages infimes des deux masses au

avec l’expérience de Michelson et Morley.

bout d’un très grand nombre d’orbites.

Dans le cas particulier du satellite Microscope, la

Les premiers résultats de Microscope concluent à

démarche est identique car la mise en évidence d’une

l’absence de violation statistiquement significative par

violation du principe d’équivalence aurait permis de vali-

rapport aux erreurs résiduelles du dispositif expérimental.

der certaines conséquences de la théorie des cordes.

8 Z REE N°1/2018

ACTUALITÉS

Chronique de la 5G De la 4G à la 5G Le calendrier de la 5G Patrice Collet poursuit sa chronique sur les technologies qui vont sous-tendre la 5e génération de communications mobiles. Dans ce numéro, il nous parle du calendrier de déploiement de cette nouvelle technologie.

En mai 2015, l’Union internationale des télécommunications (UIT) a créé un groupe de travail chargé de définir les objectifs auxquels devraient satisfaire les systèmes de 5e génération sous le nom d’IMT-2020 (International Mobile Telecommunications). Dès le lancement des travaux sur la 5G au sein du 3GPP, il a été prévu d’en soumettre les résultats à l’UIT pour obtenir la reconnaissance IMT-2020, comme cela avait été fait avec LTE-A pour IMT Advanced. Les travaux de définition de la 5G au sein du 3GPP devaient donc se syn-

Les premières spécifications des systèmes de 5 générae

chroniser avec ceux d’IMT-2020 (figure 1).

tion ont été approuvées le 21 décembre 2017 par le 3GPP :

Au démarrage des travaux du 3GPP, en 2015, étaient

elles couvrent, en particulier, l’architecture du système et la

prévues deux étapes dans la définition des systèmes de 5e

première version de l’accès radio 5G (NR). Elles constituent

génération : la première, incluant les fonctions jugées priori-

une première partie de ce que doivent être les spécifications

taires, était envisagée pour la mi-2018 et la deuxième pour la

de la 5G prévues par l’édition 15 des spécifications du 3GPP.

fin de 2019. Ces deux étapes devaient respectivement faire

Une étape très importante vient donc d’être franchie : il est

partie des éditions 15 et 16 des spécifications du 3GPP. Mais

possible, pour les besoins les plus précoces, d’envisager des

en mars 2017, à la demande d’opérateurs, essentiellement

déploiements du nouvel accès radio en 2018 ou 2019. A

nord-américains et asiatiques, et de leurs fournisseurs, le

cette occasion, il nous a paru intéressant de revenir sur le

calendrier a été accéléré pour disposer de façon anticipée

déroulement global du processus de normalisation et sur les

d’une première version des spécifications de la seule partie

possibilités d’introduction de la nouvelle radio.

radio de la 5G dite « nouvelle radio » (NR). L’objectif était pour

Figure 1 : Processus de définition d’IMT 2020 – Source : UIT.

14 Z REE N°1/2018

ACTUALITÉS

Figure 2 : Calendrier des spécifications et des possibilités de déploiement 5G. Révision de mars 2017 – Source 3GPP. les demandeurs de pouvoir déployer dès 2019 des équipe-

sur le cœur de réseau LTE-A qui doit fournir les fonctions de

ments radio conformes à la nouvelle norme pour des besoins

commande nécessaires : ils pourront seulement tirer béné-

spécifiques ou bien lors de grands évènements mondiaux et,

fice des services offerts par le cœur de réseau de LTE-A et de

pour tous les membres du 3GPP, d’éviter la multiplication de

ses évolutions ainsi que de la croissance des débits et de la

mises en œuvre de systèmes pré-5G qu’un certain nombre

réduction de la latence qu’apporte le réseau d’accès NR-NSA.

de groupes d’opérateurs et d’industriels envisageaient de

La version 15 des spécifications de la 5G, ne comporte

lancer. Cette version de la NR devait être compatible avec

qu’une première partie des fonctionnalités prévues dans la 5G,

le futur cœur de réseau 5G dont les spécifications ne seront

la version 16 apportera un grand nombre de compléments.

disponibles qu’à la mi-2018. On l’appelle NR NSA1 car elle ne permet pas un déploiement purement 5G et doit s’appuyer

Comment la NR NSA pourra être déployée ?

sur le cœur de réseau LTE-A. Le calendrier résultant de cette

En l’absence du cœur 5G et de son plan de commande, pour déployer la NR NSA il a été prévu d’utiliser la fonction de

décision est présenté figure 2.

L’approbation des premières spécifications de NR-NSA

double connectivité (DC) introduite dans LTE-A dans l’édition

en décembre dernier montre que le nouveau calendrier est

133. Elle permet à un terminal de nouvelle génération (à la

pour l’instant respecté. Les spécifications complètes de la

fois 4G et 5G) de disposer simultanément de deux canaux

2

première version de la 5G dite SA constitueront une partie

de transport de données, l’un via le réseau 4G, l’autre via

de l’édition 15 des spécifications et seront publiées normale-

la NR. La commande de la double connectivité est assurée

ment à la mi-2018. Faute de disposer d’un nouveau cœur de

via le plan de commande de LTE-A. Ainsi NR permet d’aug-

réseau, les déploiements de NR-NSA devront donc s’appuyer

menter le débit offert par la seule interface radio de LTE-A,

1

Non Stand Alone : non autonome.

2 Stand Alone : autonome.

d’autant plus qu’elle permet d’accéder à des bandes de fré3

Voir Chronique 5G REE 2017-05.

La nouvelle radio NR La nouvelle radio est la nouvelle interface radio définie pour les systèmes de 5e génération. Elle peut utiliser des bandes de fréquences qui peuvent atteindre 30 GHz puis plus tard jusqu’à 60 GHz. Elle s’appuie sur des formes d’ondes OFDM qui sont aussi utilisées par LTE et le Wi-Fi. Mais pour satisfaire aux exigences des différents services que doit offrir la 5G et tirer profit des nouvelles gammes de fréquences utilisées par rapport à l’usage qui en est fait dans LTE, des évolutions importantes y ont été apportées. On peut citer par exemple un espacement des sous-porteuses paramétrable, une structure de trame flexible pour permettre de réduire la latence. Le MIMO massif multi-utilisateur qui permet d’augmenter l’efficacité spectrale est également utilisé.

REE N°1/2018 Z 15

ACTUALITÉS

Variante 3

Variante 3 a

Figure 3 : La nouvelle radio NR en mode non stand alone (NSA) – Source : DT quences complĂŠmentaires Ă celles de LTE et de tirer proďŹ t

s Ă?VOLUTION VERS LE -)-/ MASSIF s Ă?VOLUTION VERS LE -)-/ MASSIF

des nouvelles fonctionnalitĂŠs de LTE-A. Cette architecture de

s PRISE EN CHARGE DE L )NTERNET DES /BJETS )O4 AVEC ." )O4 s PRISE EN CHARGE DE L )NTERNET DES /BJETS )O4 AVEC ." )O4

commande est connue sous le nom d’option 3 et comporte

et eMTC (R13 et R14) ;

deux possibilitĂŠs (ďŹ gure 3) : dans la variante 3 ce sont les

s COMMUNICATIONS AVEC LES VĂ?HICULES 2 ET 2 s COMMUNICATIONS AVEC LES VĂ?HICULES 2 ET 2

stations de base eNB de LTE-A et gNB de la 5G qui sont

s RĂ?DUCTION DE LA LATENCE s RĂ?DUCTION DE LA LATENCE

connectÊes via une interface Xn permettant d’Êcouler les ux

s ETC s ETC

de donnĂŠes en provenance et Ă destination de la NR sur les

Par ailleurs, dans l’Êdition 14 des spĂŠciďŹ cations de LTE-A,

liens de backhaul de l’eNB vers le cœur de rÊseau 4G. Dans

a ÊtÊ introduite la possibilitÊ de sÊparer complètement les

la variante 3a le gNodeB est connectÊ directement au cœur

fonctions de commande du rĂŠseau, celles qui permettent par

de rÊseau LTE-A par l’interface IA.

exemple d’Êtablir des sessions de communication, des fonc-

Le processus de dĂŠploiement de la 5G va donc, pour les

tions de transport qui permettent de transporter les donnĂŠes

opĂŠrateurs voulant dĂŠployer la NR en mode NSA, ĂŞtre assez

en provenance et Ă destination des utilisateurs. La sĂŠparation

diffÊrent de celui qu’ils avaient connu pour le dÊploiement de

r de ces deux types de fonction a ĂŠtĂŠ une ligne directrice per-

LTE : il n’y aura pas de nouveau cœur de rÊseau à dÊployer

manente dans la conception des cœurs de rÊseau mobile

avant de pouvoir utiliser la nouvelle radio. Une autre diffĂŠ-

mais dans le cœur paquets de LTE (ePC4) Êdition 13 elle n’est

rence rÊside aussi dans le fait que LTE-A Êvolue en parallèle

pas complète : les ÊlÊments de rÊseau comportent encore

avec la dĂŠďŹ nition de la 5G tant au plan fonctionnel qu’au plan

des fonctions de commande. Avec l’Êdition 14, sous le nom

de l’architecture.

de CUPS5 elle est complètement atteinte : les fonctions des nœuds du cœur de rÊseau sont sÊparÊes en deux groupes,

Les ĂŠvolutions de LTE-A

celui des fonctions de transport et celui des fonctions de com-

Depuis sa dĂŠďŹ nition dans l’Êdition 8 des spĂŠciďŹ cations

mande et de nouvelles interfaces Sx (a b et c) sont dĂŠďŹ nies

du 3GPP en 2008, LTE a ĂŠtĂŠ largement dĂŠployĂŠ Ă travers le

entre eux. Une ĂŠtape signiďŹ cative est atteinte : il devient pos-

monde : en octobre 2017, un quart des clients mobiles utili-

sible au plan de commande de sÊlectionner les nœuds de

saient LTE. En parallèle LTE a Êgalement beaucoup ÊvoluÊ, tout

rĂŠseaux optimaux pour fournir le service demandĂŠ par un terr

d’abord via LTE-Advanced qui permet de satisfaire complète-

minal, par exemple pour rĂŠduire la latence ou bien optimiser

ment aux exigences des spĂŠciďŹ cations de l’UIT (IMT-Advanced).

la charge des diffÊrents nœuds‌ Ainsi, les principes de l’archi-

Il introduit entre autres l’agrÊgation de porteuses et augmente le

tecture du cœur d’ePC se rapprochent de ceux qui sont prÊvus

nombre d’antennes MIMO. Avec les Êvolutions de l’Êdition 13 et

pour le cœur 5G. Pour les opÊrateurs, cette Êvolution permet

des ĂŠditons ultĂŠrieures, LTE-Advanced est dĂŠnommĂŠe LTE-Ad-

d’optimiser l’utilisation du cœur de rÊseau LTE et aussi d’envi-

vanced Pro. Les ĂŠvolutions concernent de nombreux domaines

sager à terme des cœurs de rÊseau communs entre LTE et NR.

et anticipent des Êvolutions prÊvues pour la 5G : s POURSUITE DE LA CROISSANCE DES D�BITS OFFERTS NOTAMMENT s POURSUITE grâce à l’utilisation de l’agrÊgation de porteuses appartenant à des bandes rÊglementÊes et non rÊglementÊes ;

16 Z REE N°1/2018

Les ĂŠvolutions dĂŠďŹ nies dans LTE-Avanced Pro rĂŠduisent ainsi l’Êcart fonctionnel entre les rĂŠseaux 4G et ceux prĂŠ4 5

Enhanced Packet Core: le Coeur paquets de LTE Control and User Plane Separation

ACTUALITÉS

Stratégie nationale bas carbone : les premiers indicateurs de résultats interpellent La loi relative à la transition énergétique pour la croissance

Les premiers indicateurs de résultats ont été publiés en

verte (LTECV) a prévu en son article 173 l’établissement par

janvier 2018 par le ministère de la Transition écologique et

le gouvernement d’une « stratégie bas carbone » définissant

solidaire1. Ces résultats sont préoccupants. Bien qu’encore

la marche à suivre pour conduire la politique d’atténuation

provisoires, ils font apparaître une remontée des émissions

des émissions de gaz à effet de serre et fixant pour la période

à partir de 2015 qui conduit à un volume total d’émissions

2015-2018, puis pour chaque période consécutive de cinq

excédant en 2016 de 3,6 % le budget annuel correspondant

ans, un plafond national des émissions dénommé “budget

à la trajectoire de la SNBC (figure 2).

Cette situation, assez alarmante au regard des engage-

carbone”.

Cette Stratégie nationale bas carbone a été approuvée par

ments pris par la France, a conduit le ministre Nicolas Hulot à

le décret du 18 novembre 2015 et correspond à la trajec-

déclarer : « Certains indicateurs sectoriels s’écartent dès 2015

toire illustrée par la figure 1, exprimée en Mt de CO2eq. Elle

de la trajectoire… Un renforcement des actions apparaît donc

est déclinée à titre indicatif par grands secteurs, en tenant

nécessaire pour rester en phase avec nos objectifs ».

compte de l’objectif général du « facteur quatre » visant à

Il est de fait que la situation dans le domaine des trans-

réduire par un facteur 4 les émissions en 2050 par rapport

ports et des bâtiments – c’est-à-dire dans les deux principaux

à celles de 2013.

secteurs émetteurs de gaz à effet de serre en France (30 % pour le premier, 27 % pour le deuxième) – n’est pas bonne.

Dans le secteur des transports, les émissions excèdent de 6 % l’objectif et dans le secteur du bâtiment de 11 %. Dans ce secteur, la situation est franchement alarmante comme le traduit la figure 3.

Beaucoup d’experts se penchent actuellement sur cette évolution pour essayer d’en comprendre l’origine qui cadre très mal avec les efforts déployés par les pouvoirs publics en faveur de la transition énergétique.

L’une des explications avancées réside dans le fait que la quasi-totalité des mécanismes incitatifs ou réglementaires mis en place depuis plus de 10 ans, à commencer par le diagnostic

Figure 1 : Les objectifs de la Stratégie nationale bas carbone pour les périodes allant de 2015 à 2028, comparés aux réalisations de 1990 à 2013 (en Mt de CO2eq) – Source : LTECV (2015).

1

Voir https://www.ecologique-solidaire.gouv.fr/suivi-strategienationale-bas-carbone

Figure 2 : Evolution des émissions totales de gaz à effet de serre en France – Source : Indicateurs de résultats de la SNBC (janvier 2018).

18 Z REE N°1/2018

ACTUALITÉS

Figure 3 : Evolution des émissions de gaz à effet de serre du secteur résidentiel et tertiaire. Comparaison entre les émissions réelles et les émissions prévues par la SNBC – Source : Indicateurs de résultats de la SNBC (janvier 2018). de performance énergétique des bâtiments (DPE) institué en

serre qui ont été fixés par la LTECV. En particulier, il est possible

en 2006, repose sur la notion d’énergie primaire. Or cette no-

par un simple passage de l’électricité au gaz, pour le chauffage

tion – qui affecte le kWh électrique d’un coefficient de conver-

des locaux et la production d’eau chaude sanitaire, de réaliser

sion de 2,58 – est devenue purement conventionnelle et ne

des économies d’énergie primaire, sans réduire voire en aug-

correspond pas aux objectifs de réduction des consommations

mentant les émissions de CO2. Q

Jean-Pierre Hauet

d’énergie finale et de réduction des émissions de gaz à effet de

La fiscalité du carbone se renforce Les taxes intérieures Depuis 2014, les taxes intérieures sur la consommation

remontée significative du prix du pétrole et du gaz, modifient sensiblement la donne.

d’énergies fossiles – qu’il s’agisse de la TICPE1 (ex TIPP) qui

En effet, les parts « carbone » de la fiscalité sur les produits

porte essentiellement sur les produits pétroliers, de la TICGN

énergétiques se trouvent à présent calculées en fonction

portant sur le gaz et de la TICC portant sur le charbon – com-

d’une valeur « carbone » de 44,60 F/t de CO2 en 2018, va-

prennent toutes une part « carbone » fonction du contenu

leur qui s’élèvera progressivement jusqu’à 86,20 F en 2022

en carbone desdits produits énergétiques. Cette part « carr

(figure 1). La taxe carbone se rapprochera alors de celle exis-

bone » est fonction d’une trajectoire de la valeur « carbone »,

tant en Suède (120 F/t) et qui est souvent prise comme

adoptée à l’issue des travaux du Comité pour la fiscalité éco-

référence.

logique présidé en 2013 par Christian de Perthuis.

