La « smart grid » aux Etats-Unis - Mission pour la Science et la ...

Ambassade de France à Washington
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Domaine
Document
Titre
Technologies de l’Information
Rapport d’Ambassade
La « Smart Grid » aux Etats-Unis, un enjeu fédéral
Auteur(s)
Date
Contact SST
Franz Delpont, Robert Jeansoulin, Frédéric Lohier
2 septembre 2010
attache-stic.mst@ambafrance-us.org
Numéro
Mots-clefs
Distribution de l’énergie, réseau de données, sécurité, normes
Résumé
Le terme de « Smart Grid » s’impose aujourd’hui de manière incontournable dans le
débat sur l’avenir de la consommation énergétique. Face à l’augmentation de la
demande, à l’apparition de sources d’énergie nouvelles et à un usage en pleine
évolution, le réseau (Grid) de distribution de l’électricité doit devenir un élément de
plus en plus actif (Smart).
Les technologies de l’information doivent permettre d’affronter deux défis majeurs :
favoriser l’introduction de sources multiples et décentralisées grâce à un flux
bidirectionnel d’information ; réguler l’offre et la demande pour optimiser la
production et la fiabilité du réseau. Nous présentons les dimensions technique et
sociétale que cette notion recouvre et en quoi elle est devenue un enjeu majeur
dans la réalité américaine de 2010.
Ce rapport présente un état des lieux du réseau américain, de ses failles qui
montrent combien l’intervention fédérale est indispensable dans cet immense pays.
Après une description des technologies utilisées dans la Smart Grid, nous montrons
les bénéfices espérés comme les obstacles attendus (normalisation, sécurité,
confidentialité), pour finir sur l’impact économique, politique et législatif sur la
société américaine.
NB : Toutes nos publications sont disponibles auprès de l’Agence pour la Diffusion de l'Information
Technologique (ADIT) - 2, rue Brûlée, 67000 Strasbourg (http://www.adit.fr)
Téléchargement gratuit : http://www.bulletins-electroniques.com/rapports/pays/etatsunis.php

Table des Matières
RESUMÉ ...................................................................................................................................... 3
1 LE RESEAU ELECTRIQUE AMERICAIN N’EST PLUS VIABLE A MOYEN ET LONG TERME .......... 4
1.1 RÉSEAU ÉLECTRIQUE : OBJET TECHNIQUE ET SOCIAL ..................................................................... 4
1.1.1 L’électricité : service et marché.................................................................................. 4
1.1.2 La situation américaine : un héritage à assumer....................................................... 6
1.1.3 Les différences avec la France ................................................................................... 8
1.2 UNE REMISE EN QUESTION COMPLETE EST INDISPENSABLE ............................................................ 9
1.2.1 Remettre en état l’infrastructure vieillissante ........................................................... 9
1.2.2 Tirer avantage des sources d’énergie renouvelable ................................................ 11
1.2.3 Mieux équilibrer production et consommation ....................................................... 14
2 LES TECHNOLOGIES DE LA « SMART GRID » ET LEURS APPORTS ....................................... 15
2.1 NOUVEAUX ACTEURS ET NOUVELLES TECHNOLOGIES .................................................................. 15
2.1.1 Nouvelles technologies ............................................................................................ 16
2.1.2 Nouveaux acteurs .................................................................................................... 19
2.2 LES BENÉFICES APPORTES PAR L’IMPLEMENTATION DE CES TECHNOLOGIES ..................................... 24
2.2.1 Efficacité, Fiabilité, Prix ............................................................................................ 24
2.2.2 Intégration de nouveaux usages .............................................................................. 25
2.2.3 Environnement : réduction des émissions de gaz à effet de serre .......................... 25
2.2.4 Sécurité .................................................................................................................... 26
2.2.5 Economie nationale et compétitivité mondiale ....................................................... 26
3 LES IMPLICATIONS LIEES A LA MISE EN PLACE DE LA « SMART GRID » .............................. 28
3.1 DE NOMBREUX OBSTACLES ATTENDUS ..................................................................................... 28
3.1.1 Normes et compatibilité .......................................................................................... 28
3.1.2 Sécurité .................................................................................................................... 31
3.1.3 Protection de la vie privée ....................................................................................... 31
3.1.4 La « Smart Grid » ne fait pas encore l’unanimité .................................................... 33
3.2 UN CHANTIER ÉCONOMIQUE ET POLITIQUE............................................................................... 35
3.2.1 Volonté politique et financement fédéraux ............................................................. 35
3.2.2 Evolution du cadre législatif..................................................................................... 39
CONCLUSION ............................................................................................................................ 41
TABLE DES FIGURES .................................................................................................................. 42
BIBLIOGRAPHIE......................................................................................................................... 43
2

