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08/02/2018

De nouveaux moyens de télécommunication pour des Grids encore plus Smart

Le développement des Smart Grids en réponse à la production croissante d’énergie renouvelable décentralisée, à l’essor de nouveaux usages comme le véhicule électrique et à la volonté de maîtriser nos consommations est autant une question énergétique qu’un enjeu technologique. C’est ce que reconnait le Plan France Numérique 2012-2020 en fixant comme objectif prioritaire le développement de réseaux électriques intelligents par le "rapprochement des acteurs des TIC et de l’énergie, au travers de projets communs". Ainsi, au-delà des technologies classiques de type filaire ou réseaux mobiles, de nouveaux démonstrateurs Smart Grids testent des solutions de télécommunication innovantes, couplées à des objets connectés, qui ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement des réseaux intelligents. Quelles sont ces solutions et leurs applications ? Quelles stratégies adoptent les acteurs de ce nouveau marché ? Quelles sont les perspectives de développement ?

 

Les réseaux bas débit longue portée bouleversent le secteur des télécoms

 

Face aux réseaux traditionnels de type GSM ou WiFi, les réseaux dits Low Power Wide Area (LPWA) se développent depuis quelques années. Caractérisés par leur faible débit, ils sont très peu énergivores, contrairement aux autres réseaux, et permettent donc de transporter de petites quantités d’informations avec une grande autonomie et une longue portée. Ils sont donc particulièrement adaptés pour des capteurs qui émettent de faibles volumes de données de façon périodique, comme la télé-relève de compteurs ou la remontée d’alarmes. Autre avantage de taille : leur faible coût. Ils exploitent en effet une bande de fréquences libre de droit (autour de 868 MHz en France), donc sans coût de licence, et les émetteurs/récepteurs associés coûtent seulement quelques euros, contre plusieurs dizaines pour des puces haut débit.

La France est pionnière dans ce domaine avec la création de la start-up toulousaine Sigfox en 2009. Cette avance a permis à Sigfox de développer largement la couverture de son réseau en France (92% du territoire avec 1500 antennes) mais aussi à l’étranger. Sa technologie se base sur l’utilisation d’une bande de fréquences très étroite (Ultra Narrow Band), permettant de limiter les interférences, l’entreprise se rémunère ensuite sur le nombre d’objets connectés à son réseau. Face à cette technologie propriétaire, l’alliance LoRa, issue du rachat de la start-up française Cycléo par l’américain Semtech en 2012, mise sur un protocole ouvert, un débit plus important et le développement d’un standard international ainsi que d’un écosystème d’acteurs pour sa technologie. Principal concurrent de Sigfox, sa couverture est moins étendue et nécessite davantage d’antennes mais des acteurs historiques tels que Bouygues Telecom et Orange proposent d’ores et déjà leur propre réseau LoRa. Face à ces deux acteurs majeurs, de nouveaux entrants pénètrent ce marché émergent et développent une approche intégrée : Qowisio qui propose une offre bout en bout incluant hardware, software et réseau télécom et Actility qui commercialise des services d’efficacité énergétique basés sur des capteurs et un réseau LoRa.

Les réseaux LPWA sont particulièrement adaptés aux réseaux de distribution d’énergie et d’eau. Ainsi, le réseau de distribution d’électricité opéré par Enedis est historiquement peu instrumenté en ce qui concerne la Basse Tension, le coût et la complexité étant augmentés par la multiplicité des infrastructures (départs, points de comptage) et des configurations de réseaux très variées. Des projets pilotes lancés récemment ont fait le choix d’expérimenter des solutions LPWA pour lever ces contraintes.

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Des démonstrateurs Smart Grids français font le pari des LPWA

 

Issu du Programme Investissements d’Avenir (PIA) de l’ADEME, le démonstrateur SO GRID piloté par Enedis a exploité pendant un an une chaîne de communication couvrant l’intégralité du réseau de distribution d’une aire urbaine de Toulouse. Cette chaîne comprenait des équipements et fonctions d’observabilité et de pilotage du réseau basés sur la technologie Courant Porteur en Ligne de 3ème génération (CPL G3), qui utilise le réseau électrique pour transmettre l’information. Ce type de réseau filaire est très courant dans les applications Smart Grids en France car il est sécuritaire, facile à installer, de bonne portée et ne nécessite pas d’investissement supplémentaire dans les lignes réseau. Son application est cependant limitée en fonction des situations, notamment en zone rurale où le réseau électrique très étendu peut rendre coûteux son déploiement, ou pour les réseaux d’eau et de gaz qui ne coïncident pas forcément avec le réseau électrique. La chaîne de communication SO GRID a permis de remonter pendant un an des données de consommation clients mais aussi de mesure du système électrique à différents points du réseau, ainsi que d’agir à distance sur des équipements. Les résultats ont été très encourageants : pour la première fois, une portion du réseau basse et moyenne tension a été intégralement connectée grâce à une technologie filaire et 5 brevets ont été déposés.

