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Partenariat de recherche

13/03/2015

Quel prix pour l'électricité ?

(CC) Olivier Bacquet

Avec la montée en puissance des énergies renouvelables et l'apparition de nouveaux outils, capables de gérer les besoins en fonction des tarifs, le marché de l'électricité connaît de profondes mutations. Face à cette évolution, l’équipe associée franco-canadienne STEM s'applique à inventer de nouveaux modèles de consommation.

Depuis trois ans, le courant passe entre les deux rives de l'Atlantique : trois chercheurs de l’équipe-projet Dolphin (commune avec l'université Lille1*) d’Inria Lille - Nord Europe et trois chercheurs de l'école polytechnique et de l'université de Montréal travaillent ensemble régulièrement, au sein d’une équipe de recherche associée, baptisée STEM (voir encadré). Leur objectif ? Imaginer de nouveaux outils d'optimisation du marché de l'électricité, en pleine évolution.

Adapter les usages à l’offre

« C'est un sujet d'une actualité brûlante, explique Luce Brotcorne, porteuse du projet côté français. La montée en puissance des énergies renouvelables dans notre mix électrique pose des problèmes de sécurité d'approvisionnement. Une part importante de ces énergies, l'éolien et le solaire notamment, est par nature sujette à de fortes variations. Cela fragilise l'équilibre de l'offre et de la demande, qui doit être assuré à tout moment, sous peine de blackout. Or, les sources d'appoint utilisées traditionnellement, centrales à gaz, pétrole ou charbon, sont polluantes et coûteuses. Il est donc tentant de rechercher l'ajustement du côté de la demande. »

Luce Brotcorne

Depuis quelques années, de nouveaux outils émergent pour donner davantage de flexibilité au marché de l’électricité. Installés chez les particuliers ou dans les entreprises, des boîtiers communicants sont capables de différer ou de déclencher le démarrage d'équipements en fonction des informations qu'ils reçoivent, en particulier le prix de l'électricité. Cette logique de réseaux électriques intelligents, appelés aussi smart grids , se concrétise par l’usage d’ "agrégateurs", des dispositifs qui regroupent des entreprises ou des particuliers et négocient en leur nom "l'effacement" d'une partie de leur consommation dans les moments critiques, contre rétribution.

Deux modèles pour un même marché

« Pour bien comprendre les enjeux, il faut pouvoir les modéliser , poursuit Luce Brotcorne. Nous sommes face à une situation classique d'équilibre de marché, à ceci près que la demande doit également faire l’objet d’une optimisation. Il faut alors avoir recours à des modèles mathématiques appelés bi-niveaux, que connaissent bien Gilles Savard et Patrice Marcotte, deux de mes homologues canadiens. Nous avions déjà travaillé ensemble il y a quelques années sur un sujet voisin, celui de la libéralisation du marché du transport aérien. Nous savions que nos approches, à la fois différentes et complémentaires, donneraient du relief à un travail commun sur celui de l'électricité. Cela justifiait la création d'une équipe associée.  »

Créée en janvier 2012, l'équipe choisit rapidement de développer deux modèles complémentaires. Le premier est centré sur l'étude de la demande et le second porte sur le comportement des offreurs non professionnels d'électricité renouvelable, par exemple des particuliers équipés de panneaux photovoltaïques.

Des incertitudes à lever

Pour étudier la demande, l’équipe STEM a conçu un agrégateur unique, qui a permis de confirmer que les sources d’énergies électriques se substituent très rapidement les unes aux autres au gré des variations de prix. Ce phénomène, mal pris en compte par les modèles économiques classiques, confirme la puissance de l'outil tarifaire pour gérer les réseaux.

La modélisation de l’offre est plus complexe, car de nombreuses incertitudes demeurent : comment les producteurs vont-ils prendre en compte les incertitudes de la météo ? Vont-ils auto-consommer leur électricité, la stocker, la déstocker ou la vendre pour en acheter à meilleur marché ? « Nous nous appuyons sur l’expertise de Michel Gendreau, un spécialiste des énergies renouvelables, notamment de l'hydraulique, souligne Luce Brotcorne. Il utilise depuis longtemps les méthodes d'optimisation sous incertitude dites stochastiques, particulièrement utiles dans ces situations.  »

Bon accueil des scientifiques

L'équipe a présenté fin 2014 les premiers résultats de ses travaux, portant sur la  modélisation et les méthodes de résolution, lors d'une dizaine de conférences. Celles-ci ont notamment eu lieu devant la société française de recherche opérationnelle et d’aide à la décision (ROADEF), ses équivalents européen et international, l'EURO et l'IFORS, et lors des prestigieux entretiens Jacques Cartier, à Lausanne. Les réactions positives de ces publics qualifiés l'ont amené à demander le statut d'International Inria Partner, qui distingue les meilleures collaborations internationales Inria. Avant, peut-être, de demander son renouvellement à partir de 2016, « tant il reste à faire sur ces questions  », conclut Luce Brotcorne.

L'équipe franco-canadienne STEM

Chercheuse au sein de l'équipe Dolphin du centre Inria Lille - Nord Europe, Luce Brotcorne est spécialisée en recherche opérationnelle, mettant en jeu mathématiques, informatique et économie. Inspiratrice du projet STEM, elle codirige avec Gilles Savard, directeur de la recherche et de l'innovation de l'école polytechnique de Montréal, la thèse d'une jeune étudiante, Sezin Afsar, sur l'optimisation de la demande d'électricité par l'outil tarifaire.

Luce Brotcorne encadre aussi, avec Michel Gendreau, professeur à l'école polytechnique de Montréal, la participation d'une postdoctorante, Ekaterina Alekseeva, à l’étude du comportement des producteurs d'énergie renouvelable.

* au sein de l'UMR 9189 CNRS-Centrale Lille-Université Lille1, CRIStAL.

Mots-clés : Consommation d’énergie Gestion intelligente de ses consommations Comportement du client Calcul et simulation Optimisation Equipe DOLPHIN

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