RESUMÉ
A l’heure actuelle, tous les secteurs d’activité s’appuient peu ou prou sur les Nouvelles
Technologies de l’Information et de la Communication. L’électricité n’échappe pas à la règle
comme le confirme la notion de « Smart Grid » qui s’impose aujourd’hui de manière
incontournable dans le débat sur l’avenir de la consommation électrique.
Pour faire face aux récentes évolutions apparues dans le secteur électrique, le réseau de
distribution d'électricité (« Grid ») doit devenir plus « intelligent » (« Smart ») et s’appuyer sur
les technologies de l’information pour affronter deux enjeux majeurs. Tout d’abord, favoriser
l’intégration des énergies renouvelables en permettant une production d’électricité
décentralisée grâce aux flux d’informations bidirectionnels. Enfin il est nécessaire de mieux
réguler l’équilibre de l’offre et de la demande de la consommation électrique afin d’optimiser la
production et d’augmenter la fiabilité du réseau électrique.
Avant même de prendre les rênes de la Maison Blanche, l’administration Obama a saisi
l’importance de cette nouvelle notion. Dans un pays aussi vaste, les faiblesses du système
électrique sont nombreuses : les structures sont vieillissantes et coûteuses, et ne pourront pas
s’adapter aux usages en pleine évolution. Une rénovation de ce secteur apparaît donc
indispensable. Toutefois, la « Smart Grid » va beaucoup plus loin qu’une simple rénovation, il
s’agit de repenser totalement le réseau de distribution de l’électricité.
Dans de telles conditions, l’intervention de la puissance publique fédérale est essentielle : un
projet de cette envergure requiert en effet une approche à la fois globale et coordonnée. Ce
n’est qu’à ce prix que de gros bénéfices pourront être tirés de l’implémentation d’un tel
changement.
Ainsi, la « Smart Grid » constitue un véritable enjeu fédéral dans la réalité américaine de 2010.
Sa conception et sa construction sera cependant un processus long et complexe. Un tel sujet
requiert de grandes compétences techniques que ce soit pour comprendre le réseau électrique
américain et ses besoins, ou pour parvenir à choisir la ou les technologies les plus appropriées
pour la mise en place d’une « Smart Grid ». De plus, une évolution de cette ampleur aura de
nombreuses incidences et fera l’objet de résistance et obstacles. L’enjeu est néanmoins de taille
pour les Etats Unis car la « Smart Grid » pourrait être ni plus ni moins un pas décisif vers son
indépendance énergétique.
Ce rapport présente un état des lieux du réseau électrique américain afin de démontrer en quoi
celui-ci n’est pas viable dans la durée. Après avoir fait le point sur les différentes technologies
utilisées dans le cadre de la « Smart Grid », il montre en quoi les bénéfices d’une telle démarche
peuvent être considérables. Enfin, il explore les obstacles attendus en termes de normalisation,
de sécurité et de confidentialité ainsi que les implications de la « Smart Grid » sur les aspects
politique, économique et législatif dans la société américaine.
3

1 Le réseau électrique américain n’est plus viable à moyen et long
terme
1.1 Réseau électrique : objet technique et social
1.1.1 L’électricité : service et marché.
On peut aisément comprendre la différence entre la production et le transport de l’électricité.
Ces dernières années, le transport d’électricité a subi un certain nombre d’évolutions, avec un
décalage de plus en plus important entre le transport sur longues distances (très hautes
tensions, axé sur les centres d’interconnexion et de transformation) et l’installation locale
(tension d’usage courant (110V), axé sur la consommation et la facturation de l’électricité).
Cette séparation a eu lieu essentiellement dans les années 1990 lors de l’ouverture de la
distribution au capital financier qui est survenue dans la plupart des pays développés. Dans le
cas précis des Etats-Unis, tout a basculé avec l’Energy Policy Act (EPACT, 1992).
Ainsi, le modèle Production >> Transport >> Distribution est devenu le paradigme traditionnel
d’apport de l’électricité à l’ensemble d’une population. Ce modèle apparemment linéaire est
plus complexe qu’il n’y paraît de prime abord. Les centrales électriques sont en général situées
loin des zones de forte densité de population et sont généralement de taille importante afin de
profiter d’économies d’échelle. L’électricité générée est d’abord mise sous très haute tension
pour être connectée au réseau de transport, déplaçant l’électricité sur de grandes distances
jusqu’à des stations régionales. La tension y est alors abaissée et l’électricité entre sur un réseau
de distribution avant d’arriver finalement aux stations locales où la tension est une nouvelle fois
abaissée à un niveau exploitable par les consommateurs. Ce modèle centralisé traditionnel et
ses variantes sont cependant en train de muer avec l’introduction de nouvelles technologies sur
le réseau, mais aussi à cause du passage de la notion de service à celle de marché.
1.1.1.1 Equilibre offre-demande en condition de marché ouvert.
L’électricité ne se stocke pas à l’échelle industrielle. Les gestionnaires de réseaux de transport
ont donc pour mission de réaliser à tout instant l’équilibre Offre-Demande, c'est-à-dire de
résoudre en temps réel l’équation suivante :
Production + Importation = Consommation + Exportation
En effet, si dans le cas d’un opérateur unique, la seule contrainte est d’équilibrer production et
consommation, dans le cas d’un marché ouvert, les sources comme les destinataires de cette
électricité peuvent être multiples. En conséquence, en fonction de ces différentes équations, le
prix de l’électricité va varier.
1.1.1.2 Equilibre offre-demande en fonction des sources d’énergie.
Les énergies fossiles présentent l’avantage de pouvoir être stockées sous forme de combustible
(liquide, solide ou gazeux) à proximité des centrales de production et donc d’être
immédiatement disponibles pour répondre à la demande. Au contraire, il est impossible de faire
fonctionner à la demande la plupart des centrales à énergie renouvelable ce qui limite
grandement leur intégration massive dans le réseau. En effet, le réseau actuel n’est pas capable
de supporter le déploiement de telles sources renouvelables. Il faudrait pour cela construire un
vaste réseau de lignes à haute tension pour maîtriser le territoire et connecter les régions où les
sources d’énergie renouvelable sont abondantes aux villes et agglomérations, principales
consommatrices d’énergie.
4

Le schéma traditionnel (Figure 1) montre que les énergies renouvelables ne sont envisagées
qu’en complément local et non dans un schéma national.
Figure 1. Schéma général d'un réseau national d'électricité. Source : Wikipédia
L’intégration d’une offre intermittente ne pourra voir le jour à grande échelle sans le
développement d’une architecture décentralisée reliant consommateurs et producteurs. D’un
autre côté, la demande d’électricité étant fortement dépendante des conditions climatiques et
de l’activité économique, les producteurs doivent établir des prévisions de consommation et
ajuster leur production selon des modèles réalistes.
Le concept de « Smart-Grid » est né avec l’expansion des réseaux informatiques et désigne
l’utilisation de Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) au sein des réseaux
électriques pour optimiser la distribution entre les producteurs et les consommateurs.
5