Cet élément de fiscalité était resté jusqu’à une date récente sans incidence forte, car les montants considérés

Sur les produits pétroliers, la taxe carbone est insérée au sein de la TICPE de façon que la fiscalité sur le gas-oil se retrouve à parité avec celle de l’essence en 2021.

étaient faibles et de plus compensés par la baisse du prix des

Sur le gaz, l’incidence est forte et, de 5,88 F/MWh en

hydrocarbures amorcée à la mi-2014. Les dispositions adop-

2017, la TICGN passe en 2018 à 8,45 F/MWh et s’élève-

tées dans la loi de finances pour 2018, dans un contexte de

ra progressivement jusqu’à 14,13 F/MWh ce qui n’est loin

1

d’équivaloir au prix de gros du gaz sur les marchés internatio-

TICPE : Taxe intérieure de consommation sur les produits énergétiques – TICGN : Taxe intérieure de consommation sur le gaz naturel –

naux, en début d’année 2018.

REE N°1/2018 Z 19

L'ARTICLE INVITÉ

JEAN-BAPTISTE GALLAND Directeur Stratégie Enedis

La distribution d’électricité et la transition énergétique

C

Introduction es dernières années ont été marquées par une

L’électricité, vecteur de la transition énergétique

nouvelle dynamique environnementale et so-

L’électricité est devenue un produit de consommation ba-

ciétale, avec notamment la conclusion de l’Ac-

nal. Disponible à tout instant et en tout lieu ; certains en ou-

cord de Paris, le 12 décembre 20151. Le climat

blient même la chaine de distribution qui se situe en amont

est devenu une priorité mondiale absolue. C’est maintenant

de leur installation domestique. Pourtant, l’électricité est un

au tour des collectivités, des entreprises et des consomma-

vecteur énergétique d’une importance stratégique. Avec

teurs de prendre le relais. C’est pourquoi la France s’est dotée

483 TWh d’énergie consommée en 2016, elle représente

en quelques années de la loi de transition énergétique2, des

24 % de la consommation d’énergie finale française (figure

lois NOTRe et MAPTAM plaçant, en subsidiarité, les régions

1). Toute rupture dans l’approvisionnement serait considérée

et métropoles au centre de nombreuses décisions écono-

comme une crise.

3

4

miques et énergétiques.

La société civile se voit ainsi confier la réalisation concrète de la transition énergétique dans toutes ses dimensions : efficacité énergétique, développement de la production décentralisée faiblement carbonée et de la mobilité électrique, mise à disposition des données énergétiques pertinentes pour chacun des acteurs... Il s’agit d’un mouvement de décentralisation des choix énergétiques et des usages sans précédent.

Dans ce contexte, les réseaux électriques apparaissent comme de formidables « facilitateurs » pour réussir cette transition, marquée, en parallèle, par la révolution numérique. Pour cela et pour prendre en compte les nouvelles attentes des clients et des territoires, les distributeurs deviennent de véritables opérateurs du système de distribution (DSO). Ce nouveau rôle est

Figure 1 : Consommation finale d’électricité par secteur.

Source : Ministère de l’environnement, de l’énergie et de la mer – Chiffres clés de l’énergie – Edition 2016, février 2017.

aujourd’hui reconnu par le paquet « Une énergie propre pour tous les citoyens européens »5 de la Commission européenne.

De fait, l’électricité a de multiples fonctions et usages dont le nombre ne cesse de croître au fur et à mesure des

1

L’Accord de Paris adopté le 12 décembre 2015 dans le cadre de la COP 21, signé le 22 avril 2016 à New York, est entré en vigueur le 4 novembre 2016, 30 jours après sa ratification par au moins 55 pays représentant au moins 55 % des émissions de gaz à effet de serre (GES), dont l’Union européenne le 5 octobre 2016.

2 Loi n°2015-992 du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte (TECV).

3 Loi n°2015-991 du 7 août 2015 portant nouvelle organisation territoriale de la République.

4 Loi n°2014-58 du 27 janvier 2014 de modernisation de l’action publique territoriale et d’affirmation des métropoles.

5 Publié le 30 novembre 2016. Vingt ans après l’adoption des premières mesures relatives à l’ouverture des marchés en Europe, cette série de propositions législatives dans le cadre de l’Union de l’énergie, vise à préserver la compétitivité de l’Union européenne en prenant en compte tous les aspects de la transition d’énergétique.

32 Z REE N°1/2018

années. Elle est sans substitut pour de multiples besoins de la vie quotidienne : éclairage, électroménager, télécommunications, informatique, Hi-Fi, etc. Elle contribue, en concurrence avec d’autres énergies, à la fonction de chauffage, qu’il s’agisse de l’espace, de l’eau ou des aliments. L’électricité joue enfin un rôle important dans de nombreux processus industriels.

Le secteur de l’énergie contribue à 2 % de la valeur ajoutée en France en 2015 avec 138 900 emplois et un rôle prépondérant de l’industrie électrique. Cette dernière fournit en outre un apport positif à la balance commerciale française grâce à près de 50 TWh d’exportations.

L'ARTICLE INVITÉ

La transition énergétique prévoit d’amplifier cet apport bénéfique de l’industrie électrique à l’économie du pays. En

conseil de surveillance par un représentant des collectivités territoriales (article 153).

effet, dans les années à venir, l’impératif de la lutte contre le

35 millions de consommateurs et 350 000 installations

réchauffement climatique conduira l’électricité, du fait de son

renouvelables étant raccordés au réseau de distribution

mix de production quasiment décarboné, à accroître encore

d’Enedis, ces évolutions placent le distributeur au centre

davantage son rôle en se substituant encore plus largement

des évolutions. Comme a pu le dire Klaus-Dieter Borchardt,

aux énergies fossiles. Dans la pratique, cela passera, dans un

directeur du marché intérieur de l’énergie à la Commission

contexte d’amplification des efforts d’efficacité énergétique,

européenne : « Ce siècle sera celui du DSO ».

par le développement de la mobilité électrique. Le « moins d’électricité par usage et plus d’usages de l’électricité », cher à Marcel Boiteux, prendra alors tout son sens.

Principales conséquences de ces évolutions pour le distributeur La responsabilité environnementale et énergétique des territoires

Formellement, l’ensemble de ces enjeux est développé dans la loi du 17 août 2015 relative à la transition énergétique pour la croissance verte (LTECV) : intégration des

Les collectivités territoriales ont un rôle déterminant à

énergies renouvelables (article 105) ; raccordement de sept

jouer dans la mise en œuvre de la politique climatique. Ce

millions de bornes de recharge de VE ; appropriation par

rôle vient naturellement compléter leurs responsabilités dans

les usagers de leur consommation d’électricité avec mise

les domaines du transport, de l’urbanisme ou du développe-

à disposition des données de consommation et transmis-

ment économique. La LTECV pose un principe de contribu-

sion aux fournisseurs des données en aval du compteur

tion décentralisée à la transition énergétique : les territoires

Linky (article 28) ; émergence des nouvelles filières dans

devront améliorer leurs empreintes environnementale et

le cadre des smart grids avec un rôle essentiel de la dis-

énergétique.

tribution pour la définition des périmètres d’effacement et

Pour cela, les établissements publics de coopération inter-

la transmission des informations nécessaires à la sécurité

communale (EPCI) de plus de 20 000 habitants ont cha-

du réseau (article 168) ; expérimentations territoriales de

cun la charge d’élaborer un Plan climat air énergie territorial

flexibilités et de réseaux électriques intelligents (articles 199

(PCAET) d’ici la fin 2018. Quelque 700 EPCI sont concernés

& 200) ; projets des territoires avec un rôle essentiel dans

par cette échéance. C’est également le sens à donner aux

l’émergence des « territoires à énergie positive » (article 1)

« territoires à énergie positive » ou TEPOS qui, selon la loi,

et mission de service public de la donnée à destination des

« s’engagent dans une démarche permettant d’atteindre

collectivités et de leurs projets (article 179) ; enfin, interac-

l’équilibre entre la consommation et la production d’éner-

tion avec les collectivités pour l’optimisation de l’investis-

gie à l’échelle locale en réduisant autant que possible les

sement avec création d’un comité du système de la distri-

besoins énergétiques et dans le respect des équilibres des

bution publique d’électricité examinant les investissements

systèmes énergétiques nationaux ».

des autorités concédantes et du concessionnaire (article

Du point de vue des distributeurs, les données de con-

153) et remplacement d’un des représentants de l’Etat au

sommation et de production dont ils disposent pourront être

Emissions de gaz à effet de serre

Divisées par 4 de 1990 à 2050

Consommation d’énergie finale

Divisée par 2 de 2012 à 2050

Consommation d’énergies fossiles

Réduite de 30 % de 2012 à 2030

Part des énergies renouvelables

32 % de la consommation finale brute d’électricité en 2030 et 40 % de la production d’électricité

Part du nucléaire

Max 50 % de la production d’électricité en 2025 mais avec une capacité de production d’électricité d’origine nucléaire plafonnée à 63,2 GW

Parc immobilier

100 % rénové aux normes « bâtiment basse consommation » en 2050

Véhicules électriques

7 millions de points de charge en 2030

Tableau 1 : Cibles et échéances françaises de la transition énergétique.

Emissions de gaz à effet de serre

Réduction de 40 % d’ici 2030 par rapport à 1990 (objectif contraignant)

Part des renouvelables

27 % de la consommation d’énergie (objectif contraignant)

Efficacité énergétique

27 % d’ici 2030 (objectif indicatif)

Tableau 2 : Cibles et échéances européennes.

REE N°1/2018 Z 33

L'ARTICLE INVITÉ

utiles aux études d’efficacité et de planification énergétiques.

S’agissant des cellules photovoltaïques dont la compétiti-

Pour ce faire, certaines données se verront conférer le statut

vité progresse rapidement, la technologie leader est celle du

de données de référence (utilisation fréquente et niveau de

silicium polycristallin. L’effet de série a déjà beaucoup joué

qualité essentiel pour un bon usage) et la standardisation

et le recul de la demande mondiale conduit aujourd’hui à un

des flux ainsi que la collecte des données sera encouragée.

excès d’offre. Dans les pays de la « Sun Belt8 », on observe

Par ailleurs, la mise en œuvre des TEPCV6 et des TEPOS

des prix très bas (appel d’offre Arabie Saoudite à 17 F/MWh

présente l’opportunité de rechercher les meilleures solutions

en novembre 2017). Le photovoltaïque au sol ou sur grande

réseau (minimiser le coût du système électrique pour la col-

toiture reste beaucoup plus compétitif que sur petites toi-

lectivité). Ces solutions pourraient notamment passer par

tures car la part dans le coût hors cellule (cadre, onduleur,

l’optimisation des coûts de raccordement au réseau public et

pose…) est désormais prépondérante.

par l’accompagnement du développement de la mobilité élec-

Pour l’avenir, l’évolution des prix dépendra de la saturation

trique [gestion de la recharge couplée au réseau (smart-charr

ou non des capacités de production asiatiques (une remontée

ging)], parkings relais (lieux de covoiturage ou d’auto-partage

est possible), des progrès techniques et des effets de série

permettant d’utiliser les VE comme instruments de stockage).

sans qu’il soit possible d’établir avec certitude un prix marginal de développement à horizon 2035. Néanmoins l’atteinte des

Les bâtiments à énergie positive (BEPOS)

objectifs de la transition énergétique apparaît réaliste.

La notion de bâtiment à énergie positive (BEPOS) intro-

Les ENR intermittentes renforcent la valeur du réseau, car

duite par la LETCV n’a pas encore été précisée par décret. On

celui-ci permet le « foisonnement » de la production et de la

peut néanmoins se référer au référentiel « Energie-carbone »

demande. Néanmoins, en France, du fait de l’ensoleillement et

pour les bâtiments neufs qui précise les notions de bilan

de la structure des consommations, le photovoltaïque introduit

BEPOS et de critères BEPOS. Ces critères correspondent à

une problématique particulière : en effet, il peut conduire à

des standards de bâtiments au regard de l’efficacité énerr

des injections très importantes en milieu de journée sur un

gétique (kWh/m²), des émissions de gaz à effet de serre

élément de réseau BT alors que la demande sur ce même

(kg CO²/m²) et du recours aux EnR locales.

réseau est faible ; et inversement ne pas répondre en hiver au

Vis-à-vis du réseau, il conviendra que le bâtiment s’insère

besoin de chauffage nocturne. Outre le besoin de flexibilité sur

au mieux dans l’existant. Au premier ordre, cela signifie que

le système électrique national, se pose alors une probléma-

le BEPOS devra, à la fois, être sobre en énergie mais aussi

tique d’équilibrage du réseau local de distribution.

en appel de puissance aux périodes les plus chargées. On

L’autoconsommation

peut espérer aller au-delà, si certains usages du bâtiment par nature potentiellement flexibles (eau chaude sanitaire,

L’autoconsommation rapproche la production de la

consommation de chaleur-froid, véhicule électrique) pou-

consommation dans un cadre législatif aujourd’hui clarifié par

vaient être sollicités pour répondre aux enjeux de synchro-

la loi du 24 février 2017 et son décret d’application du 28 avril9.

nisation production-consommation et être intégrés à la ges-

Elle présente des opportunités de réduction des coûts

tion de l’équilibre du système électrique, soit localement soit

du réseau électrique par une amélioration de l’intégra-

nationalement. Il semble donc important que les grands pro-

tion des énergies renouvelables décentralisées. Mais, à y

jets d’aménagement de BEPOS prévoient une concertation

regarder de plus près, certains profils de producteurs et de

avec les distributeurs afin de convenir, dès leur conception,

consommateurs sont plus adaptés à l’autoconsommation

de leur meilleure intégration aux problématiques du système

que d’autres du fait d’une bonne synchronisation de leurs

électrique.

courbes de consommation et de production. Pour le photovoltaïque, ces profils sont notamment ceux des secteurs

Les énergies renouvelables Les LCOE7 (coûts complets de production) des énergies renouvelables (EnR) ont beaucoup baissé ces dernières an-

tertiaires et industriels, dont la consommation est plutôt régulière, continue et concomitante avec les périodes diurnes de production.

nées, portés par des politiques volontaristes et les effets de série. Dans certains cas, ils atteignent aujourd’hui celui des centrales conventionnelles 6

TEPCV : Territoires à énergie positive pour la croissance verte, notion introduite en 2014 (avant la LTECV) visant des territoires d’excellence de la transition énergétique et écologique, bénéficiant d’une convention de soutien à leurs actions avec le ministère chargé de l’écologie.

