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Développement durable

Laure Guion - 18/03/2013

Optimiser l’énergie pour l’avenir

Pour la deuxième Semaine des mathématiques, du 18 au 24 mars 2013, la thématique choisie est « Mathématiques pour la planète Terre ». L’occasion pour nous de mettre en avant les projets de recherche qui travaillent sur cette thématique.
Rencontre avec Olivier Teytaud, de l’équipe-projet Tao, qui démarre le projet POST ayant pour but de produire une plateforme logicielle permettant l’optimisation des investissements dans le système électrique à l’échelle continentale.

Quel est l’objectif du projet POST ?

Avec la société Artelys, PME spécialisée en optimisation, nous venons d’obtenir un financement de l’ADEME pour travailler pendant quatre ans sur la simulation et l’optimisation dans le domaine de la production et du transport de l’électricité . Les récentes innovations technologiques dans le domaine du transport en courant continu haute tension, ouvrent la possibilité auparavant extrêmement limitée, d’envisager la construction de grands réseaux à courant continu dans les décennies qui viennent. Il s’agit là d’une opportunité nouvelle pour le développement de ces « Supergrids » reliant les centres de productions d’électricité d’origine renouvelable et les centres de consommations. Nous nous posons trois grandes questions : avec quoi on produit, avec quoi on transporte, et avec quoi on stocke , car qui dit énergies renouvelables, où on ne choisit pas le moment de sa production, dit stockage d’énergie. Au final, on doit pouvoir livrer un outil qui permet de voir clairement comment est produite et circule l’énergie en fonction de très nombreux critères, pour orienter les investissements à long terme.

Comment se déroule le projet ?

Ce simulateur va être alimenté par trois types d’entrées.

  • Tout d’abord des données , ce qui nous oblige à comprendre assez finement le fonctionnement de chaque technique pour le transcrire informatiquement, et le mettre dans un modèle. Nous ajoutons également des informations obtenues dans la littérature scientifique sur le sujet sur la façon dont réagissent les différents éléments de production, de transport et de stockage.
  • Ensuite, nous établissons différents scénarios , avec un aspect économique  (s’il y a du développement qui appelle la consommation, ou au contraire une crise où on ne consomme plus) et géopolitique  (volonté plus ou moins aigüe d’autonomie énergétique dans chaque pays), la possibilité de pénalisations écologiques  (sur la consommation d’essence ou du charbon, ou le choix d’arrêter le nucléaire), mais aussi en intégrant des hypothèses technologiques . Sur ce point, nous établissons des hypothèses pour chaque mode de production et de stockage.
  • Enfin, nous intégrons et comparons différents scénarios d’investissements , sur les centrales de production électrique comme sur le réseau.

Ces trois grands types d’information permettent au simulateur d’établir des coûts. L’intérêt de notre approche est que pour permettre un ajustement, c’est-à-dire une boucle fermée de rétroaction, nous intégrons un optimiseur. Celui-ci apporte de nouvelles informations et fournit de nouvelles stratégies d’investissement pour améliorer les coûts (coûts qui s'entendent à la fois économiques et écologiques).

Au niveau de la simulation, quelles sont les difficultés ?

L’avantage de la simulation, c’est de pouvoir mieux appréhender le système , notamment pour les énergies renouvelables qui sont difficiles à gérer dans un réseau. En effet, il n’y a pas forcément de vent au moment des pointes de consommation, ni assez de soleil en fin d’après-midi quand tout le monde rentre chez soi ! Il faut donc quelque chose pour éponger la variabilité , et que nous soyons capables de simuler suffisamment finement cette compensation. Un autre exemple est la grosse production éolienne dans le nord de l’Europe, qui pose la question du transport car la production a lieu loin de là où on consomme l’énergie. Nous devons donc prendre en compte la perte d’énergie sur les lignes de transport. Ces deux aspects, d'adéquation de la production dans le temps et dans l'espace, doivent être simulés . On modélise le stockage d’électricité, notamment hydraulique. Les  stations de transfert d'énergie par pompage (STEP) par exemple, permettent de faire remonter de l’eau dans un barrage pour produire de nouveau de l’électricité au moment adéquat.

L’énergie est le plus important problème d’optimisation du siècle

Et par rapport à l’optimisation, quels sont les défis ?

Le but d’une optimisation est d’obtenir un résultat optimal selon différents critères . Nos outils de base sont l'optimisation dynamique stochastique et l’apprentissage par renforcement. Ces techniques d'optimisation sont adéquates pour des problèmes ayant une composante de temps. Mais cette optimisation est également multi-objectifs, via la multiplicité des scénarios possibles et les différents critères.

En quoi ce projet vous a-t-il intéressé ?

Déjà au niveau de la méthode de travail, nous nous différencions des autres équipes. Par exemple, d'autres études ont une approche « plaque de cuivre », c’est-à-dire qu’elles font l'approximation que l’électricité circule parfaitement et sans coût, ou que le stockage journalier n'est pas un problème. Dans notre modèle, nous souhaitons allez loin en terme de finesse du modèle . Nous avons choisi de travailler sur ce projet de façon la plus ouverte possible . Ainsi, des personnes extérieures pourront réagir durant toute la durée du projet, et nous pourrons prendre en compte les critiques pour améliorer le modèle et limiter le risque. Enfin, une bonne énergie est un gros atout pour l'industrie et pour les particuliers ; on sait que le paysage va beaucoup changer dans le domaine de l'énergie, donc les décisions prises dans les décennies qui viennent auront une grande importance. J’ai vraiment pris goût à avoir une application de mon travail, et plutôt que d’avoir 10 petits projets, je préfère avoir une grosse problématique qui débouchera sur quelque chose de réel. Je pense que ça va être une source de problèmes monstrueux, mais s’il n’y avait pas d’enjeux, il n’y aurait pas d’intérêt .

Mots-clés : Développement durable Énergie Artelys Inria Saclay - Île-de-France Équipe TAO Olivier Teytaud

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