1.1.2 La situation américaine : un héritage à assumer
Le réseau électrique américain est un prodige d’ingénierie, peut-être la plus grosse et la plus
complexe machine du monde. Mais
ce réseau est vieux de 40 ans et les
pannes ou interruptions coûtent des
milliards de dollars par an à
l’économie du pays. Le US
Department of Energy (DoE) estime
ces pertes de 25 à 180 milliards de
dollars par an, dont 33% sont dus
aux coupures totales et 66% aux
interruptions momentanées 1 .
Depuis 40 ans, cinq grands blackout 2
ont eu lieu, parmi lesquels 3 se sont
déroulés durant la dernière
décennie.
Parmi les pannes majeures, on peut citer celles survenues en Californie et dans le Nord-Ouest en
1996, ou encore dans le Nord-est du pays en 1965, 1977 et 2003. Cette dernière, qui a touché
50 millions de personnes, fut la conséquence d’un défaut de maintenance. La modernisation de
cette infrastructure est un projet colossal qui a été sans cesse repoussé. Deux éléments majeurs
sont en cause : un manque de volonté politique face à l’ampleur des coûts et la multitude des
acteurs concernés ayant des intérêts peu convergents.
Production.
L’origine de l’électricité américaine est majoritairement fossile. Les centrales à charbon
fonctionnent en continu et ont l’avantage de s’adapter assez aisément à la demande.
Cependant, elles sont source de deux pollutions majeures aux Etats-Unis : le ravage de massifs
entiers, notamment dans les Appalaches à cause du processus d’extraction du charbon, et les
émissions de carbone (en constante augmentation) qui résultent de sa combustion durant le
processus de production d’électricité. En corrélation avec l’augmentation de la demande, la
proportion d’électricité d’origine fossile n’a fait que s’accroître depuis les années 60. Un
ralentissement, voire une inversion de cette tendance, nécessiterait une grande révision du
réseau de transport et de distribution (« Power Grid »).
Transport.
1 Understanding the Cost of Power Interruptions to U.S. Electricity Consumers, KH LaCommare and J.H.
Eto, technical report LBNL-55718, September 2004
2 Coupure d’électricité à large échelle - http://fr.wikipedia.org/wiki/Blackout
6

Figure 2. Les grands axes de transport de l’électricité et les grands secteurs 3 .
Il existe trois principaux réseaux de transmission aux Etats-Unis (cf. Figure 2): le Western
Interconnect, l’Eastern Interconnect et l’Electric Reliability Council of Texas (ERCOT). La
complexité du réseau américain est autant technique que politique.
Le réseau de transport de l’électricité sur la partie continentale des Etats-Unis (soit une
distribution de 750 000 MW) représente 300 000 km de lignes gérées par environ 500
compagnies, souvent au niveau des Etats fédérés. Il en résulte de multiples flux
d’interconnexion à gérer entre Etats. La supervision du transport est à la fois du ressort des
autorités fédérales, via la Federal Energy Regulatory Commission (FERC) et du ressort des Etats :
Independent System Operator ou Regional System Operator, ces derniers ayant davantage de
pouvoirs.
Cette structure de régulation a fonctionné correctement durant des années mais n’est plus
adaptée à la situation actuelle, les régions électriques ne se superposant pas exactement aux
frontières des Etats fédérés. Dans cet environnement, les projets de transmission sont donc
soumis à des évaluations parallèles dans chaque Etat concerné, ralentissant considérablement le
processus de déploiement. La libéralisation partielle du marché de l’électricité a par ailleurs
engendré une multiplication des acteurs indépendants de l’électricité créant un paysage
public/privé d’une grande complexité.
Concernant le prix de l’électricité, une étude américaine estime la répartition à 66% dans la
production, 26% dans la distribution et seulement 8% dans le transport 4 . Ce n’est donc pas sur
ce segment que sont réalisés les bénéfices, ni les investissements privés.
3 “The U.S. Electric Grid” : http://www.npr.org/templates/story/story.php?storyId=110997398
4 http://www.modernizethegrid.com/transmission-101/the-price-of-transmission.html
7

1.1.3 Les différences avec la France
Les différences avec la situation française sont multiples et découlent toutes du monopole
exercé jusqu'à récemment par le service public d’Electricité de France (EDF). EDF, créée en 1946
par la nationalisation de plusieurs opérateurs, reste encore à ce jour le premier opérateur
mondial d’électricité.
Cette situation a permis à une seule agence de s’occuper des trois niveaux et d’orienter les
investissements dans le souci d’équilibre général de l’ensemble de la chaîne, depuis la
production jusqu'à la distribution chez le client final. Les avantages ont été nombreux : la France
a ainsi pu passer très tôt à une tension électrique moins dissipative -le 220 volts- et bâtir une
régulation informatisée dès les années 1970 qui a permis d’offrir un service de tarification
dynamique 5 (alors même que le terme de « Smart-Grid » n’existait pas).
Créé en 2000, le Réseau de Transport de l’Electricité (RTE) est l’opérateur français qui gère
100 000 km de lignes à une tension comprise entre 63 000 et 400 000 volts et 45 lignes
transfrontalières. Il s’agit du réseau le plus important d'Europe. Aujourd’hui, aussi bien RTE que
l’entreprise EDF, bénéficient de l’avantage de compétitivité acquis durant les années du
monopole public.
Aux Etats-Unis, EDF possède 50% de la société EnXco (leader en énergie éolienne, expertise dans
l’énergie solaire, la géothermie et la biomasse), de Constellation Energy (principal fournisseur
américain) et de leur joint venture commune UniStar Nuclear.
5 Offre de tarification dynamique chez EDF : Tempo
8