7 LCOE : Levelized Cost of Energy.

34 Z REE N°1/2018

8

États du Sud et de l’Ouest des États-Unis et par extension les pays situés sous la même latitude de part et d’autre de l’équateur.

9 Autoconsommation Individuelle : « Fait pour un producteur … de consommer lui-même et sur un même site tout ou partie de l’énergie produite par son installation » Autoconsommation Collective : « Fourniture d’électricité effectuée entre un ou plusieurs producteurs et un ou plusieurs consommateurs finals liés entre eux au sein d’une personne morale et dont les points de soutirage et d’injection sont situés en aval d’un même poste de distribution d’électricité ».

LES GRANDS DOSSIERS

Introduction

Autoconsommation : le débat ne fait que commencer L’autoconsommation est un phéno-

l’électricité que l’on consomme, en uti-

mène encore marginal puisqu’il n’inté-

lisant des ressources renouvelables,

resse aujourd’hui que 0,05 % des clients

solaire photovoltaïque pour l’essentiel.

raccordés aux réseaux publics d’électri-

L’autoconsommation peut être indi-

cité. Toutefois, c’est un phénomène en

viduelle, elle peut aussi être collective

forte croissance qui pourrait prendre

et il est désormais possible en France,

l’allure d’une lame de fond et modifier

depuis la promulgation de la loi du

fondamentalement dans les années à

24 février 2017 et la publication du

venir la façon dont fonctionnent les systèmes de production et de distribution de l’énergie électrique (figure 1).

Jean-Pierre Hauet Rédacteur en chef de la REE

décret du 28 avril, de constituer sous certaines conditions des pools de consommateurs qui vont se partager

la production d’une installation commune, le tout

Autoconsommation et mise en valeur des ressources locales

sous l’autorité d’une même personne morale. Ces dispositions fixent, par exemple, les conditions

L‘autoconsommation renvoie aux notions de

dans lesquelles la production de panneaux solaires

production locale, de circuit court d’approvisionne-

situés sur la terrasse d’un immeuble peut être ré-

ment et d’autonomie. D’un point de vue formel, il y

partie au bénéfice de ses occupants.

a cependant plusieurs facettes à ce concept : s le taux d’autoconsommation, qui se mesure en

Les raisons d’un succès grandissant

rapportant l’électricité produite et consommée

Beaucoup s’enthousiasment pour ces formules

sur place à l’ensemble de la production locale, le

nouvelles d’approvisionnement en électricité, rendues

solde non consommé pouvant être réinjecté sur

possibles par la baisse considérable des panneaux

le réseau ;

photovoltaïques, et mettent en avant la reconquête

s le taux d’autoproduction qui correspond au ra-

d’une plus grande autonomie, l’avantage économique

tio entre l’électricité produite et consommée sur

potentiel, les bienfaits de l’économie de partage…

place et l’ensemble de l’électricité consommée.

Certains vont même jusqu’à comparer l’autoconsom-

Les deux se rejoignent autour d’un marqueur commun qui est la volonté de produire sur place

mation à l’économie « potagère » où chacun cultive dans son jardin les légumes qu’il consomme.

Figure 1 : Evolution du nombre d’installations fonctionnant en autoconsommation – Source : Enedis(2018).

42 Z REE N°1/2018

Introduction

LES GRANDS DOSSIERS

Ces comparaisons ont leur limite car les élec-

d’électricité et des toitures photovoltaïques en en-

trons n’ont pas la saveur des produits du terroir et

sembles pavillonnaires peuvent à cet égard apparaître

s’échangent librement sur les réseaux où productions

préférables. Mais il faut tenir compte du supplément

et consommations sont mutualisées sans que des

de dépenses qu’elles entraînent et de de la nécessité

appellations d’origine contrôlée puissent être physi-

qui subsiste de compenser l’intermittence.

quement décernées.

Les autoconsommateurs ne doivent pas devenir les D’un point de vue électrotechnique, l’autoconsom-

passagers clandestins du réseau électrique, bénéfi-

mation n’apporte rien de nouveau car les individus ou

ciant, sans en supporter les coûts, des services offerts

les communautés qui la pratiquent ne brisent que très

par le réseau : complément de fourniture, secours,

rarement le lien avec le réseau de distribution qui leur

équilibre du réseau et stabilisation de la fréquence,

assure complément et continuité d’approvisionnement.

accueil des surplus de production.

L’autoconsommation est avant tout une formule

On notera également que si l’autoconsommation

commerciale et fiscale qui permet de traiter les kWh

collective se développe massivement, dans le cadre

produits et consommés sur place de façon distincte

notamment de communautés locales d’énergie telles

de ceux fournis par le réseau. La bidirectionnalité du

que proposées par la Commission européenne, le foi-

compteur Linky permet de comptabiliser, sans sup-

sonnement entre consommateurs – qui permet de

plément de coût, ceux qui sont réinjectés en cas de

ramener la capacité des infrastructures électriques

surplus. L’autoconsommation est donc perçue par le

aux environs du cinquième des puissances consom-

consommateur comme un moyen légitime et attractif

matrices installées – sera capté par les structures lo-

de se soustraire aux taxes et aux coûts attachés aux

cales et entraînera un renchérissement du prix de la

fournitures du réseau et donc d’accéder, sous réserve

puissance garantie assurée par le réseau.

de la compétitivité des moyens locaux de production, à une électricité moins chère.

Un tarif d’accès au réseau (TURPE) spécifique aux autoconsommateurs est en cours d’étude par la CRE. Il fau-

Les partisans de l’autoconsommation y voient un

dra qu’il prenne en compte de façon aussi objective que

moyen d’encourager l’émergence des productions

possible tous ces éléments, afin d’éviter des transferts

décentralisées et de faire encore mieux accepter par

de charge des autoconsommateurs vers le reste de la

l’opinion le développement des énergies nouvelles. Ils

population. L’une des voies les mieux appropriées réside

soulignent également la possibilité de limiter les in-

dans une tarification correcte de la puissance souscrite

vestissements dans les réseaux puisqu’il y aura moins

auprès du réseau de distribution de façon à refléter les

d’électricité à acheminer.

coûts fixes supportés par ce réseau et ce faisant d’encourager le développement des systèmes de stockage,

Tout cela, joint à des dispositions fiscales favorables, décidées par les pouvoirs publics (exonéra-

notamment par batteries, y compris, à l’avenir, en tirant parti de celles équipant les véhicules électriques.

tion de taxe intérieure sur la consommation finale d’électricité (TICFE), TVA à taux réduit, prime à l’inves-

Sur le plan fiscal, il n’y a aucune raison pour que

tissement) conduit à un climat très favorable à l’auto-

l’électricité autoconsommée soit durablement dispen-

consommation qui ira probablement en s’amplifiant.

sée de la TICFE (ex CSPE) comme la loi l’a prévu pour les installations de moins de 1 MW. Cette taxe inté-

Optimum local et optimum national

rieure est désormais un droit d’accise et n’alimente

Toutefois, le débat n’est pas aussi limpide car l’opti-

plus le compte d’affectation spéciale « transition éner-

mum local ne correspond pas forcément à l’optimum

gétique ». L’argument selon lequel les EnR ne doivent

national et c’est là un aspect très important à considérer.

pas payer pour les EnR a donc disparu.

Il est de fait que rapprocher la production photovol-

Si l’on estime souhaitable, pour quelque raison que

taïque du lieu de consommation a une certaine valeur

ce soit, d’encourager par des subventions l’autoconsom-

économique. Des panneaux sur des hangars agricoles

mation, celles-ci doivent être explicites et ne pas géné-

posent le problème de l’évacuation de la production

rer de bénéfice injustifié. Il n’y a pas lieu de créer une

REE N°1/2018 Z 43

LES GRANDS DOSSIERS

Introduction

aubaine ou une rente au profit de ceux qui ont un toit au moment où tant de personnes n’en ont pas...

Or il est difficile d’imaginer que se développent des entités locales de production et de distribution d’électricité sans que soient répercutés sur les

Décentralisation et péréquation

acteurs de ces entités – les consom’acteurs – les

La définition de tarifs et d’une fiscalité équitable

résultats, positifs ou négatifs, associés à cette dé-

n’est pas un exercice simple mais il est incontour-

centralisation des structures d’approvisionnement.

nable si l’on veut organiser sur des bases saines le développement de l’autoconsommation. Mais en

Ce débat est aujourd’hui à peine entr’ouvert mais

supposant cet objectif atteint, se pose alors un pro-

il prendra à coup sûr une importance croissante au

blème encore plus difficile à résoudre et de nature

fur et à mesure que l’autoconsommation prendra

plus politique que technique : celui de la péréquation et de l’égalité de traitement.

Aujourd’hui, les tarifs d’accès au réseau sont régis par le principe du timbre-poste et de l’égalité de traitement. Il en va de même des tarifs réglementés de fourniture d’électricité qui sont péréqués au niveau national.

Ces dispositions auxquelles les Français semblent très attachés, relèvent d’un principe de solidarité affirmé aux lendemains de la guerre et confirmé, au nom de la cohésion sociale et de la lutte contre les exclusions, par la loi du 10 février 2000 et l’article L121-1 du code de l’énergie.

son essor. La législation franJean-Pierre Hauet est ancien élève de l’Ecole polytechnique et ingénieur au corps des Mines. Au cours de sa carrière, il a été adjoint au délégué général à l’Energie et rapporteur général de la Commission de l’énergie du 7e Plan.

Entré dans le groupe de Compagnie générale d’électricité (CGE), il a occupé différents postes de responsabilité dont la présidence du centre de recherches de Marcoussis, la direction de la branche Produits et Techniques de Cegelec et a été Chief Technology Officer du groupe ALSTOM. Il est à présent Associate Partner de KB Intelligence. Il préside l’association ISA-France ainsi que le comité scientifique de l’association Equi-i libre des Energies. Il est membre émérite de la SEE et rédacteur en chef de la REE.

çaise, avec la création de l’autoconsommation collective, des réseaux privés et des réseaux intérieurs de bâtiment, va dans cette direction, de même que la Commission européenne avec son projet de communautés locales d’énergies.

Ce dossier n’a pas pour ambition de trancher un débat qui sera complexe et probablement passionné. Il vise simplement, en

rassemblant

des

points

de vue divers, à donner à nos lecteurs des repères qui leur permettront de le suivre, de le comprendre et, le cas échéant, d’y participer. Q

LES ARTICLES

L’autoconsommation, moteur de la transition énergétique Yves Barlier et Laurent Gilotte ................................................................................................................................. p. 45 L’autoconsommation : un nouveau modèle énergétique en devenir ?

Didier Laffaille ................................................................................................................................................................ p. 54 L’autoconsommation d’électricité en France Vrai débat ou faux-fuyant de la transition énergétique ?

Marc Jedliczka .................................................................................................................................................................. p. 61 La flexibilité énergétique et la donnée au cœur des développements sur l’autoconsommation Nadi Assaf, Philippe Jan ................................................................................................................................................. p. 68 L’autoconsommation photovoltaïque transforme notre rapport à l’électricité Appropriation citoyenne de la transition énergétique et liberté d’écomobilité Richard Loyen .................................................................................................................................................................. p. 76

44 Z REE N°1/2018

L'AUTOCONSOMMATION

Installation photovoltaïque sur maison individuelle

DOSSIER 1

Installation photovoltaïque sur bâtiment tertiaire.

L’autoconsommation, moteur de la transition énergétique Yves Barlier et Laurent Gilotte Directeur du pôle régulation et économiste à la direction de la stratégie -Enedis Electricity self-generation is a societal evolution. The public network provides the necessary services for the development of self-generation with guaranteed power permanently compensating for variations in local generation or its lack, a standard-quality electric wave, a pooling of consumption needs and local generation, data supply especially for collective self-generation, different contractual modes between stakeholders.

From an electrotechnical point of view, there is no difference between a local production for self-consumption and the same for direct injection on the network. Its impact on the network can be negative if the injection peaks create new constraints. It can be positive if the sizing of the production is adapted to the needs and if the self-consumer adapts its behavior to reduce the peaks of extract energy from the grid.

With current pricing in France, individual self-consumers benefit from a reduction in their bills greater than earnings created for the network. The good sharing of network costs between users becomes an equity issue in the energy transition. A solution chosen by some countries is to increase the price of the subscription, depending on the power, in return for a lower price for the energy.

ABSTRACT

L’autoconsommation d’électricité est une évolution sociétale. Le réseau public apporte les services nécessaires au développement de l’autoconsommation avec une puissance garantie compensant en permanence les variations de la production locale ou son absence, une onde électrique de qualité normée, une mutualisation des besoins de consommation et des productions locales, la fourniture des données nécessaires notamment pour l’autoconsommation collective, différents modes possibles de contractualisation entre acteurs.

D’un point de vue électrotechnique, il n’y a pas de différence entre une production locale en autoconsommation et une équivalente en injection directe sur le réseau. Son impact sur le réseau peut être négatif si les pointes d’injection créent de nouvelles contraintes. Il peut être positif si le dimensionnement de la production est adapté aux besoins et que l’autoconsommateur adapte son comportement pour réduire les pointes de soutirage.

Avec la tarification actuelle en France, les autoconsommateurs individuels bénéficient d’une réduction de leurs factures supérieure aux gains générés pour le réseau. Le bon partage des coûts de réseau entre utilisateurs devient un enjeu d’équité dans la transition énergétique. Une solution retenue par certains pays est d’augmenter le prix de l’abonnement, dépendant de la puissance, en contrepartie d’une baisse du prix de la part en énergie.