Le nouveau démonstrateur Smart Occitania, centré sur le déploiement des Smart Grids en milieu rural, est lui aussi lauréat du PIA de l’ADEME. Dans la lignée de SO GRID, il vise à déployer 4000 capteurs pour améliorer l’observabilité et la conduite du réseau de distribution électrique. Contrairement à son prédécesseur urbain, c’est le réseau LPWA de Sigfox qui sera utilisé pour communiquer avec les capteurs. Au-delà de la volonté de développer l’économie locale, Sigfox étant une PME de la région, ce type de réseau longue portée à bas coût s’adapte parfaitement à un réseau rural étendu, peu dense et majoritairement aérien. Sigfox est associé au consortium à l’origine du projet et assure que sa technologie permettra de faire remonter les informations très rapidement pour fournir un meilleur service au client[1]. Débuté en avril 2017, l’expérimentation doit durer 3 ans et demi pour un budget de 8 millions d’euros. S’étendant sur l’ensemble du territoire de la région Occitanie, son objectif final est de concevoir un nouveau modèle de réseaux intelligents en milieu rural, réplicable et exportable à l’étranger, tout en développant une filière économique locale.

Parmi les récents lauréats du PIA, le projet PicoWatty entend lui aussi exploiter les possibilités offertes par le LWPA associé à une infrastructure d’objets connectés. L’objectif est d’apporter des services liés à l’énergie et à la santé à différents types d’usagers : particuliers en situation de précarité énergétique, entreprises et collectivités locales, copropriétés... Piloté par EcoCO2, le projet s’appuiera sur l’utilisation des « pico-passerelles » développées par la société Archos. Ces pico-passerelles sont des prises de courant commandées, connectées à internet et qui jouent le rôle d’antennes miniatures à l’échelle d’un bâtiment. Equipées d’une puce LoRa, elles permettent de créer un réseau LPWA « collaboratif » à bas coût, ces prises ayant un coût cent fois moindre qu’une antenne classique, pour peu que chaque bâtiment soit équipé. L’objectif affiché par Archos est de concurrencer Sigfox et LoRa en affichant des prix moindres et en partageant 50% des revenus des connexions avec ceux qui développeront leur réseau de pico-passerelles.

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Le déploiement massif de ces nouvelles solutions nécessitera la convergence des acteurs

 

Dans le monde des réseaux bas débit appliqués au Smart Grids, la compétition s’intensifie entre les opérateurs historiques tels que Orange et Bouygues Telecom, les pure players (Sigfo, LoRa, Qowisio, Actility, etc), les fabricants de matériels qui développent leurs offres IoT[2] (Archos, Sagemcom, STMicroelectronics, etc) et les énergéticiens. Certains d’entre eux développent ainsi des compétences télécom pour proposer de nouveaux services à leurs clients : c’est le cas d’Engie à travers sa filiale Engie M2M dédiée à l’installation et l’exploitation du réseau Sigfox en Belgique. En effet, le potentiel du marché est énorme : l’agence américaine du commerce extérieur a évalué les dépenses mondiales annuelles consacrées aux Smart Grids à 30 milliards de dollars[3], et les spécialistes tablent sur 30 à 40 milliards d’objets connectés d’ici 2020[4]. Cependant, aucun acteur ne peut déployer seul les réseaux télécom nécessaires aux Smart Grids, ils doivent former des partenariats. C’est le cas notamment de l’alliance Wize créée par GRDF, Suez et Sagemcom en mars 2017 pour promouvoir la technologie bas débit longue portée du même nom.

Face aux dizaines de protocoles de communication aux spécifications variées coexistant sur le marché, les enjeux d’interopérabilité et de standardisation sont cruciaux pour le développement à plus large échelle des solutions. A ce titre, la Commission Européenne impose à chacun de ces démonstrateurs d’étudier tout particulièrement ces deux aspects. Dernier enjeu de taille pouvant constituer un frein au développement des réseaux LPWA : la cybersécurité. Les réseaux de télécom utilisés par les utilities sont historiquement des réseaux fermés et dédiés. Le déploiement de réseaux sans fil et l’augmentation du nombre de points d’interaction entre réseaux peut constituer un risque de cyber attaques dont il faudra se prémunir.

 

Sia Partners

 

Notes & sources

[1]La Dépêche du midi, Les technologies spatiales en première ligne, 2017

[2] IoT : Internet of Things, désigne l’utilisation d’objets connectés pour répondre à un besoin

[3]Think Smartgrids, Le marché mondial des Smart Grids vu par le Département du Commerce américain, 2017

[4]Verizon et ABI Research, 2017

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