1.2 Une remise en question complète est indispensable
La transition vers une « Smart Grid » nécessite de revoir la conception du réseau électrique
américain dans sa globalité. Le tableau ci-dessous présente les principales différences entre le
réseau électrique conçu au 20 ième siècle et celui du 21 ième siècle qui est en cours de conception.
Table 1 : comparaison du réseau électrique du 20 ième siècle avec celui du 21 ième siècle – source :
rapport « The emerging Smart Grid » - Global Environment Fund - 2005
1.2.1 Remettre en état l’infrastructure vieillissante
Le réseau américain de transport de l’électricité parcourt environ 300 000 km et doit faire face
à une demande et à un niveau d’exigence pour lesquels il n’a pas été conçu à l’origine.
L’essentiel de l’infrastructure de transport a été construit il y a 30 à 40 ans et n’a reçu depuis
lors qu’un investissement marginal de maintenance : 70% des lignes (soit plus de 200 000 km) et
9

des transformateurs à haute tension ont 25 ans ou plus; 60% des coupe-circuits ont plus de 30
ans de vétusté 6 .
Ce défaut d’investissement a conduit à créer des zones fragilisées par une dépendance au
transport. Par endroits, le système ne peut simplement plus répondre à la demande, ce qui
conduit à des gaspillages ou des manques d’approvisionnement des consommateurs. Les
problèmes principaux 7 sont :
La congestion : Lorsque une ligne de transport d’électricité est saturée et ne peut plus
absorber la production d’une centrale, cela oblige l’opérateur à produire puis livrer
l’électricité par une voie détournée (parfois en démarrant une autre centrale). Cette
opération a un coût pour le consommateur qui est estimé entre 53 et 1240 millions de
dollars par an 8 .
L’indisponibilité : qui représenterait, selon les estimations 9 , un coût annuel de 26 à 400
milliards de dollars pour l’économie américaine.
Les pertes en lignes : toujours selon le DoE, les pertes liées au transport et à la
distribution sont approximativement de 6,5% 10 , ce qui représente une perte annuelle de
plus de 264 TWh 11 , de quoi alimenter près de 25 millions de foyers américains 12 . Par
comparaison, elles ne sont que de 2,5% en moyenne en France 13 .
La structure éclatée du marché entraîne une multiplication des transactions entre sociétés et
services : de 200 000 en 1997, à 1,5 million en 2000, c’est à dire des centaines de transactions à
l’heure. Mais les investissements sont négligés et le défaut de maintenance a conduit à des
baisses (« brownouts ») ou coupures de courants (« blackouts »).
6 Rapport « The emerging Smart Grid » - Global Environment Fund – 2005 – p21
7 Congestion et déficit d’approvisionnement : http://www.modernizethegrid.com ITC Holding Corp.
Minnesota
8 Rapport « Electricity Transmission Congestion Costs : a review of recent reports » - Lawrence Berkeley
National Laboratory - 2003
9 Estimations du U.S Department of Energy, de l’Electric Power Research Institute et du Lawrence
Berkeley National Laboratory
10 Chiffre pour l’année 2007 : http://tonto.eia.doe.gov/ask/electricity_faqs.asp#electric_rates2
11 http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/st_profiles/sept10us.xls
12 Consommation annuelle d’un foyer américain :
http://www.eia.doe.gov/emeu/recs/recs2001/enduse2001/enduse2001.html
13 http://clients.rte-france.com/lang/fr/visiteurs/vie/vie_perte_RPT.jsp
10

Pour des raisons de coût d’installation et de maintenance, les
opérateurs américains et les distributeurs locaux (cantons, villes)
continuent à privilégier les lignes aériennes et le 110V, même en zone
urbaine dense. Les améliorations sont plutôt à attendre du côté des
lignes à haute ou très haute tension, aux interconnexions et surtout
aux transformateurs (Figure 3). Ces derniers ont une durée de vie très
longue, jusqu'à 50 ans, mais accumulent des pertes substantielles.
Selon le DoE, les transformateurs consommeraient 140TWh par an et
leur remplacement par des appareils de nouvelles générations
permettrait d’économiser un quart de cette quantité d’énergie 14 .
Figure 3. Le transformateur classique du paysage américain.
Ces transformateurs, qui servent chacun un petit nombre de foyers (1 à 5 aux USA, contre 10 à
100 en France), révèlent un handicap nouveau : si une ligne de courant peut aussi transporter
des données informatiques (CPL : Courant porteur en ligne 15 ), le transformateur est par contre
un obstacle, sauf s’il est équipé pour cet effet. Cela représente un nouvel argument de poids en
faveur de la modernisation du parc.
1.2.2 Tirer avantage des sources d’énergie renouvelable
La structure de la production d’électricité aux Etats-Unis est extrêmement dépendante des
énergies fossiles, essentiellement locales : 69% de l’électricité américaine est produite à partir
de charbon ou de gaz naturel 16 , avec des pics à 90% pour le seul charbon dans l’Indiana ou le
Kentucky et même 96.5% en Virginie Occidentale 17 . La tendance ne s’améliore pas comme le
montre le schéma (Figure 4). Au contraire, en valeur absolue, la dépendance aux énergies
fossiles augmente. Le doublement des besoins énergétiques qui a pu être observé depuis les
années 1980 semble ainsi avoir été satisfait en quasi totalité par des sources fossiles.
14
http://www1.eere.energy.gov/buildings/appliance_standards/commercial/pdfs/determination_report.pd
f
15 http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_porteur_en_ligne
16 http://www.iea.org/stats/electricitydata.asp?COUNTRY_CODE=US
17 http://www.eia.doe.gov/cneaf/electricity/epm/table1_7_b.html
11

Figure 4. Les sources de production d'électricité aux Etats-Unis – Source Wikipédia
Deux sources d’énergie renouvelable méritent tout particulièrement d’être intégrées à la
« Smart Grid » en raison de leur grande intermittence.
1.2.2.1 Le solaire
L’énergie solaire ne représente aujourd’hui que 0,1% de la production électrique américaine. Les
principales sources d’énergie solaire se trouvent dans les Etats du grand Sud-ouest américain :
Arizona, Nouveau Mexique, Californie, parties du Nevada, du Texas, de l’Utah et du Colorado
(Figure 5). La population, en augmentation importante dans cette région, devrait donc en
bénéficier en priorité. En revanche, le grand défi sera d’en faire profiter les autres Etats fédérés.
1.2.2.2 L’éolien
Figure 5. Potentiel d’énergie solaire – Source : NPR
L’énergie éolienne représente 0,7% de la production électrique américaine. Les « gisements »
éoliens se concentrent sur les côtes Est et Ouest, un peu sur la côte Sud du Texas, près des
12