RÉSUMÉ

REE N°1/2018 Z 45

L'AUTOCONSOMMATION

DOSSIER 1

Introduction : l’autoconsommation, une évolution sociétale

s DES TAXES ET CONTRIBUTIONS SUR L ÏNERGIE

Par simplification, l’expression « auto-

achetée via le réseau, faisant apparaître

consommation » est souvent utilisée indif-

l’autoconsommation individuelle plus

féremment pour l’autoconsommation et

attractive financièrement pour le con-

l’autoproduction. Il en sera ainsi dans la

e

sommateur qui ne paiera pas de taxes et

suite du texte.

siècle, des usines se sont installées au

en particulier pas de CSPE sur l’énergie

bord de cours d’eau et ont créé leur

autoconsommée ;

L’autoconsommation d’électricité est une histoire ancienne : dès la fin du 19

Plusieurs typologies d’autoconsommateurs peuvent être distinguées :

propre unité de production hydraulique

s UNE POLITIQUE INCITATIVE DES POUVOIRS

s les sites tertiaires/industriels (au

afin de bénéficier de la « houille

publics : l’arrêté du 9 mai 2017 pré-

sens large : industrie, agroalimentaire,

blanche », alternative au charbon. Puis

voit, pour les installations en auto-

logistique, agriculture, etc.) avec des

les unités de production ont grossi, des

consommation individuelle, le bénéfice

consommations importantes et perma-

réseaux électriques ont été tirés vers les

d’une prime à l’investissement et d’un

nentes pendant la journée (climatisa-

villes, se sont progressivement étendus

tarif d’achat de l’énergie injectée en

tion, bureautique, groupes froids, etc.) ;

puis interconnectés, sous l’incitation des

surplus.

ils peuvent atteindre facilement des

gains économiques apportés par l’effet

L’autoconsommation a ainsi déjà sé-

taux d’autoconsommation importants ;

de la taille et de la mutualisation de la

duit près de 20 000 foyers et en 2017,

s les clients résidentiels, qui pré-

production et de la consommation.

plus de 50 % des nouveaux raccorde-

sentent des taux d’autoconsommation

L’autoconsommation revient au début

ments de production photovoltaïque

moindres : ils ont une consommation en

du 21e siècle, portée par plusieurs

concernent des autoconsommateurs.

journée très variable et pour une bonne

facteurs favorables : s L APPÏTENCE DES FRAN¥AIS POUR LES énergies renouvelables : parmi les

Qu’est-ce que l’autoconsommation ?

part en dehors des heures d’ensoleillement ; ils injectent une puissance maximale qui atteint parfois celle de leur

production

L’autoconsommation peut être définie

installation photovoltaïque ce qui peut

d’électricité, l’origine renouvelable est

comme le fait de consommer tout ou

engendrer des contraintes sur le réseau ;

essentielle pour 57 % des personnes

partie de l’énergie que l’on produit,

s les bâtiments collectifs, groupes de

interrogées (étude IFOP pour Synopia

et l’autoproduction comme le fait de

bâtiments ou quartiers, qualifiés sous la

janvier 2017) ;

produire tout ou partie de l’énergie que

notion « d’îlots urbains » : un déficit de

l’on consomme.

production d’un bâtiment à un instant

caractéristiques

de

la

s L APPÏTENCE DES FRAN¥AIS POUR LE « consommer local » et « le consommer

Pour caractériser l’autoconsommation

donné peut être compensé par un ex-

mieux » : les circuits courts et/ou bio

et l'autoproduction d’un site, plusieurs

cédent de production d’un bâtiment

se sont fortement développés ces

indicateurs en énergie et en puissance

situé à proximité ce qui permet la valo-

dernières années dans les secteurs

sont intéressants :

risation de production à proximité.

agricoles et agroalimentaires ;

s taux d’autoconsommation : part de

s EN COHÏRENCE AVEC CETTE DOUBLE

la production autoconsommée, égal au

tendance, 87 % des personnes in-

rapport entre la production consommée

Le réseau public au service de l’autoconsommation

terrogées se disent prêtes à faire évoluer

sur site et la production totale du site ;

leurs habitudes de consommation pour

s taux d’autoproduction : part de la

les adapter à la production locale :

consommation autoproduite, égal au rap-

vent, soleil… (étude IFOP pour Synopia

port entre la production consommée sur

Les clients raccordés au réseau de

Le réseau public apporte une puissance garantie

le site et la consommation totale du site ;

distribution ont l’assurance d’obtenir,

s LA BAISSE DES COßTS ET LES INNOVATIONS

s puissance maximale injectée : lorsque

chaque fois qu’ils en ont besoin, la puis-

technologiques : simultanément à une

la production excède la consommation

sance qu’ils ont souscrite auprès du ges-

demande mondiale en croissance, le

s puissance maximale soutirée : lorsque

tionnaire de réseau, avec une garantie

COßT DES ÏQUIPEMENTS A ÏTÏ DIVISÏ PAR

la production ne permet pas de couvrir

cinq depuis 2007 et l’ADEME estime

la consommation.

janvier 2017) ;

qu’ils baisseront encore de 35 % d’ici 2025 ; s UN TARIF DE RÏSEAU QUI SURVALORISE L Ï nergie soutirée ;

46 Z REE N°1/2018

de disponibilité supérieure à 99,9 %.

Pour les autoconsommateurs, ce

Ces indicateurs permettent d’évaluer

service leur permet en outre de faire

la capacité du site à produire pour ses

face aux variations de leur production

propres besoins et à consommer sa

locale. Le réseau public permet en effet

propre production.

d’accéder aux moyens de réglage de la

L’autoconsommation, moteur de la transition énergétique

Figure 1 : Exemple de production photovoltaïque sur trois journées.

Le réseau public permet de mutualiser les besoins de consommation et la production locale Un consommateur a des besoins de consommation qui varient selon l’heure de la journée, les jours de la semaine, la saison, le climat.

La production locale dépend quant à elle, de la source d’énergie, qu’il s’agisse du soleil, du vent, de l’hydraulique, de la biomasse ou encore de la géothermie.

En partant de l’exemple d’une production photovoltaïque, source d’énergie renouvelable facilement accessible, on constate qu’un des enjeux techniques, Figure 2 : Exemple sur une semaine d’un immeuble de bureaux

indépendamment des enjeux commerr ciaux entre acteurs, porte sur l’adéqua-

fréquence du système électrique pour

en chaque point de livraison du réseau

tion entre les besoins de consommation

compenser instantanément les varia-

public : fréquence, amplitude, forme de

et la production photovoltaïque.

tions de production locale dues, pour le

r l’onde (creux et surtensions, flicker, har-

photovoltaïque, aux passages de nuages

moniques), asymétrie entre phases.

et à l’alternance jour/nuit (figure 1).

Le réseau public apporte une onde électrique de qualité normée

Un bâtiment à usage tertiaire ou commercial va consommer les jours

Ils sont donc protecteurs pour le

de semaine essentiellement dans la

consommateur comme pour l’autocon-

journée (figure 2). La production pho-

sommateur.

tovoltaïque

est donc en phase avec

Cette qualité est maintenue grâce à la

ses besoins de consommation. Si la

conception du système électrique qui lui

puissance maximale du photovoltaïque

Les gestionnaires de réseau s’en-

permet d’absorber automatiquement les

est adaptée à la consommation du bâti-

gagent contractuellement avec les uti-

variations rapides de consommation et de

ment dans la journée, l’autoconsomma-

lisateurs du réseau et les fournisseurs

production locale. Les journées de pas-

tion sera maximale et l’injection sur le

d’électricité sur une qualité définie par

sages nuageux sont les plus délicates car

réseau minimale. Le week-end et les

la réglementation et les normes en

la production photovoltaïque est alors très

jours fériés, par contre, la consomma-

vigueur. Les fournisseurs d’électricité

variable. Le réseau maintient l’équilibre

tion sera faible alors que l’injection sur

reprennent cet engagement dans leurs

électrique chez le client en permanence

le réseau sera forte.

conditions générales de vente.

en acheminant sa production excéden-

S’agissant en revanche d’un bâti-

Ces engagements portent sur les li-

taire vers d’autres clients ou en couvrant

ment à usage résidentiel (figure 3), la

mites ou les valeurs des caractéristiques

ses besoins grâce à l’acheminement

pointe de consommation se situe en

de la tension qui peuvent être attendues

d’énergie d’autres sources de production.

soirée, donc hors période de production

REE N°1/2018 Z 47

Introduction

LES GRANDS DOSSIERS

Systèmes de câbles HT à courant continu Sélection d’articles présentés au symposium Jicable HVDC’17 Les systèmes à courant

et les réparations des câbles

continu sont des précurseurs

sous-marins, ainsi que leurs

des

recommandations.

solutions

qui

seront

apportées aux défis énergétiques rencontrés par les

Ce

symposium

Jicable

grands projets de réseaux.

HVDC’17 s’est tenu à Dun-

Il y aura de plus en plus de

kerque, là où la première liai-

connexions, à la fois terrestres et

maritimes,

notamment

pour les liaisons à longue distance et le raccordement

Lucien Deschamps, Président du comité d’organisation de HVDC'17

Paul Penserini Asset manager, RTE

réalisée en 1961. Cette liaison historique était limitée à 100 kV DC et à une capacité

des parcs éoliens en mer.

Les systèmes de câbles à courant continu sont donc

son France-Angleterre a été

de 160 MW ; une réussite pour cette époque.

désormais des éléments clés de la transition énergétique vers les énergies renouvelables. Les progrès

Cette connexion a été remplacée en 1986 par

techniques récents dans les systèmes de câbles et

une liaison 270 kV DC de 2 000 MW appelée

les convertisseurs intéressent tout particulièrement

“HVDC Cross Channel - IFA 2000”. Depuis 2012,

les connexions de 400 à 700 kV, jusqu’à des puis-

une partie des anciens câbles souterrains à huile

sances de 3 GW.

fluide a été remplacée par des câbles extrudés à isolation synthétique.

C’est pourquoi, en plus des conférences Jicable qui se tiennent tous les quatre ans en étroite col-

En 2017, une nouvelle liaison à courant continu

laboration avec le CIGRE, un premier colloque

est en construction : “Eleclink” ; elle utilisera des

Jicable HVDC a été réalisé à Perpignan en 2013

câbles à isolation synthétique posés dans le tun-

pour traiter spécifiquement des systèmes à cou-

nel sous la Manche. Cette liaison de 1 000 MW

rant continu. Puis un atelier Jicable HVDC’16 a été

sera mise en service en 2020. Il convient de men-

organisé à Paris en 2016 ; il a permis de préparer

tionner aussi le projet d’interconnexion IFA2 de

le symposium 2017 Jicable HVDC’17 qui vient de

1 000 MW entre la France et l’Angleterre qui por-

rassembler près de 250 experts de 25 pays. Ce

tera à 4 000 MW la capacité totale d’échange en

symposium a notamment traité :

2020. La liaison IFA2 est constituée de deux câbles

s DES INNOVATIONS CONCERNANT LES MATÏRIAUX ET LES

320 kV DC à isolation synthétique et de convertis-

systèmes haute tension de pointe ; s DE LA COORDINATION ENTRE LES SYSTÒMES DE CÊBLES et les convertisseurs ; s DE LA lABILITÏ DES LIAISONS TERRESTRES ET MARITIMES

seurs de technologie VSC. Elle relie par un tracé de 200 km en sous-marin et de 25 km sur terre deux postes 400 kV, l’un près de Caen en Normandie et l’autre près de Southampton en Angleterre.

longue distance ; des problèmes d’installation et de maintenance.

Avant d’en venir aux articles rassemblés dans ce dossier, nous voudrions souligner quelques conclu-

Une table ronde a permis aux exploitants de présenter leurs retours d’expérience sur les défauts

sions qui se sont dégagées du symposium Jicable HVDC’17 :

REE N°1/2018 Z 83

LES GRANDS DOSSIERS

Introduction

s technologies extrudĂŠes : les travaux se pour-

ĂŠvaluer la faisabilitĂŠ de tensions encore plus ĂŠle-

suivent sur de nouveaux matĂŠriaux, maĂŽtrise

vĂŠes, ouvrant la voie vers une nouvelle gĂŠnĂŠration

nÊcessaire de la conduction, de l’Êvolution des

de systèmes d’isolation des câbles.

charges d’espace et des interfaces avec les accessoires ; s d de nouveaux systèmes tè d de câbles âbl à d des ttensions de 400 à 640 kV DC sont en cours de qua-

Surge and extended overvoltage testing of HVDC cable systems Cette communication prÊsente un point d’avancement des travaux du groupe CIGRE JWG B4/B1/

liďŹ cation ; s coordination d’isolement : de nouveaux phĂŠ-

C4.73, qui ĂŠtudie les essais de choc et de surtension

nomènes transitoires sont liÊs aux nouvelles

de longue durÊe des systèmes de câbles HVDC :

technologies de convertisseurs. Quelle stratĂŠgie

s APERÂĽU HISTORIQUE DE L Ă?TAT DE NORMALISATION DES

d’Êlimination des dĂŠfauts ? Quels essais de qualiďŹ cation ?

systèmes de câbles HVDC ; s R�CAPITULATIF DES RETOURS D EXP�RIENCE

s ďŹ abilitĂŠ et disponibilitĂŠ des liaisons HVDC de

s RĂ?SULTATS PRĂ?LIMINAIRES DE SIMULATIONS

grande longueur. Les exploitants de rÊseaux s’interrogent sur les actions à mettre en place : essais de conformitÊ ; essais de routine : à quelle frÊquence ? Contrôles de production et d’installation, etc.

Des rĂŠalisations innovantes en termes d’installation de câbles sous-marins HVDC, notamment en milieux hostiles, ont ĂŠtĂŠ ĂŠvoquĂŠes. De nombreux retours d’expĂŠrience sur des dĂŠfauts ainsi que sur les mĂŠthodes pour les localiser et les rĂŠparer efďŹ cacement ont ĂŠtĂŠ partagĂŠs.

Cinq communications ont ĂŠtĂŠ sĂŠlectionnĂŠes pour le prĂŠsent dossier :

Challenges and opportunities with interfaces and materials for HVDC cable systems Cet article rappelle les progrès rÊalisÊs sur les systèmes d isolation extrudÊs, d’isolation extrudÊs qui ont notamment permis une spectaculaire augmentation des niveaux de tension (jusqu’à 640 kV). Il dÊcrit ensuite une mÊthode par simulation pour

84 Z REE N°1/2018

Reliability on existing HVDC links feedback

Lucien Deschamps a ĂŠtĂŠ conseiller scientiďŹ que Ă ElectricitĂŠ de France. Ses travaux ont portĂŠ sur les matĂŠriaux pour l’Êlectrotechnique, les câbles de transport d’Ênergie, les ĂŠnergies nouvelles et la prospective technologique. Il a ĂŠgalement travaillĂŠ sur l’ÊnergĂŠtique spatiale et le concept de centrale solaire spatiale.

Lucien Deschamps a crÊÊ et organisÊ de nombreux ÊvÊnements internationaux dont les congrès Jicable, Espace, Mer, Agriculture, Énergie, Foudre... Il est aujourd’hui prÊsident de l’association Grands projets 21, AGP 21, et prÊsident de la commission Astronautique de l’AÊro-club de France.

Paul Penserini a rejoint EDF R&D en 1990, après une agrÊgation en gÊnie civil et une thèse en calcul des structures.

Ses travaux ont portĂŠ sur l’Êvolution des matĂŠriels de rĂŠseaux ĂŠlectriques de distri-i bution et de transport par l’intĂŠgration de nouvelles technologies. Il a dirigĂŠ les laboratoires d’Êtudes et d’essais ĂŠlectriques d’EDF aux Renardières jusqu’en 2007. A RTE, il a dirigĂŠ le dĂŠpartement d’expertise et de recherche dans le domaine des liaisons de puissance et Ă ďŹ bres optiques.

Il est actuellement en charge d’une mission de coordination des activitÊs de gestion des actifs de RTE. Paul Penserini est membre ÊmÊrite de la SEE.

Cette communication prĂŠsente les travaux d’un groupe crĂŠĂŠ au sein d’ENTSO-E Ă la demande des GRT europĂŠens, ayant pour objectif d’amĂŠliorer la ďŹ abilitĂŠ et la disponibilitĂŠ des systèmes HVDC. Elle ĂŠvalue les solutions permettant de rĂŠduire la frĂŠquence et la durĂŠe des dĂŠclenchements de liaisons, qui sont des ĂŠvĂŠnements graves nĂŠcessitant la mise en Ĺ“uvre de moyens très lourds.