Grands Lacs, dans les Rocheuses et les plaines de son versant Est (Dakota) et plus modestement
dans les Appalaches (Figure 6).
Figure 6. Capacités en énergie éolienne. – Source NPR
Une étude du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du DoE estime possible de produire
20% de l’électricité du pays à partir d’énergie éolienne d’ici 2024. Cependant, l’étude précise
que cela ne sera ni bon marché, ni simple ; la difficulté majeure étant le transport de
l’électricité. Les travaux sont les plus complets publiés à ce jour sont intitulés « Eastern Wind
Integration and Transmission Study » et se concentrent sur les installations de l’Eastern
Interconnection System qui recouvre les deux tiers orientaux du pays. « Aucune barrière
technique fondamentale n’empêche d’atteindre le seuil de 20% d’énergie éolienne dans le
système électrique mais des efforts de développement du marché, de politique opérationnelle
des systèmes et de planification du réseau de transport doivent être menés avant de pouvoir
atteindre de tels niveaux », estiment les chercheurs. « La construction de capacité de transport
étant bien plus longue que l’installation d’éoliennes, il est urgent d’étudier la question du
transport. Le manque de capacité a déjà commencé à limiter la croissance de l’énergie éolienne
à certains endroits » ajoute David Corbus, ingénieur impliqué dans la rédaction de l’étude.
Un rapport indépendant réalisé par le cabinet Charles River Associates pour le compte de la
Wind Integration Task Force du Southwest Power Pool 18 aboutit aux mêmes conclusions et note
qu’« il est critique de coordonner l’expansion des réseaux de transport avec la construction
d’infrastructures dans le cadre de la génération d’énergie éolienne. »
18 http://www.crai.com/News/listingdetails.aspx?id=12090 http://www.spp.org/publications/2010.zip
13

1.2.3 Mieux équilibrer production et consommation
La population américaine consomme de plus en plus d’électricité et le réseau de transport doit
s’adapter à cette demande croissante : outre le simple accroissement démographique, la variété
des usages de l’électricité augmente la consommation individuelle. La demande s’accroît
annuellement de 1% à 2%, mais elle peut être localement beaucoup plus forte. Elle a doublé
depuis 1970 et devrait encore augmenter de 30% d’ici 2035 19 , alors même que le réseau de
transport n’a globalement pas évolué.
Les deux principaux problèmes qui empêchent de réaliser un meilleur équilibre entre sources de
production et consommation sont :
- Réduction de la fiabilité du réseau : l’augmentation de la charge, la faible maintenance et la
redondance réduisent la fiabilité du réseau;
- Difficulté d’introduire de la capacité supplémentaire dans le réseau : le vieillissement du réseau
entrave le processus d’interconnexion et empêche l’introduction de capacité supplémentaire,
retardant ainsi le déploiement d’un système de distribution efficace.
19
Annual Energy Outlook 2010 with Projections to 2035 -
http://www.eia.doe.gov/oiaf/aeo/electricity.html
14

2 Les technologies de la « Smart Grid » et leurs apports
2.1 Nouveaux acteurs et nouvelles technologies
L’industrie électrique est sur le point d’opérer sa transformation d’un réseau centralisé et
focalisé sur le producteur à un réseau plus décentralisé et interactif avec les consommateurs. La
transition vers un réseau plus intelligent promet de changer l’ensemble du modèle économique
de la filière industrielle et de modifier les relations entre tous les acteurs.
Figure 7 Interaction (transport d’électricité et flux d’information) des acteurs entre les grands
domaines identifiés de la Smart Grid – Source : NIST
15

Figure 8 Diagramme du domaine « Client » : un aperçu des flux d’information et d’électricité
du point de vue des clients. – Source : NIST
Cette transformation du réseau électrique est rendue possible par l’apport des philosophies,
concepts et technologies qui se sont progressivement imposés depuis l’émergence d’Internet et
qui vont permettre à une vague d’innovations conçues pour le réseau électrique de voir le jour.
2.1.1 Nouvelles technologies
Pour rendre le réseau électrique « intelligent », il est nécessaire d’y implémenter des
technologies nouvelles pour le domaine de l’électricité.
2.1.1.1 Interfaces et outils d’aide à la décision
Les outils de supervision et d’acquisition de données (SCADA 20 ) du réseau électrique apportant
une aide à la décision existent déjà depuis un certain temps et sont utilisés afin de prévoir et
d’adapter en direct la production nécessaire à la satisfaction des besoins des consommateurs.
20 Supervisory Control And Data Acquisition
16

L’intégration croissante de nouvelles sources d’informations sur le réseau apportera cependant
un volume significatif de données capables d’offrir une compréhension et une évaluation bien
plus précises du réseau. Les outils de visualisation de nouvelle génération sont en cours de
développement, comme par exemple le projet VERDE (Visualizing Energy Resources Dynamically
on Earth) 21 développé à l’Oak Ridge National Laboratory du DoE et que l’on pourrait considérer
comme une première brique d’un SCADA « Smart Grid ». Basé sur la plateforme Google Earth, le
système qui peut par exemple intègrer les données récoltées par les synchrophaseurs 22 de la
North America Synchrophasor Initiative (NASPI) 23 , sera capable d’explorer l’état du réseau à
différentes échelles et affichera en temps réel toutes les informations recueillies par les
capteurs, la topologie du réseau et les données météorologiques relatives aux infrastructures de
productions.
2.1.1.2 Communications intégrées
Le réseau électrique intègre déjà des infrastructures de communications, parfois même
récentes, mais celles-ci ont été développées de manière incrémentale et souffrent d’un manque
de standardisation. L’introduction de technologies de communication au sein du réseau
électrique permet d’offrir de nombreuses améliorations permettant d’augmenter la fiabilité et
la sécurité du système ainsi que d’optimiser les ressources : automatisation des stations locales,
réponse à la demande, automatisation de la distribution, systèmes de gestion d’énergie, mise en
réseaux (sans-fil, courants porteurs en ligne ou fibre optique) des « smart meters ».
2.1.1.3 Capteurs et outils de mesure
Le réseau électrique a besoin de capteurs afin de remplir plusieurs missions : évaluation de la
congestion et de la stabilité du réseau, surveillance de la « santé » des équipements, protection
contre le vol d’électricité et soutien aux stratégies de contrôle. Dans cette optique, plusieurs
technologies entrent en jeu : compteurs intelligents (Smart Meters) et AMI (voir paragraphe
suivant), outils d’évaluation dynamique des lignes basés sur des capteurs de températures
(Distributed Temperature Sensing et Real time Thermal Rating) ou sur le phénomène de
diffusion des ondes radio, instruments de mesure des signatures électromagnétiques et relais
numériques de protection analysant les courants et tensions sur le réseau.
Advanced Metering Infrastructure (AMI)
L’AMI est un ensemble de solutions matérielles et logicielles rassemblées autour de standards
ouverts permettant de collecter, mesurer et analyser la consommation d’électricité. Cette
infrastructure offre aux consommateurs l’opportunité d’utiliser l’électricité de façon plus
21 http://www.ornl.gov/sci/electricdelivery/vis_VERDE.html
22
Le Synchrophaseur, la nouvelle arme du « Smart Gird » : http://www.bulletinselectroniques.com/actualites/063/63472.htm
23 http://www.naspi.org/
17

efficace et offre aux fournisseurs de services de meilleurs outils de gestion de réseau et de
détection de pannes.
L’AMI permet en outre la mise en place de modèles de consommation capables de
responsabiliser les clients. Avec un prix de l’électricité variant en fonction de la demande et du
coût de production, le client peut programmer l’alimentation de ses appareils électriques afin de
profiter de prix avantageux durant les heures creuses. Cette interaction automatisée entre
appareils et réseau permet d’équilibrer la demande et de réduire l’importance des pics de
consommation.
Phasor Measurement Units (PMU) ou Synchrophaseur
Véritable indicateur de santé du système électrique, les synchrophaseurs échantillonnent les
tensions et intensités plusieurs fois par seconde à des emplacements donnés du réseau et
permettront de fournir des données beaucoup détaillés aux systèmes de Supervisory Control
and Data Acquisition (SCADA) qui ne peuvent pour l’instant présenter qu'un aperçu sommaire.
Ces précisions sur la connaissance de l'état du système permettent de faciliter la gestion des
congestions et de réduire voire d’éviter les pannes.
2.1.1.4 Composants avancés
Les innovations dans les domaines de la supraconductivité, de la tolérance aux pannes, du
stockage (batteries sodium-soufre), de l’électronique de puissance et des composants de
diagnostic sont en train de modifier les capacités fondamentales et les caractéristiques des
réseaux électriques. Les technologies issues de ces domaines de recherche s’imposent ainsi peu
à peu : courant direct à haute tension, câbles supraconducteurs de première et deuxième
génération, câbles supraconducteurs à haute température, appareils de stockage et de
génération distribuée, conducteurs composites ou encore systèmes flexibles de transport de
courant alternatif.
2.1.1.5 Contrôle Avancé
L’automatisation du réseau électrique offre des outils de diagnostic rapides et des solutions
efficaces aux perturbations et pannes en tout genre. Les technologies de contrôle avancé
reposent sur les quatre domaines d’innovations précédemment décrits et peuvent être
décomposées en trois catégories : agents intelligents distribués (systèmes de contrôle), outils
d’analyse (algorithmes, intelligence artificielle et supercalculateurs) et applications
opérationnelles (SCADA, automatisation des stations locales, réponse à la demande, etc.)
18

2.1.2 Nouveaux acteurs
Le paysage économique de la « Smart Grid » commence à se dessiner et des acteurs de divers
horizons et de diverses tailles se positionnent pour offrir leurs services et produits.
Une étude de « GreenTech Media » 24 s’est penchée sur les compagnies qui émergent de ce
prometteur marché de la « Smart Grid », regroupées et classées par secteur d’activité.
Figure 9 Acteurs majeurs par segment de marché de la Smart Grid. Source :
GreenTechMedia.com
2.1.2.1 Fabrication de Smart Meters
Itron occupe la première place sur le marché des compteurs intelligents (« Smart Meters »)
en Amérique du Nord et dans le reste du monde. L’entreprise a su s’imposer en introduisant
d’abord sa technologie AMR (Automatic Meter Reading) qui diffuse mais ne reçoit pas de
24 http://www.greentechmedia.com/articles/print/top-ten-smart-grid-3605/
19

données avant de conquérir le marché grâce à ses systèmes AMI capables d’échanger des
données de façon bidirectionnelle.
2.1.2.2 Solutions de communications pour Smart Meters
Sur le marché des technologies innovantes permettant aux Smart Meters de communiquer
différemment entre eux, Silver Spring Networks (SSN), startup californienne a signé des
accords avec les compagnies électriques Pacific Gas & Electric, Florida Power & Light,
American Electric Power et d’autres. Dans le cas de la technologie de SSN, les Smart Meter
deviennent capables de communiquer par ondes radio sur un réseau IP adoptant une
topologie de réseau maillé développée par SSN. Ceux-ci peuvent alors s’échanger leurs
données de proche en proche jusqu’aux nœuds de connexion. Trilliant, une autre startup
californienne propose une technologie similaire et a annoncé le déploiement du millionième
appareil équipé de son système, ainsi qu’un contrat de plusieurs millions de Smart Meters en
Ontario.
Figure 10 Schématisation du réseau de communication des compteurs (Source : Trilliant)
SmartSynch propose quant à elle un système de communication reposant sur les réseaux de
téléphonie mobile existants et a déclaré travailler avec l’opérateur AT&T pour apporter sa
technologie à tous les foyers et concurrencer le paradigme dominant de réseau maillé par
ondes radio.
2.1.2.3 Gestion électrique domestique
La startup Tendril a adopté le standard sans-fil 802.15.4 ZigBee comme support d’échange de
données entres appareils domestiques et propose un outil de visualisation et de gestion de la
consommation électrique d’un foyer.
20