Asset management of submarine cables and lessons learned from a repair Cette communication traite de l’amĂŠlioration de la ďŹ abilitĂŠ de câbles sous-marins. On y dĂŠcrit et on y discute, du point de vue d’un GRT, les politiques de gestion des actifs y compris la maintenance prĂŠventive, prĂŠventive la prĂŠparation des chantiers de rĂŠparation et la gestion des pièces de rechange. Celle-ci s’appuie notamment sur les enseignements tirĂŠs par RTE

Introduction

LES GRANDS DOSSIERS

des réparations des câbles sous-marins HTCC de

localisation des défauts sur les liaisons terrestres

l’interconnexion IFA2000 (FR-UK) durant l’hiver

et sous-marines (CA et CC). Il présente des recom-

2016-2017.

mandations sur la mise en œuvre des différentes techniques disponibles. Q

Fault Location on Land and Submarine Links (AC & DC) Cet article est issu des travaux entrepris par le groupe de travail B1.52 du CIGRE sur le sujet de la

Figure 1 : Liaisons existantes et en projet entre le Royaume Uni et le continent. en projet existantes

LES ARTICLES

Challenges and opportunities with interfaces and materials for HVDC cable systems Gian Carlo Montanari, University of Bologna (Italie), Alun S. Vaughan, University of Southampton (UK), Peter Morshuis, Solid Dielectric Solutions (Pays-Bas), Gary C. Stevens, Gnosys Global (UK) .............................................................................................................. p. 86 Surge and extended overvoltage testing of HVDC cable systems Markus Saltzer, ABB Switzerland Ltd. (Suisse), Minh Nguyen-Tuan, SuperGrid Institute (France), Alessandro Crippa, CESI S.p.A. (Italie), Simon Wenig, Max Goertz, Karlsruhe Institute of Technology (Allemagne) & Hani Saad, RTE (France) ........................................................................... p. 94 Reliability on existing HVDC links feedback Patrik Lindblad, ENTSO-E Task Force HVDC Reliability (Finlande) .................................................... p. 102 Asset management of submarine cables and lessons learned from a repair Jean Charvet, RTE (France) .................................................................................................................................. p. 109 Fault Location on Land and Submarine Links (AC & DC) Robert Donaghy, ESB International (Irlande) ............................................................................................. p. 114

REE N°1/2018 Z 85

DOSSIER 2

JICABLE HVDC'17

Challenges and opportunities with interfaces and materials for HVDC cable systems Gian Carlo Montanari; University of Bologna, (Italy), giancarlo.montanari@unibo.it Alun S. Vaughan; University of Southampton, (UK), asv@ecs.soton.ac.uk Peter Morshuis, Solid Dielectric Solutions, (The Netherlands), peter.morshuis@dielectrics.nl Gary C. Stevens, Gnosys Global, (UK), g.stevens@gnosysgroup.com HVDC cable technologies will play a critical part in integrating renewable generation sources into the electrical power systems of the future. Here, we first consider how HVDC cables have evolved to the present time, with reference to the adoption of extruded insulation systems. In particular, we discuss the advances by which recently reported dramatic increases in rated voltage (up to 640 kV) have come about. We then describe a simulation approach for assessing the feasibility of developing cable systems for use at even higher voltages; this suggests that existing insulation materials may be approaching their performance limit, when both the internal electric field and thermal factors associated with heat dissipation in the conductor are jointly considered. Finally, some potential next-generation cable insulation systems are described, which address the performance gaps identified in the simulation.

ABSTRACT

KEYWORDS : Materials design; crosslinked polyethylene; numerical simulation; thermoplastic insulation.

introduction

circumstances, such a solution is impractical where connections

It is now widely accepted that the combustion of fossil

involve crossing the sea or where the perceived environmental

fuels results in changes in atmospheric chemistry that are

impact of overhead lines is unacceptable. This problem is

having an increasing impact on the climate of our planet.

well illustrated in Germany, where low public acceptance

Nevertheless, the demand from both developed and

of overhead power lines means that the Südlink project will

developing economies for energy continues to grow, with

require the installation of a 700 km, 500 kV underground

the U.S. Energy Information Administration’s International

HVDC link from the northern seaboard to demand centers

Energy Outlook 2016 (IEO2016) reference case projecting

in the center and south of the country, in order to integrate

that global generation of electricity will increase from

offshore wind generation. Indeed, in total, TransnetBW

2.2x1013 kWh in 2012 to 3.7x1013 kWh in 2040 [1]. While

GmbH has estimated that Germany will require new HVDC

fossil fuels will, for the foreseeable future, continue to make

transmission corridors with a total length of between 2600

a major contribution to meeting this demand, the role played

and 3100 km and with a total transmission capacity 12 GW

by renewable sources will grow, which will require electrical

[2]. While many HVDC subsea systems have been installed

power systems to evolve to accommodate them.

successfully, such underground systems on land pose many

Increased reliance on renewable sources of electricity generation will, for a number of reasons, require the adoption of new power transmission technologies. First, renewable generation will in general need to be located at sites that are

challenges, many of which relate to the design of the cable and the choice of the insulation system.

Evolution of HVDC cables

remote from major centers of demand (e.g. off-shore wind

Many different HVDC cable technologies have been

farms; hydro-generation in mountainous areas). Second, many

developed in preceding decades and have been successfully

renewable sources of generation (e.g. wind and solar) are

deployed around the world. Although the majority of well-

intrinsically intermittent, which will lead to the interconnection

established HVDC cable systems currently in service are

of national power systems to form international supergrids,

based on paper/oil or mass impregnated insulation systems,

whereby massive power flows over long distances will

the complexity of manufacture, weight and limited operating

become, increasingly, the norm. High voltage direct current

temperature of such systems are contributory factors in

(HVDC) transmission will be essential in facilitating this and,

driving the current interest in HVDC cables based upon

while overhead lines have much to recommend them in many

extruded polymeric insulation.

86 Z REE N°1/2018

Challenges and opportunities with interfaces and materials for HVDC cable systems

Table 1: Extruded DC (HVDC Light) cable systems from ABB submarine and land based installed cables [km] and country and year of installation (adapted from [3]).

It is generally acknowledged that the world's first HVDC transmission system using cable designs based on

properties, with ABB highlighting high breakdown strength and very low DC conductivity as being key characteristics.

extruded polymeric insulation (crosslinked polyethylene – XLPE) was used to connect the Swedish island of Gotland

Space Charge and Impurities

(50 MW; 80 kV; 70 km) in 1999. Incremental advances

XLPE has been widely used for many decades as the

in the following years led to incremental increases in both

insulation in high voltage cables, because of the thermo-

the rating and operating voltage of such systems. Table 1

mechanical benefits that result from crosslinking. Crosslinking of

illustrates this progressive evolution in terms of ABB’s HVDC

low density polyethylene (LDPE) with dicumyl peroxide (DCP)

Light technology [3]. However, recent years have witnessed a

has been studied for many years [5], as having the impact to

remarkable acceleration in the development of such systems,

retain crosslinking by-products on key electrical characteristics.

with companies such as ABB, and latterly NKT, reporting

For example, Hirai et al. [6] considered the impact of a number

major advances in HVDC XLPE technology. In 2014, ABB

of DCP decomposition products on charge transport dynamics

reported on a new 525 kV HVDC extruded cable system

in PE and concluded that cumylalcohol acts as a trap for charge

with a power rating range of up to 2.6 GW for use in both

carriers while acetophenone and _-methylstyrene act to assist

subsea and underground applications [3]. In 2017, the same

carrier transport. Conversely, a complementary theoretical

basic material technology was used by NKT to produce a

study of the effect of such impurities on charge trapping in

640 kV XLPE-insulated HVDC cable which, NKT indicates,

PE suggested that _-methylstyrene should be most strongly

differs from its 525 kV ABB predecessor only in terms of

related to trapping phenomena. While the detailed results of

design optimization, process parameters and through the

such studies may differ, the key conclusion is nevertheless

implementation of more sophisticated quality assurance

equivalent: retention of the small molecular by-products of

measures [4].

DCP decomposition will affect space charge formation which,

From materials to cables

in turn, must increase the local field and thereby reduce service life.

The radical advances in XLPE-insulated HVDC cable

While the crosslinking process itself is a source of impurities,

designs introduced above that have emerged in recent years

it is not alone in this regard and a number of studies have

are based upon novel material systems, which include both

considered the influence that changes in semicon formulation

insulation and complementary semiconducting (semicon)

exert on electrical characteristics of the neighboring insulation.

screen systems. As such, it is worth posing the question: what

In 2010, Nilsson and Boström [7] described an important

is innovative about these systems that has led to such rapid

study of the influence of semicon formulation on space charge

progress? A key factor appears to be Borealis’ development of

accumulation. Specifically, this work involved formulations that

their BorlinkTM materials, which are described as exhibiting an

differed with respect to both the base polymer used and the

optimized combination of chemical, mechanical and electrical

cleanliness of the carbon black. Elemental analysis indicated

REE N°1/2018 Z 87

GROS PLAN SUR

Protection des donnĂŠes personnelles :

Jean-Pierre Quemard PrÊsident de l’Alliance pour la confiance numÊrique (ACN)

le complĂŠment indispensable Ă l’acceptation par le citoyen des nouvelles technologies numĂŠriques, c’est la notion de “Privacy by Designâ€?. En effet, la protection des donnĂŠes personnelles se conçoit comme un ĂŠlĂŠment particulièrement

Confiance numĂŠrique et protection des donnĂŠes personnelles : une dĂŠmarche by design

important de la conďŹ ance numĂŠrique, en tant que sentiment ressenti par les utilisateurs du numĂŠrique, mais aussi en tant que facteur structurant d’un secteur ĂŠconomique homogène et moderne.

La sĂŠcuritĂŠ et la conďŹ ance numĂŠrique sont des sujets dont

C’est pourquoi l’ACN (Alliance pour la conďŹ ance numĂŠ-

l’apprÊhension est particulièrement dÊlicate tant ils sont Êtroite-

rique) a entrepris de fĂŠdĂŠrer largement autour de son action

ment imbriquÊs avec l’ensemble des dÊveloppements induits

l’ensemble des acteurs du domaine de la conďŹ ance et de

par la transformation numĂŠrique. Dans tous les domaines, les

la sĂŠcuritĂŠ numĂŠrique (grands groupes, ETI, PME, labora-

outils et techniques de la conďŹ ance numĂŠrique doivent impĂŠ-

toires, ...). En effet, au-delĂ des questions de structures, il

rativement être pris en compte dès la conception c’est la no-

s’agit dĂŠsormais de dĂŠďŹ nir ensemble une ambition commune

tion de “Security by Designâ€?. La sĂŠcuritĂŠ de l’ensemble repose

pour notre industrie. Dans le domaine de la cybersĂŠcuritĂŠ

en premier lieu sur l’assurance de pouvoir compter sur des

par exemple, notre ambition est de parvenir Ă hisser notre

identitĂŠs numĂŠriques ďŹ ables. En ce sens, le sujet de l’iden-

pays parmi les trois ou quatre leaders mondiaux du secteur,

titĂŠ numĂŠrique constitue le cĹ“ur de la conďŹ ance numĂŠrique

en crÊant les conditions propices à l’Êpanouissement et au

car c’est le point de dÊpart indispensable de toute dÊmarche

dĂŠveloppement de nos entreprises.

de sĂŠcurisation. Nos industries apportent sur chacun de ces

Cette ambition passe ĂŠgalement par un ĂŠchange renforcĂŠ

sujets des rĂŠponses adaptĂŠes Ă travers les produits, services et

entre les offreurs de solutions de conďŹ ance numĂŠrique et

solutions dÊveloppÊes par un Êcosystème performant d’entre-

les intĂŠgrateurs de ces solutions dans leurs propres solu-

prises et de laboratoires de toutes tailles. La France dispose

tions smart (smart industrie, smart building, smart health,

d’une excellence reconnue au niveau international dans ce

smart mobility, smart city‌). En effet, les technologies de

domaine et cela constitue un atout majeur pour l’Êconomie de

sĂŠcuritĂŠ et de conďŹ ance de pointe dĂŠveloppĂŠes par les uns

notre pays mais ĂŠgalement pour garantir sa souverainetĂŠ en

doivent se nourrir des exigences mĂŠtier des autres pour

constituant Êgalement le socle pour la mise en œuvre d’une

ĂŞtre parfaitement adaptĂŠes aux besoins sociĂŠtaux forts, qui

politique europĂŠenne ambitieuse.

sont autant de marchÊs mondiaux en très forte croissance

Au-delĂ de cette rĂŠponse opĂŠrationnelle, les dĂŠďŹ s aux-

à deux chiffres. L’ensemble de ces solutions doit permettre

quels sont confrontĂŠes collectivement nos entreprises sont

de mieux sÊcuriser les ux numÊriques, parmi lesquels les

ĂŠgalement lĂŠgislatifs et rĂŠglementaires. Les initiatives dans ce

donnÊes personnelles doivent faire l’objet d’une attention

domaine sont foisonnantes, tant en France qu’en Europe, et il

particulière. La FIEEC (FÊdÊration des industries Êlectriques,

est capital que le secteur structure et organise sa reprĂŠsenta-

ĂŠlectroniques et de communication) rĂŠunit ces diffĂŠrentes

tion institutionnelle pour que nos messages soient entendus.

catÊgories d’acteurs et est donc pour nous le creuset perti-

De mĂŞme la prise en compte des libertĂŠs individuelles est

nent et incontournable pour dĂŠvelopper ces actions.

La numĂŠrisation croissante de l’ensemble des activitĂŠs de notre sociĂŠtĂŠ bouleverse les paradigmes ĂŠtablis et impose un besoin accru de protection et de conďŹ ance. Cette conďŹ ance repose sur deux piliers, intrinsèquement liĂŠs, que sont la protection des donnĂŠes personnelles et la sĂŠcuritĂŠ numĂŠrique. Conscients de l’enjeu, les lĂŠgislateurs français et europĂŠens tentent d’Êlaborer un cadre juridique dont l’ambition est Ă la fois pĂŠdagogique et coercitive, aďŹ n d’orienter le comportement des utilisateurs. C’est notamment la vocation du projet de règlement sur les donnĂŠes personnelles. L’Alliance pour la ConďŹ ance NumĂŠrique (ACN) salue cette ambition et considère qu’une meilleure comprĂŠhension, notamment par les entreprises, de la valeur des donnĂŠes et de la nĂŠcessitĂŠ de les protĂŠger est un premier pas vers une dĂŠmarche plus globale mais tout aussi nĂŠcessaire de sĂŠcuritĂŠ numĂŠrique. Toutefois, l’ACN souligne que les diverses rĂŠglementations existantes ou en projet doivent impĂŠrativement ĂŞtre apprĂŠhendĂŠes de manière holistique et faire preuve d’une cohĂŠrence irrĂŠprochable, au risque, sinon, de crĂŠer un ĂŠdiďŹ ce rĂŠglementaire illisible et contreproductif.

RÉSUMÉ

120 Z REE N°1/2018

Protection des données personnelles : un premier pas vers la confiance numérique

Nous avons désormais toutes les cartes en main pour

permettra une harmonisation de la législation européenne,

mettre nos atouts nombreux au service d’une ambition forte.

est double : redonner aux citoyens le contrôle de leurs don-

Nos entreprises et notre pays ont un rôle de premier plan

nées personnelles et simplifier l’environnement règlemen-

à jouer dans le domaine de la confiance et de la sécurité

taire des entreprises et des organismes.

numérique. L’action collective et une structuration forte du secteur seront la clé de nos succès futurs.