Un nombre croissant de startups s’inscrivent sur le même modèle mais la bataille sur ce
marché est rude compte tenu de la présence de géants à l’expertise reconnue. Google a
dévoilé son prototype de plateforme de gestion électrique domestique baptisée
PowerMeter 25 , de même que Microsoft (Hohm 26 ). Cisco, allié à General Electric, propose
aussi sa solution intégrée (Home Energy Management 27 ) et d’autres offrent des systèmes
similaires promettant au consommateur une meilleure gestion de l’énergie avec des
économies à la clef.
2.1.2.4 Infrastructures réseau et gestion des bâtiments
Plusieurs acteurs majeurs se détachent sur le marché des infrastructures réseau des
bâtiments industriels et commerciaux permettant d’améliorer l’efficacité énergétique :
Johnson Controls, Honeywell, Siemens pour ne citer que les plus importants. Mais parmi ces
grands groupes, la plupart utilisent les technologies développées par la firme californienne
Echelon Corp.
Dans le même temps, un groupe de startups émerge en proposant des solutions sans-fil :
Sentilla, Arch Rock et Millennial Net notamment.
Cisco Systems a également fait son entrée sur le marché avec sa plateforme EnergyWise 28
aidant à réduire la consommation des téléphones, ordinateurs ou des systèmes d’éclairage,
de chauffage, de ventilation et de climatisation.
2.1.2.5 Gestion des données des Smart Meters
Une fois les millions de Smart Meters déployés pour collecter des données en temps réel, il
est question de la gestion des informations récoltées. Les fournisseurs d’électricité se
tournent alors vers des entreprises offrant des services de gestion des données des
compteurs électriques intelligents telles que eMeter, Ecologic Analytics ou encore Oracle qui,
depuis le rachat de Lodestar, pourrait devenir un concurrent de premier plan.
2.1.2.6 Réponse à la demande
La réponse à la demande est une technologie qui permet au producteur d’électricité de
contrôler l’allumage de certains équipements électriques (chauffage, climatisation). Des
sociétés installent ces technologies et vendent ensuite aux producteurs une capacité de
réduction de consommation qui leur permet de limiter les pics de consommation. Leader du
marché, EnerNoc a construit un portefeuille de gestion de plus de 2310 MW à la fin de
l’année dernière, doublant son portefeuille de 2007. Viennent ensuite CPower et ses 2200
MW puis Comverge, qui s’est distingué en proposant des programmes de réponse à
demande au niveau résidentiel.
25 http://www.google.com/powermeter
26 http://www.microsoft-hohm.com/
27 http://www.cisco.com/web/consumer/products/hem.html
28 www.cisco.com/web/go/energywise
21

2.1.2.7 Logiciels d’automatisation du réseau électrique
General Electrics (GE) s’inscrit sans surprise comme un acteur de la « Smart Grid ». Outre la
production de Smart Meters et l’implémentation de réseaux, le géant de l’ingénierie
électrique fournit également un large éventail de solutions logicielles permettant aux
fournisseurs d’électricité d’optimiser les opérations sur le réseau.
GE a fourni de tels logiciels depuis des décennies mais s’oriente aussi vers de nouveaux
secteurs de la « Smart Grid » en acquérant des fabricants de logiciels spécialisés en cyber
sécurité, automatisation et autres opérations sur le réseau électrique.
Oracle et IBM proposent également des outils pour rendre le réseau plus intelligent, et la
startup GridPoint a levé 200 millions de dollars en promettant un ensemble de solutions
allant de la génération d’énergie distribuée au branchement des véhicules électriques sur le
réseau en passant par la surveillance de la consommation domestique.
2.1.2.8 Intégration
IBM a commencé ses travaux d’intégration avec sa Global Intelligent Utility Network
Coalition, un groupe de fournisseurs d’électricité travaillant avec le géant de l’informatique
sur des projets liés à la « Smart Grid ». Dans ce cadre, IBM a lancé des projets-pilotes avec
CenterPoint Energy, American Electric Power et Consumers Energy et participe à la première
expérience de « Smart Grid » à l’échelle nationale sur l’île de Malte 29 .
2.1.2.9 Stockage de l’énergie
Le stockage de l’énergie au niveau des fournisseurs s’effectue aujourd’hui presque
intégralement grâce à la méthode traditionnelle de pompage d’eau lors des périodes de
faible demande. Il ne reste cependant que peu d’endroits où construire de nouvelles
retenues d’eau alors que l’intégration de ressources intermittentes nécessitera une forte
augmentation des capacités de stockage.
Le stockage d’électricité par air comprimé ne fait pas beaucoup parler de lui mais il s’agit
d’une des technologies les plus abordables de stockage. Et, puisque souterrain, le risque
d’opposition de la population riveraine devrait être faible. La compagnie Magnum Energy
développe un site de 830 hectares dans le désert du centre de l’Utah. L’objectif est de
construire 4 réservoirs souterrains dans une couche de sel d’un kilomètre et demi de
profondeur. Chaque réservoir aura un volume équivalent à l’Empire State Building, et
pourront stocker plusieurs centaines de millions de mètres cube de gaz (air, gaz naturel,
CO2). En dehors des coûts initiaux de construction, la technologie est peu chère et présente
l’avantage de pouvoir être déployée à de nombreux endroits à travers le pays compte-tenu
des formations géologiques favorables présentes aux Etats-Unis.
Les projets de stockage de grande envergure en cours exploitent des batteries sodium-soufre
et le leader du marché de ces batteries à haute température et haute capacité est
29 http://www.greenit.fr/article/energie/ibm-reduit-la-consommation-deau-de-lile-de-malte
22