Un cadre réglementaire en cours de définition

En revanche, beaucoup d’entreprises, dont notamment les plus petites, s’inquiètent vivement des contraintes nées de ce règlement. Isabelle Falque-Pierrotin, la présidente de la CNIL qui s’exprimait à l’occasion des 40 ans de son institution le 25 janvier 2018, se voulait rassurante : « Il y a un phénomène

Conscient du besoin fondamental de protection et de

de rattrapage à l’occasion de ce règlement européen. Au-

confiance vis-à-vis du numérique, qui est désormais au

jourd’hui, beaucoup d’entreprises réalisent qu’elles ne sont

cœur de toutes les activités des citoyens, des entreprises, et

même pas conformes à la loi Informatique et Libertés de

des administrations, les législateurs, français et européens,

1978. Les niveaux de sanction du RGPD font qu’elles se dis-

s’efforcent d’adapter le cadre légal et réglementaire à ce

ent : mon Dieu, il faut que je prenne de vraies mesures pour

nouveau paradigme. En matière de confiance et de sécurité

traiter de la question des données personnelles ! Ce que je

numérique, les réglementations proposées par le législateur

leur dis est qu’il n’y aura pas un couperet le 25 mai 2018. En

affichent souvent une ambition pédagogique autant que

réalité, on mise sur une stratégie d’accompagnement de ces

coercitive.

acteurs pour faire en sorte que ces entreprises comprennent

Le règlement général sur la protection des données personnelles (RGPD) s’inscrit dans ce contexte avec l’idée

les nouvelles obligations, les nouveaux outils qu’elles doivent déployer ».

d’amener l’ensemble des utilisateurs du numérique à s’interr

Le règlement européen s’articule autour de plusieurs axes,

roger, au-delà des obligations formulées par le texte, sur la

dont voici les points principaux :

nécessité pour tous les utilisateurs de prendre en compte la

s Le consentement : Les entreprises devront permettre aux s Le

donnée en tant que telle, de comprendre son cheminement

citoyens d’accéder à un réel contrôle de leurs données

dans les réseaux, son stockage, et la nécessité de la protéger

privées. Le texte, prévoit que « le traitement de données

et de rendre compte de son utilisation lorsque celle-ci est

à caractère personnel n’est licite que si (…) la personne

considérée comme personnelle. Dans ce domaine, et sans

concernée a consenti au traitement de ses données à

entrer dans des débats philosophiques d’actualité, notamment sur la propriété des données, la conscience même de

caractère personnel pour une ou plusieurs finalités spécifiques1 »

l’existence de ces données est une première étape imporr

s Un accès aux données simplifié et un droit d’effacement : Les responsables du traitement devront offrir une

tante pour tous les utilisateurs du numérique.

Depuis 1995, la protection des données personnelles au

plus grande transparence concernant le traitement des

sein de l’Union européenne est régie par la directive 95/46/

données personnelles récoltées. Par ailleurs, les citoyens

CE, qui prévoit la protection des personnes physiques à

seront en droit de demander au responsable du traitement,

l’égard du traitement des données à caractère personnel

l’effacement pur et simple de leurs données personnelles2.

et à la libre circulation de celles-ci. Cette directive, devenue

s Droit s Droit à la portabilité : C’est un droit nouveau qui permet

caduque aujourd’hui, à l’heure du « tout numérique », a été

à une personne de récupérer assez facilement les données

abrogée puis remplacée par le RGPD. En effet, il paraissait

qu’elle a préalablement fournies et de les transférer d’un

primordial de mettre à jour cette ancienne législation, aux

service à l’autre.

vues de l’utilisation de plus en plus fréquente des données

Un des objectifs de ce texte est de rééquilibrer le rapport

via notamment les nouveaux modèles économiques comme

de force, aujourd’hui défavorable, entre le citoyen et le res-

l’open data ou les différents objets connectés.

ponsable de traitement, quel qu’il soit.

En 2012 déjà, la Commission européenne avait proposé

s Harmonisation des règles : L’application directe et obligas Harmonisation

de réformer les textes existants en matière de protection

toire de la directive dans l’ensemble de l’Union européenne,

des données au sein de l’Union européenne, mais ce n’est

et également applicable aux autres entreprises offrant leurs

qu’après plusieurs années que le nouveau texte fut publié au

services en ligne dans l’Union3, atténuera la concurrence

journal officiel de l’Union européenne, le 4 mai 2016. Ce règlement sera directement applicable et obligatoire dans tous les Etats membres, le 25 mai 2018. L’objectif de ce texte, qui

1

Article 6 Article 17 3 Article 3 2

REE N°1/2018 Z 121

Le paradoxe de Fermi : oĂš sont les extra-terrestres ?

L

e lecteur attentif de la REE aura lu dans la rubrique Vient de paraĂŽtre du numĂŠro 2017-5 la notice concernant l’ouvrage collectif OĂš sont-ils ? Les extraterrestres et le paradoxe de Fermi1. Après avoir dĂŠcidĂŠ d’approfondir le sujet, la rĂŠdaction de la REE s’est demandĂŠ oĂš insĂŠrer le prĂŠsent article. Une ActualitĂŠ ? Un Flash Info ? Finalement, pour ne pas paniquer le lecteur inutilement comme l’avait fait avec talent Orson Welles dans son programme radio sur la Guerre des mondes, il ĂŠtĂŠ dĂŠcidĂŠ d’en faire une chronique, ce qui laisse tout loisir de revenir sur le sujet, notamment si d’aventure on venait Ă signaler l’arrivĂŠe d’extraterrestres dans les faubourgs de la Terre‌ Fermi a ĂŠtĂŠ l’un des maĂŽtres de la physique du XXe siècle. Sans dĂŠcrire les principales contributions du père de la première rĂŠaction nuclĂŠaire en chaĂŽne, rappelons que la communautĂŠ scientiďŹ que lui a rendu hommage, au-delĂ du prix Nobel, en donnant son nom aux fermions, qui composent, avec les bosons, la totalitĂŠ des particules ĂŠlĂŠmentaires observĂŠes dans l’Univers, et celui de Fermi Ă une unitĂŠ de longueur correspondant au rayon du noyau nuclĂŠaire et dont la dĂŠnomination moderne est le femtomètre .

Il ĂŠtait aussi connu pour son goĂťt du calcul en ordres de grandeur pour les problèmes les plus divers, aimant surprendre et dĂŠďŹ er ses amis. Ainsi, par exemple, pour estimer le nombre d’accordeurs de pianos Ă Chicago. Sur un plan moins ludique, il estima la puissance du premier test d’une bombe atomique en mesurant la distance parcourue par des morceaux de papier qu’il ďŹ t tomber de sa main durant une explosion. Sa mĂŠthode s’avĂŠra efďŹ cace, l’estimant Ă 10 kilotonnes de TNT pour 20 en rĂŠalitĂŠ.

1

ÂŤ OĂš sont-ils ? Les extraterrestres et le paradoxe de Fermi Âť, M. Agelou, G. Chardin, J. Duprat, A. Delaigue, R. Lehoucq. CNRS Editions 2017

124 Z REE N°1/2018

Source Atomic Heritage (https://www.atomicheritage.org/proďŹ le/enrico-fermi)

CHRONIQUE

Le paradoxe qui porte son nom correspond à un tel calcul. Il l’exposa lors d’un repas avec des collègues (dont le père de la bombe H, Edward Teller) à la cantine du centre de recherche de Los Alamos en 1950. Combien de civilisations extraterrestres auraient-elles dÝ nous être apparues ?

Il est important de souligner que l’on n’Êvoque ici pas nĂŠcessairement la visite de nos amis ET, comme dans le ďŹ lm de Steven Spielberg, mais l’existence de signaux de vie extraterrestres, y compris par ondes ĂŠlectromagnĂŠtiques.

Fermi estima le nombre d’Êtoiles de notre galaxie, puis successivement le pourcentage d’entre elles ayant un système planÊtaire, la probabilitÊ qu’une de ces planètes puisse accueillir de la vie, la probabilitÊ d’avoir une civilisation intelligente, puis le nombre de telles civilisations ayant des moyens technologiques et une volontÊ d’exploration. Ce dernier point n’Êtant pas neutre, car il peut être prudent, comme dit l’adage, de vivre cachÊ.

La valeur à laquelle Fermi arriva n’a pas ÊtÊ consignÊe, mais le nombre obtenu à l’issue du calcul Êtait important.

Comment expliquer alors qu’aucune civilisation extraterrestre n’ait ÊtÊ jusqu’à ce jour dÊtectÊe ? Tel est le fameux paradoxe.

A partir de ces considÊrations, l’astronome Frank Drake Êtablit en 1961 une formule pour estimer le nombre N de civilisations intelligentes dÊtectables à un moment donnÊ dans notre galaxie. La formule de Drake prend l’expression suivante : N = R x fp x ne x fl x fi x fc x L oÚ s 2 EST LE NOMBRE D �TOILES DE NOTRE GALAXIE s Fp EST LA FRACTION DE CES �TOILES AVEC UN SYSTÒME PLAN�TAIRE s Ne est la fraction de ces planètes susceptibles d’accueillir LA VIE

CHRONIQUE

200 ans rapportÊs à 3,5 milliards d’annÊes de vie sur Terre, cela reprÊsente une fenêtre de tir bien faible pour que les Terriens eux-mêmes s’essayent à Êmettre des signaux pour signaler leur prÊsence au reste de l’univers !

EnďŹ n le dernier terme L qui reprĂŠsente la durĂŠe de vie en annĂŠes durant laquelle une civilisation est capable de communiquer Ă travers l’Univers est sans doute le ďŹ ltre le plus sĂŠvère expliquant le paradoxe de Fermi. Si dans ses premières estimations, Drake l’Êvaluait Ă 10 000 ans, ce nombre est bien supĂŠrieur aux durĂŠes des civilisations terrestres connues qui nous ont prĂŠcĂŠdĂŠes. Et vu que homo sapiens a connu seulement 200 ans durant lesquels il pouvait ĂŠmettre des signes de vie dĂŠtectables, certains chercheurs estiment que 500 ans est une valeur moyenne raisonnable.

D’ailleurs, concernant l’effondrement d’une civilisation, un calcul aussi simple que stupĂŠďŹ ant et glaçant est donnĂŠ par un des auteurs de l’ouvrage. Avec une croissance annuelle de 2 %, il nous faudrait 5 000 ans pour consommer la totalitĂŠ de la matière de l’univers observable !

Ces ÊlÊments expliqueraient ainsi l’absence ou la raretÊ de civilisations en mesure de communiquer avec la nôtre.

Ceci Êtant, cela soulève des questions presque philosophiques : quel orgueil que de penser, comme tant d’autres sur Terre l’ont dÊjà fait, que notre vie intelligente est unique dans l’Univers.

D’autres thÊories sont aussi avancÊes, comme celle de la panspermie. Selon elle, la vie sur Terre aurait ÊtÊ apportÊe par des comètes depuis d’autres planètes et d’autres Êtoiles.

Des initiatives et programmes scientiďŹ ques variĂŠs, dont le SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), fondĂŠ par Frank Drake lui-mĂŞme, ont ĂŠtĂŠ lancĂŠs et se poursuivent Ă la recherche d’une vie extraterrestre.

La modestie s’impose donc avant des conclusions dĂŠďŹ nitives. Les ĂŠlĂŠments qui s’offrent Ă notre analyse offrent cependant une explication sur l’absence de nos amis (ou pas‌) les extraterrestres, malgrĂŠ toute la fascination qu’ils exercent sur nous. Si l’on ĂŠtait dans la dĂŠmonstration d’une ĂŠquation, l’on serait tentĂŠ de terminer par CQFD. Si tel n’Êtait pas le cas, et que des preuves de leur existence voyaient le jour, la REE ne manquerait pas d’en informer immĂŠdiatement ses lecteurs‌ Q Source : Wikipedia en anglais : AfďŹ che du ďŹ lm ET de Steven Spielberg

s Fl est la fraction de ces planètes habitables qui ont vu la VIE SE D�VELOPPER s Fi EST LA FRACTION DE CES PLANÒTES AVEC VIE i INTELLIGENTE w s Fc est la fraction de celles Êmettant des signaux sur de LONGUES DISTANCES s , EST LA DUR�E MOYENNE D UNE CIVILISATION CAPABLE DE communiquer à travers l’univers.

Comme le souligne l’ouvrage, chacun des termes de cette expression – qui n’est pas une Êquation au sens formel – reprÊsente des degrÊs de complexitÊ bien diffÊrents et surtout relève de domaines diffÊrents.

R, le nombre d’Êtoiles de la Voie lactÊe, est aujourd’hui estimÊ à quelque 240 milliards.

Après les observations des premières exoplanètes dans les annÊes 1990, fp peut être dÊsormais estimÊ à 1, soit une moyenne d’une par Êtoile.

La part des planètes pouvant accueillir la vie, ne, est moins connue, mais sa valeur devrait ĂŞtre sufďŹ samment ĂŠlevĂŠe pour considĂŠrer qu’il n’est pas nul, et donc ce n’est pas la raison expliquant la non dĂŠtection d’extraterrestres.

La fraction de ces planètes habitables, fl, est mal connue, mais une estimation plausible serait de l’ordre de l’unitÊ.

Les quatre premiers termes de la formule de Drake sont donc non-nuls.

Penchons-nous sur les trois derniers termes.

Pour de nombreux chercheurs, une des principales raisons de l’absence de signaux de vie extra-terrestres serait que la fraction fi des planètes avec une vie intelligente serait nulle. En effet les conditions pour rÊunir une intelligence telle que la nôtre sont exceptionnelles à rÊunir.

Des chercheurs prÊtendent l’avoir dÊmontrÊ. Il s’agit au passage d’une conclusion qui dÊtonne, eu Êgard à notre dÊtachement au cours des prÊcÊdents siècles d’une vision anthropocentrique de l’Univers. Comment accepter que nous soyons la seule espèce dans l’histoire de la galaxie à avoir connu un tel niveau d’intelligence ?

Le sixième terme, fc, dÊsigne la part des planètes avec un haut niveau technologique, capable d’Êmettre des signaux ou d’envoyer des objets dans l’espace. En analysant le cas de la terre et ses quelque 4,5 milliards d’annÊes, la vie y est apparue il y a 3,5 milliards d’annÊes, les dinosaures il y a 250 millions d’annÊes puis ont disparu après 160 millions d’annÊes, et durant leur existence, les dinosaures n’ont guère fait preuve d’intelligence technologique.

Homo sapiens est apparu il y a 300 000 ans, mais la technologie nÊcessaire à la production de signaux pouvant voyager dans l’espace n’est apparue qu’il y a deux siècles.

Bruno Meyer

REE N°1/2018 Z 125

❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱❱ RETOUR SUR

Les femmes et la science Marc Leconte Membre émérite de la SEE

de science remarquables, de l’Antiquité à nos jours, avant de nous intéresser à l’évolution fondamentale de l’éducation intervenue à la fin du XIXe siècle.

Depuis les débuts de l’histoire humaine, les femmes ont eu trop souvent un rôle social secondaire. En effet, dans la littérature anthropologique, elles ont été long-

La scientifique de l’Antiquité tardive : Hypatie (370-415)

temps confinées à la maternité et aux activités domes-

Fille du philosophe Théon, conservateur du musée

tiques. L’influence des religions a souvent accentué

d’Alexandrie, Hypatie est reconnue comme la pre-

cet effacement. L’histoire politique, de l’Antiquité à nos

mière femme de science. Son père assure lui-même

jours, a cependant gardé quelques noms de femmes

son éducation et elle se montre d’une grande intel-

influentes sinon dirigeantes qui ont pu exercer une ac-

ligence. Après un séjour à Athènes pour compléter

tion remarquable lié à un contexte particulier. De tout

sa formation philosophique, elle revient à Alexandrie

temps, certaines ont également exercé leurs talents de

et écrit plusieurs ouvrages d’astronomie et construit

conseillères, inspiratrices de philosophes, artistes ou

plusieurs appareils scientifiques dont un astrolabe.

savants mais généralement bridées dans leurs activi-

Elle devient célèbre et donne des cours et beaucoup

tés, reléguées dans l’ombre des hommes et exclues

viennent de loin pour l’écouter. Tout cela finira mal

des milieux intellectuels et politiques.

en vertu de ce que nous avons exposé plus haut.

Cet ostracisme a été longtemps alimenté par les

L’évêque local entrera en conflit avec le préfet païen et

intellectuels et philosophes. Aristote indiquait par

sa conseillère Hypatie sera horriblement assassinée

exemple, que les femmes étaient des êtres infé-

par une bande de chrétiens fanatiques, meurtre qui

rieurs, sans logique ni intelligence. Cette opinion

demeurera impuni.

était généralement répandue et ne changea guère au Moyen Age et à la Renaissance. Quand les universités naissent en Europe, comme la Sorbonne en 1257, les

Le temps difficile des pionnières jusqu’au milieu du XIXe siècle

femmes en sont exclues. Celles qui acquièrent par

C’est d’abord Laura Bassi, qui enseigne la pre-

elles-mêmes quelques connaissances sont souvent

mière la physique à l’université de Bologne en Italie

pourchassées et traitées de sorcières.

en 1733 puis Emilie du Chatelet qui traduit en fran-

S’agissant du cas des femmes de science, il semble

çais les Principia de Newton en 1756 et puis encore

qu’elles étaient jadis très peu nombreuses et il est bien

Caroline Herschel, sœur de William, qui devint, dans

difficile de citer de nombreux exemples de femmes

les années 1820, la première astronome profession-

ayant marqué l’histoire des sciences. Les femmes pou-

nelle et reçut la médaille d’or de la Royal Astrono-

vaient tout au plus, avec de la chance, être proches

mical Society. En France, à la même époque, l’Aca-

d’un homme de science, père, frère ou mari (voir plus

démie des sciences récompense la mathématicienne

loin Ada Lovelace et Caroline Herschel) et c’est ainsi

Sophie Germain.

que, jusqu’au XVIIIe siècle, certaines femmes sont par-

Mais, selon les pays et les disciplines, il existe en

venues à laisser des travaux parfois importants. Mais

Europe des situations très différentes. Au début du

bien souvent, les femmes qui tentent l’aventure de

XIXe siècle, la science se professionnalise, la physique

la science sont moquées par les moralistes, comme

est encore la philosophie naturelle dont Newton a

Boileau qui raille Madame de la Sablière au XVII siècle,

écrit les principes mathématiques et en Angleterre

première femme à animer un salon scientifique, pré-

se développe une culture scientifique qui n’est pas

tendant qu’elle a ruiné son teint en suivant Jupiter avec

seulement académique mais qui touche la société

un astrolabe. Ces préjugés et clichés perdureront tout

sous la forme d’académies dissidentes. Les grandes

au long des siècles qui suivront.

universités, comme Cambridge ou Oxford, sont angli-

e

Faisant fi de ces difficultés et de ces préjugés,

canes, elles ne sont pas ouvertes à tout le monde et

nous allons cependant évoquer quelques femmes

diffusent un enseignement traditionnel fondé sur la

126 Z REE N°1/2018

Les femmes et la science

logique d’Aristote et la géométrie euclidienne. C’est une pé-

Ada Lovelace

riode particulière, marquée par la révolution industrielle (17801850) qui n’est pas suivie par les institutions universitaires et un risque de rupture apparaît entre le monde industriel et académique. Les mathématiciens dits algébristes, comme Babbage, auront à cœur de réconcilier les académiques et les ingénieurs. Mary Somerville et surtout Ada Lovelace vont exercer leurs facultés exceptionnelles au service des sciences et des techniques dans ces deux mondes.

Mary Somerville (1780-1872)

Illustration 2 : Ada Lovelace avec en arrière plan, le tableau algorithme qui décrit les opérations à effectuer par la machine analytique de Charles Babbage.

La fille de Lord Byron et d’Annabelle Milbanke, une intellectuelle qui s’intéressait aux mathématiques, est née le 10 décembre 1815. Ada Byron fut élevée par sa mère qui s’était séparée de son père car elle ne voulait pas qu’elle suive son exemple déplorable à ses yeux. Elle donna à sa fille un enseignement très approfondi en sciences, ce qui était inhabituel pour une fille de la noblesse. En 1835, Ada épouse William Illustration 1 : Mary Somerville - Source newscientist.com

King qui devient trois ans plus tard comte de Lovelace. En

Fille d’un amiral écossais, Mary Somerville reste illettrée

1839, Ada, après trois grossesses difficiles, décida de se

jusqu’à l’âge de 10 ans car sa mère lui a simplement appris

consacrer aux mathématiques. Ada, qui a rencontré Charles

à lire mais pas à écrire. Un peu plus tard, elle lit un article sur

Babbage chez Mary Somerville en 1833, lui demanda un

l’algèbre et se découvre alors un intérêt pour les sciences.

tuteur en mathématiques qui sera Auguste de Morgan.

Elle apprend le latin en cachette pour pouvoir lire Euclide

Charles Babbage, considéré aujourd’hui comme le père

dont elle a entendu le nom. Ses connaissances se renforcent

des ordinateurs était un mathématicien formé à Cambridge

par la découverte des livres de son père sur la trigonomé-

également en quête d’innovations techniques et de machines

trie et l’astronomie. Sa famille s’inquiète pour sa santé et la

qui réduisaient les opérations humaines. Ces machines pou-

force à se marier avec un cousin, Samuel Grieg, capitaine de

vaient servir à automatiser des calculs pour la navigation et

marine russe misogyne qui aura le bon goût de décéder rapi-

l’astronomie. Ada, passionnée par les machines de Babbage,

dement en 1807 en laissant un héritage conséquent.

devint son amie et après son enseignement de l’algèbre par de

Mary épouse un autre cousin, William Somerville, qui,

Morgan, participa à son grand projet de « machine analytique ».

lui, reconnaît les grandes qualités de sa femme. Le couple

Au début du XIXe siècle, l’algèbre n’est pas une science, n’étant

s’installe à Londres et fait bientôt parti des milieux intellec-

pas construite de manière déductive comme la géométrie. Les

tuels de l’époque. Mary va traduire la mécanique céleste de

algébristes veulent lui donner une structure sans renoncer à

Pierre Simon Laplace, elle vérifie les calculs et ajoute des

l’expérience. La machine analytique de Babbage est la maté-

schémas explicatifs. Après quatre années de travail, l’ouvrage

rialisation de l’analyse algébrique dans son ensemble.

est publié et connaît un immense succès. Mary a rédigé une

Ada commença à travailler sur la machine analytique par

préface remarquable qui sera éditée séparément et inspi-

l’intermédiaire de Charles Wheatstone qui supervisa durant

rera John Couch Adams, le découvreur de Neptune avec Le

neuf mois entre 1842 et 1843 la traduction du français en

Verrier. Mary terminera sa vie en étudiant la géophysique et

anglais de l’article d’un jeune chercheur qui la décrivait. Ada

en se joignant aux premiers combats des femmes. Elle sera

ajouta au document originel plusieurs notes importantes

l’une des toutes premières vulgarisatrices des sciences. C’est

qui donnèrent au texte une profondeur supplémentaire qui

par son intermédiaire qu’Ada Lovelace va rencontrer Charles

impressionna Babbage. Dans l’étude détaillée de la machine,

Babbage.

Ada avait inventé la démarche algorithmique avec des cartes

REE N°1/2018 Z 127

ENSEIGNEMENT & RECHERCHE

« Former des ingénieurs solides sur leurs bases techniques » Entretien avec Véronique Bonnet Directrice générale, ESME Sudria

REE : Vous dirigez l’ESME Sudria depuis trois ans. C’est une école qu’en tant qu’ingénieurs du secteur de l’énergie, nous avons l’impression d’avoir toujours connue. Pouvez-vous nous parler un peu de son histoire ?

Véronique Bonnet : l’ESME Sudria est effectivement une très ancienne école. Elle a une histoire parallèle à celle de la révolution industrielle induite par le développement de l’électricité depuis le début du XXe siècle. Fondée en 1905 par Joachim Sudria, elle s’est appelée Ecole supérieure de mécanique et d’électricité, nom qu’elle a gardé même si, aujourd’hui, on n’y fait plus guère de mécanique, mais bien davantage de l’électronique, de l’informatique et des réseaux de télécommunication. Ce nom traduit la priorité apportée à la technologie et l’envie d’aller sur toutes les innovations technologiques, en gardant toujours l’électricité comme fil conducteur de notre évolution.

Créée à Paris, elle y est restée concentrée jusqu’au début des années 2000. Elle est demeurée pendant trois générations dans le giron de la famille Sudria, allant jusqu’à diplômer 200 ingénieurs par an à la fin des années 80.

REE : Mais, comme les histoires d’amour selon les Rita Mitsouko, les belles sagas familiales ne finissent pas toujours bien…

V. B. : Oui. La situation s’est ensuite dégradée. Le nombre de diplômés est descendu aux environs de 100 au début des années 2000.

En 2006, un entrepreneur, lui-même diplômé de Sudria, Marc Sellam, a racheté son ancienne école et l’a intégrée au groupe Ionis1, qu’il présidait. Nous sommes depuis lors intégrés dans ce groupe, mais, en tant qu’école d’ingénieurs, nous y avons un statut associatif et une très grande indépendance, tant au niveau de la gestion que de la stratégie et du contenu de la formation. Le groupe Ionis nous apporte principalement son appui en matière de communication et de logistique.

Nous sommes maintenant montés à environ 250 diplômés annuels, avec une ambition plus forte pour les prochaines années, en liaison avec notre développement en régions : 300 dans deux ans, 350 dans les quatre ans à venir. Cela répond réellement à une demande fortement croissante, en particulier dans le domaine de l’énergie.

REE : Croissance forte, mais ambition inchangée ? Comment caractériseriez-vous votre école et le type d’ingénieurs que vous formez ?

V. B. : Notre ambition est toujours de former des ingénieurs solides sur leurs bases techniques, ce qui implique, tout au long du cursus, un fort 1

Créé en 1980 par Marc Sellam, IONIS Education Group est aujourd’hui le premier groupe de l’enseignement supérieur privé en France. 24 écoles rassemblent dans 14 villes de France près de 27 000 étudiants en commerce, marketing et communication, gestion, finance, informatique, numérique, aéronautique, énergie, transport, biotechnologie et création...

accent mis sur les applications techniques et les projets concrets. Le champ d’activité a bien sûr évolué, l’école se caractérisant aujourd’hui par un équilibre entre le secteur de l’énergie et celui du numérique.

Dans les différents domaines, les ingénieurs que nous formons sont majoritairement orientés vers les activités de développement : recherche et développement, gestion de projets, chargés d’affaires, etc. Cette orientation majeure se retrouve dans la diversité des débouchés à la sortie de l’école, que ce soit au sein des départements de R&D des entreprises, dans des startups ou des sociétés de services et de conseil qui gèrent des projets de développement.

REE : Parlons du recrutement dans votre école. Comment sélectionnez-vous les candidats ?

V. B. : L’ESME Sudria a toujours été une école à prépa intégrée, recrutant majoritairement au niveau du bac. Le sens en a toutefois un peu changé : initialement, c’était des classes préparatoires, hébergées par l’école, où l’on préparait des concours ouvrant vers Sudria ou vers d’autres écoles. Aujourd’hui, quand on rentre en cycle préparatoire à Sudria, c’est, sauf incident de parcours ou réorientation, pour y rester, et cela n’est pas sans conséquences sur le contenu de l’enseignement en cycle préparatoire. Nous y reviendrons.

REE : Mais cette volonté de garder les élèves pendant cinq ans rend encore plus cruciale la qualité de la sélection des candidats…

V. B. : La sélection se fait dans le cadre du concours « ADVANCE », commun aux quatre écoles d’ingénieurs du groupe Ionis (EPITA, ESME Sudria, IPSA et SUP Biotec ). En 2017, il y avait 5 000 candidats pour 1 250 places offertes par ces quatre écoles. Trois étapes dans le processus : s 0REMIÒRE ÏTAPE UN RECRUTEMENT DIRECT SUR DOSSIERS QUI CONCERNE environ 4 à 5 % des candidats ; s $EUXIÒME ÏTAPE POUR LES RESTANTS TROIS ÏPREUVES ORALES (mathématiques, anglais et un entretien dit de « synthèse et motivation », qui permet de mettre en perspective le livret scolaire et les résultats des deux autres épreuves). La procédure, qui implique de recevoir plus de 4 000 candidats, est lourde, mais nous en sommes fiers, car elle marque la priorité donnée à la motivation des candidats ; s %NlN LES RESTANTS SONT APPELÏS Ì PASSER LES ÏPREUVES ÏCRITES quatre épreuves sur une journée (mathématiques, physique, français, anglais).

La synthèse des résultats est ensuite intégrée au dispositif national « APB » (maintenant « ParcourSup »).

80 % des candidats retenus seront, cinq ou six ans plus tard, diplômés de l’ESME Sudria.

REE N°1/2018 Z 135

ENSEIGNEMENT & RECHERCHE

EnďŹ n les promotions sont complĂŠtĂŠes, en cours de cursus, par l’admission sur dossier d’une trentaine de titulaires de DUT ou BTS et l’admission sur concours d’une cinquantaine d’Êtudiants venant de classes prĂŠparatoires (concours commun EPITA, IPSA, ESME Sudria).

REE : L’Êcole est privÊe, ce qui veut dire aussi payante‌ V. B. : 8 000 à 9 000 euros par an, c’est effectivement important et on ne peut pas nier que cela soit un frein pour des familles modestes même si on est loin du niveau des universitÊs amÊricaines.

Nous avons toutefois le souci de garder une certaine mixitĂŠ sociale, notamment grâce Ă des bourses du CROUS ou de la Fondation ESME, qui a ĂŠtĂŠ crĂŠĂŠe par quatre grandes entreprises (Eiffage Energie, Engie, Technip, Alstom Transport) et par l’association des diplĂ´mĂŠs, et qui Ĺ“uvre sous l’Êgide de la Fondation de France. En outre, de l’ordre de 40 % des ĂŠlèves travaillent pour contribuer au ďŹ nancement de leurs ĂŠtudes.

REE : L’apprentissage est-il aussi une rÊponse à ce problème du coÝt de la scolaritÊ ?

V. B. : Nous proposons une formation par apprentissage, pour une cinquantaine d’Êtudiants par promotion : s 5NE CYCLE s 5NE DIZAINE DE PLACES RĂ?SERVĂ?ES ĂŒ DES Ă?TUDIANTS ISSUS DU CYCLE prĂŠparatoire ; 5NE QUARANTAINE POUR DES Ă?TUDIANTS VENUS D AUTRES lLIĂ’RES

ss 5NE notamment des IUT, ainsi que quelques très bons BTS ou exprÊpas.

La question ďŹ nancière n’est toutefois pas prĂŠpondĂŠrante dans le choix de l’apprentissage. C’est davantage la diversitĂŠ des proďŹ ls qui est dĂŠterminante. La maturitĂŠ professionnelle est un critère important, notamment pour une entreprise qui s’engage dans une dĂŠmarche de ÂŤ prĂŠ-recrutement Âť. Nous sĂŠlectionnons donc les candidats Ă l’apprentissage Ă la fois sur leurs compĂŠtences acadĂŠmiques et sur notre estimation de leur capacitĂŠ Ă trouver une entreprise qui les accepte, principalement dans le secteur de l’Ênergie, puis nous les aidons Ă trouver cette entreprise, notamment en organisant des forums au sein de l’Êcole.

REE : Venons-en maintenant au contenu de l’enseignement.

Vous Êvoquiez un cycle prÊparatoire intÊgrÊ dans le cursus global de l’Êcole, donc avec un programme diffÊrent.

V. B. : C’est exact. Certes les disciplines fondamentales (mathĂŠmatiques, physique, technologie, français, anglais, LV2, communication, dĂŠcouverte de l’entreprise), qui constituent le tronc commun de la formation, reprĂŠsentent 80 % de la formation, mais elles sont centrĂŠes sur les connaissances dont on aura besoin dans la suite du cursus. Cela signiďŹ e, par exemple, que l’on n’y fait pas de chimie et ASSEZ PEU DE MĂ?CANIQUE -AIS LE TEMPS AINSI LIBĂ?RĂ? ENVIRON du temps) est consacrĂŠ Ă des parcours d’ouverture que l’Êtudiant choisit, Ă chaque semestre, parmi cinq offres qui lui sont faites : s PARCOURS INGĂ?NIEUR MANAGER Ă?CONOMIE lNANCE ET GESTION DROIT s PARCOURS DROIT marketing et communication) ; s PARCOURS BIOTECH ET SANTĂ? BIOLOGIE MOLĂ?CULAIRE BIOCHIMIE TECHNOs PARCOURS BIOTECH ET SANTĂ? BIOLOGIE MOLĂ?CULAIRE BIOCHIMIE TECHNOlogies pour la santÊ‌) ; s PARCOURS INTERNATIONAL OĂĄ LES COURS SONT FAITS EXCLUSIVEMENT EN EN s PARCOURS anglais ; s PARCOURS INNOVATION CRĂ?ATIVITĂ? DANS LES FABLABS DE L Ă?COLE INITIATION s PARCOURS INNOVATION CRĂ?ATIVITĂ? DANS LES FABLABS DE L Ă?COLE INITIATION Ă la recherche, ateliers collaboratifs) ; s PARCOURS Ă?NERGIE ET ENVIRONNEMENT Ă?NERGIES NOUVELLES POLITIQUES s PARCOURS Ă?NERGIE ET ENVIRONNEMENT Ă?NERGIES NOUVELLES POLITIQUES ĂŠnergĂŠtiques, bâtiments Ă ĂŠnergie positive, etc.).

Les diffÊrents parcours impliquent souvent des collaborations inter-Êcoles. Cette personnalisation de la formation joue un rôle important dans la motivation de l’Êtudiant et l’aide à commencer à construire son projet professionnel.

REE : Et on en arrive au cycle ingÊnieur‌ V. B. : A son entrÊe en cycle ingÊnieur, l’Êtudiant choisit un  parr cours d’excellence  parmi les cinq proposÊs qui sont ceux du cycle prÊparatoire. Il s’oriente ainsi soit vers un secteur d’activitÊ (santÊ, Ênergie et environnement), soit vers un type de mission (innovation, international, management). A chaque parcours correspond un choix de  majeures  ou de doubles diplômes que l’Êtudiant peut obtenir : master de recherche universitaire, master of science à l’international, diplôme grande Êcole ou master of science de l’ISG, titre d’expert en ingÊnieries des biotechnologies de l’Êcole d’ingÊnieur Sup’Biotech.

Figure 1 : Fablab sur le campus de Lille.

136 Z REE N°1/2018

LIBRES PROPOS

JEAN-PIERRE HAUET Rédacteur en chef de la REE

Un mix gazier 100 % renouvelable en 2050 : peut-on y croire ?

L

’ADEME a présenté à la fin janvier 2018 une

qu’elle apporte, ne laisse aucun doute : toute l’étude

étude exploratoire intitulée « Un mix de gaz

tend à prouver que, grâce à la combinaison de trois

renouvelable 2050 ? » réalisée en collabora-

techniques différentes, il sera possible d’atteindre cet

tion avec GRDF et GRTgaz. Cette étude a été

objectif de 100 %, tout en restant dans des limites de

assez largement reprise par la presse et a fait l’objet tout

coût acceptables. Les apports respectifs de ces trois

au long du mois de février, de la part des organismes

techniques se décomposeraient en 30 % pour la filière

gaziers, d’intenses campagnes de promotion dans les

de méthanisation évoquée ci-dessus, 40 % par celle de

grands médias et dans les rues de la capitale.

la pyrogazéification des matières sèches et 30 % par le “power-to-gas” basé sur l’hydrogène.

Attention à ne pas induire le public en erreur

Un tel sujet est très difficile à expliquer au grand public et les Français font confiance à l’ADEME, comme

Du gaz renouvelable ? Pourquoi pas. Il y a bien long-

aux organismes publics régulés que sont les réseaux de

temps que l’on utilise le phénomène de la fermentation

transport (GRTgaz) et de distribution (GRDF), pour leur

méthanique pour transformer en biogaz, à l’aide de mi-

apporter une information objective et fiable. Beaucoup

cro-organismes, de la matière organique venant de l’agri-

de décisions se prennent quotidiennement qui engagent

culture, de l’industrie ou des déchets ménagers. La tech-

l’avenir pour des décennies. Tel est le cas en particulier

nologie est connue et était pratiquée en France en 2017

du bâtiment où le renouvellement des logements se fait

par 519 installations de production, représentant une

selon un rythme de 100 ans. Des choix malencontreux,

puissance électrique de 400 MW pour une production

influencés par des prises de position officielles censées

d’environ 2 TWh d’électricité. 35 stations réinjectaient

refléter l’intérêt général, peuvent se payer très cher, sur

du biométhane dans le réseau public de gaz à hauteur

le plan des émissions de CO2 notamment, s’il s’avère,

de 315 GWh/an soit 0, 05 % de la consommation fran-

plus tard, que ces prises de position étaient infondées

çaise de gaz naturel1. Mais vouloir passer de 0,05 % à

ou biaisées.

100 % interpelle, alors que la loi sur la transition éner-

L’ADEME a bien évidemment le droit d’explorer des

gétique pour la croissance verte, à laquelle on ne peut

voies novatrices pour tenter de limiter nos émissions

pas reprocher d’avoir eu des visions conservatrices sur

de CO2 qui dérivent dangereusement, ceci est même

le développement des énergies renouvelables, ne pré-

l’une de ses missions. Mais le problème en la circons-

voit qu’une part de 10 % d’énergies renouvelables dans

tance est qu’une étude exploratoire se trouve promue

la consommation de gaz en 2030. De 10 à 100 %, la

auprès du public à des fins manifestement commer-

route est longue…

ciales. Ceci nous amène en conséquence à la ques-

L’ADEME a pris soin d’accompagner le titre de son

tion « Un mix gazier 100 % renouvelable : peut-on y

étude d’un point d’interrogation ; cependant la réponse

croire ? » et notre réponse est «… bien difficilement ».

Et ceci pour toute une série de raisons que nous allons

1

Source : http://www.statistiques.developpement-durable.gouv.fr/ publicationweb/41

141 Z REE N°1/2018

tenter de résumer.

LIBRES PROPOS

Quatre catégories d’obstacles à surmonter

voie électrolytique l’hydrogène nécessaire à la filière

La demande en énergie à satisfaire

“power-to-gas”,

hydrogène

réinjecté

directement

Tout d’abord l’étude de l’ADEME, dans ses scénarios

dans le réseau ou reconverti en méthane. L’étude de

énergie-climat 2035-2050 fait l’hypothèse que, tout en

l’ADEME évoque une ressource primaire d’électricité

maintenant la croissance économique aux environs de

de 205 TWh d’origine renouvelable pouvant conduire

1 ,4 à 1,7 %, il sera possible de réduire fortement les

à la production de 140 TWh de gaz. Ces chiffres sont

consommations d’électricité et de gaz, ramenant ces

considérables, d’autant plus que l’ADEME se place

dernières de 460 TWh à 300 TWh environ. Les partisans

dans le contexte d’un mix électrique 100 % renouve-

de la décroissance s’en réjouiront mais rien n’est moins

lable. Malgré la réduction de la consommation finale

sûr car une élasticité négative n’a jamais été observée de

d’électricité qu’elle prévoit, on mesure l’étendue des

façon durable dans les décennies passées et nous paraît

surfaces et les moyens qu’il faudrait pour parvenir à

« thermodynamiquement » irréaliste.

de tels résultats. On peut s’étonner en outre qu’au lieu d’une utilisation directe de l’électricité permettant d’en

Disposer de ressources suffisantes

tirer le meilleur parti, on envisage des circuits com-

Il faut ensuite évoquer la question des ressources :

plexes de production d’hydrogène puis de gaz de syn-

s ,ES MATIÒRES ORGANIQUES SONT CENSÏES NE PAS PORTER

thèse dont la combinaison conduit à une dégradation

atteinte aux cultures alimentaires au-delà de ce que le

cumulative des rendements.

décret du 7 juillet 2016 autorise en France (15 % de la ressource). En Allemagne, souvent citée en exemple, où l’on compte 9 000 installations de biogaz produi-

Disposer de technologies matures et performantes

sant 4,1 GW électriques, le développement du biogaz

Notre troisième réserve porte sur les technologies.

s’est trouvé confronté à un problème de surfaces,

La méthanisation est une technologie éprouvée qui

avec, en 2015, 22 000 km2 consacrés aux cultures

offre peu de gains de productivité, comme l’exemple

énergétiques. Espérer pouvoir collecter en France des

allemand le démontre. Elle présente par contre certains

ressources organiques alternatives sans se heurter au

risques qui ne devraient pas être passés sous silence : le

même syndrome, semble bien incertain. On notera en

méthane est un puissant gaz à effet de serre, les fuites

outre que le biométhane n’est pas réinjecté en Alle-

de méthane doivent être soigneusement évitées et le

magne dans le réseau de gaz mais utilisé sur place

traitement des digestats doit être maîtrisé sous peine

pour produire de l’électricité (5 à 6 % de la consom-

d’entrainer des émissions très nocives sur le plan de

mation). Ceci veut dire qu’il ne faut pas compter la

l’environnement.

ressource deux fois et qu’il faut choisir : soit on utilise

A contrario, les techniques de pyrogazéification et

la ressource de produits organiques pour produire du

de power-to-gas sont loin d’être matures mais l’ADEME

biométhane et le réinjecter dans le réseau, soit on pro-

estime qu’elles le seront en 2050 avec des hypothèses

duit du biogaz converti en électricité et en chaleur mais

de gain sur les rendements. C’est un pari mais on peut

ce biogaz n’est alors plus disponible pour la réinjection.

remarquer que la gazéification et la production de gaz

s ,A SITUATION NE SE PRÏSENTE PAS DE FA¥ON PLUS SIMPLE DU

de synthèse sont des technologies à l’étude depuis des

côté de la pyrogazéification qui pourrait utiliser jusqu’à

décennies sans qu’elles ne soient jamais parvenues à

20 Mtep de bois et de ses dérivés afin de produire

atteindre le seuil de la compétitivité.

jusqu’à 180 TWh de gaz. Or la production de la forêt française stagne aux environs de 9 Mtep depuis des

Parvenir à la compétitivité

années. Les problèmes de collecte sont dirimants,

Sur le plan économique, l’étude de l’ADEME estime

malgré les plans bois successifs, et l’accroissement des

qu’il sera possible de produire le gaz 100 % renouvelable

surfaces tout à fait problématique.

à des coûts allant de 116 à 153 F/MWh. Pour fixer les

s 1UANT Ì LA TROISIÒME VOIE ELLE REPOSE SUR L HYPOTHÒSE

idées, on rappellera que le gaz à un an se traite actuel-

qu’il sera possible de dégager des quantités très im-

lement sur les places européennes aux environs de 17 à

portantes d’électricité renouvelable pour produire par

18 F/MWh. C’est donc à une multiplication par 7 à 8 du

142 Z REE N°1/2018

LIBRES PROPOS

coÝt d’approvisionnement auquel il faut s’attendre. Certes,

s LA COMMERCIALISATION DU GAZ VERT COMME CELLE DE L Ă?LEC-

l’usage du gaz fossile viendra sans doute à être grevÊ

tricitĂŠ verte et leur rĂŠinjection sur le rĂŠseau devrait se

d’une taxe carbone de plus en plus importante : la contri-

faire sous le couvert de certiďŹ cats d’origine. Un registre

bution climat-Ênergie est aujourd’hui fondÊe sur un prix de

des garanties d’origine biomÊthane existe, mais il est

rÊfÊrence du CO2 de 44,6 F/t et l’on prÊvoit que ce prix de

encore peu utilisĂŠ ;

rĂŠfĂŠrence passera Ă 86,2 F en 2022. Mais, en admettant

s ENlN L HYDROGĂ’NE DĂ?CARBONĂ? CONSTITUE TRĂ’S PROBA-

une hausse du prix du gaz de 3 % par an jusqu’en 2050,

blement l’une des Ênergies de l’avenir mais, avant

c’est un prix du carbone de 370 à 570 F/t de CO2 en

même de parler d’utilisation, il est clair aujourd’hui

2050 qu’il faudrait pour rentabiliser la ďŹ lière. On notera

que son coÝt de production par Êlectrolyse de l’eau

au demeurant qu’en 2017, malgrÊ des prix de rachat très

est excessif. Il faut faire baisser le coÝt d’investis-

attractifs allant jusqu’à 195 F/MWh, la ďŹ lière biomĂŠthane

sement des ĂŠlectrolyseurs et les utiliser tout au

ne parvient pas Ă se dĂŠvelopper au rythme escomptĂŠ.

long de l’annÊe. Vouloir les amortir en les alimentant seulement lorsque des Ênergies renouvelables

Trois voies d’action pour progresser

seront disponibles voire excĂŠdentaires, conduit Ă

Il y a donc de gros obstacles Ă surmonter aďŹ n de

une impasse. Pourquoi dans ces conditions ne pas

parvenir Ă une ďŹ lière gaz 100 % renouvelable et il nous

revenir à l’une des idÊes qui Êtait investiguÊe lors du

paraĂŽt imprudent de laisser croire que cela est possible.

lancement du programme nuclĂŠaire et, au lieu de

Cela ne signiďŹ e pas que des efforts ne doivent pas ĂŞtre

fermer prÊmaturÊment des centrales, utiliser l’Êlec-

faits dans cette direction pour tirer le maximum de la

tricitÊ qu’elles peuvent produire pour fabriquer de

ďŹ lière dans des limites ĂŠconomiquement acceptables.

l’hydrogène ? Cette ÊlectricitÊ, combinÊe à celle pro-

Nous prĂŠconisons pour cela trois mesures :

venant des ĂŠnergies renouvelables, permettrait de

s LES Ă?NERGIES RENOUVELABLES DE RĂ?SEAU DEVRAIENT Ă?TRE

faire baisser drastiquement le prix de revient de l’hy-

traitÊes sur un pied d’ÊgalitÊ et à paritÊ avec les Êner-

drogène et les Êlectrolyseurs, effaçables à la pointe,

gies renouvelables locales, comme le prĂŠconise la

deviendraient un ÊlÊment de exibilitÊ essentiel

Commission europĂŠenne. Cela veut dire que, dans

DANS LA CONDUITE DES RĂ?SEAUX 1UANT ĂŒ L HYDROGĂ’NE IL

les règlements de construction, la boniďŹ cation ÂŤ car-

pourrait être utilisÊ par l’industrie ou injectÊ dans les

bone Âť dont bĂŠnĂŠďŹ cient les rĂŠseaux de chaleur doit

rĂŠseaux de gaz qui se trouverait ainsi valorisĂŠ. Rap-

être Êtendue aux rÊseaux de gaz et d’ÊlectricitÊ, mais

pelons que le gaz de ville de jadis, outre l’oxyde de

sur la base de donnĂŠes auditables de leurs contenus

carbone dont la toxicitĂŠ est bien connue, contenait

respectifs en ĂŠnergies renouvelables ;

jusqu’à 50 % d’hydrogène ! Q

REE N°1/2018 Z 143

Entre science et vie sociĂŠtale,

les ÊlÊments du futur Une publication de la Edition/Administration : SEE - 17, rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 TÊl. : 01 5690 37009/17 Site Web : www.sssee.asso.fr

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148 Z REE N°1/2018

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