l’entreprise japonaise NGK Insulators. Les batteries sodium-soufre offrent une haute
efficacité et la possibilité de fournir de l’énergie à pleine puissance sans réduire la durée de
vie ou la fiabilité des infrastructures – considérations importantes pour le stockage sur le
réseau. Le coût élevé de ces batteries freine cependant l’expansion de la technologie.
Dans ce paysage qui n’a pas encore trouvé de technologie incontestée, les spécialistes des
batteries lithium-ion tels que A123 Systems ou Altair Nanotechnologies s’apprêtent
également à entrer sur le marché. La clé pour les batteries lithium-ion résidera dans la
capacité à profiter des économies d’échelle liées au boom attendu de la demande en
véhicules électriques et hybrides. Les milliards de dollars alloués par le plan de relance au
développement des batteries pour véhicules électriques aux Etats-Unis pourraient en effet
arbitrer la domination des technologies en présence en divisant considérablement les coûts
de production des batteries lithium-ion.
2.1.2.10 Distribution de l’électricité
Bien qu’il existe des distributeurs bien plus grands, intégrant des énergies renouvelables et
déployant de nombreuses composantes de la « Smart Grid », le distributeur municipal Austin
Energy dispose aujourd’hui de ce qui ressemble le plus à une « Smart Grid » fonctionnelle.
410 000 compteurs intelligents ont déjà été installés et la totalité des clients devraient être
équipés d’ici la fin de l’été 2010. 86 000 thermostats, contrôlables à distance ont également
été installés, de même que 2500 capteurs à travers tout le réseau de distribution. Enfin,
Austin Energy s’apprête à lancer son « Pecan Street Project » incorporant énergies
renouvelables, dispositifs de stockage, véhicules électriques et électroménager intelligent, le
tout grâce au savoir-faire de Dell, GE Energy, IBM, Intel, Oracle, Cisco Systems, Microsoft,
Freescale Semiconductor ou GridPoint.
Le projet pilote SmartGridCity mené par la société Xcel Energy est un autre exemple
d’initiative en bonne voie. 100 millions de dollars seront dépensés pour équiper les
habitations en compteurs intelligents et installer des stations locales intelligentes afin de
mettre en place une plateforme supportant la génération distribuée, les véhicules
électriques et des dispositifs de contrôle de la consommation électrique des habitations.
Suivant une approche moins globale, Pacific Gas & Electric Co. a récemment annoncé avoir
installé 2.3 millions de compteurs intelligents (record national à l’heure actuelle) et American
Electric Power s’est lancé dans l’intégration de dispositifs de stockage d’énergie sur son
réseau en prévoyant d’installer 15 MWh de stockage d’ici l’année prochaine pour atteindre
l’objectif de 1 GWh d’ici 2020.
23

2.2 Les bénéfices apportés par l’implémentation de ces technologies
Si le projet de la « Smart Grid » suscite l’enthousiasme du Président Obama, de nombreux
industriels et de décideurs au niveau des Etats fédérés, c’est qu’il est porteur d’atouts
considérables à différents points de vue, en particulier économiques et environnementaux.
Figure 11 Schéma des bénéfices
2.2.1 Efficacité, Fiabilité, Prix
La généralisation des programmes automatisés de « réponse à la demande » (Demand
Response 30 ) devrait permettre d’économiser une dizaine de millions de dollars par an en
diminuant l’intensité des très énergivores pics de consommations.
Un réseau capable d’anticiper, de détecter et de répondre aux problèmes rapidement réduit
drastiquement les risques de congestion et de probabilité de pannes importantes. Cette fiabilité
accrue permet de diminuer d’autant les pertes financières dues à la perte de productivité.
30 http://en.wikipedia.org/wiki/Demand_response
24

Alors que les énergies fossiles sont promises à une hausse certaine des prix, les coûts de
l’électricité sur la « Smart Grid » pour le consommateur devraient suivre une tendance plus
mesurée, voire diminuer grâce aux outils mis à leur disposition qui leur permettront de surveiller
leur consommation et donc leur dépenses.
A titre d’exemple, on estime que l’optimisation de la distribution permettrait à la Californie
d’absorber la demande supplémentaire d’énergie, sans augmentation de production, évitant
ainsi de coûteux investissements.
2.2.2 Intégration de nouveaux usages
L’ensemble des constructeurs automobiles a compris que l’avenir de la voiture serait électrique
ou ne serait pas et rares sont encore les marques qui n’ont pas présenté de projets de voitures
hybrides « plug-in » (que l’on peut recharger sur le réseau électrique) ou 100% électriques. Si le
parc automobile glisse progressivement vers la propulsion électrique, la demande en électricité
va croître sensiblement et représentera de facto une charge conséquente sur le réseau. Renault
estime qu’à l’horizon 2020, 10% des voitures circulant dans les rues seront électriques. L’offre
de production devra par conséquent s’adapter afin d’intégrer ces nouveaux besoins et les
technologies de la « Smart Grid » seront primordiales pour assurer cette transition (en
programmant par exemple le rechargement des véhicules la nuit pendant les heures creuses
afin d’éviter des pics de consommation mettant à mal la capacité du réseau).
2.2.3 Environnement : réduction des émissions de gaz à effet de serre
La production d’électricité participe à plus de 40% des émissions de CO2 des Etats Unis 31 et cette
proportion ne cesse de croître, l’enjeu est donc de taille.
La meilleure efficacité du réseau et l’intégration facilitée des sources d’énergie renouvelables
telles que le solaire, l’éolien et la géothermie dans la « Smart Grid » pourrait permettre de
contenir la croissance de la demande et de réduire les émissions de CO2 par KWh électrique
(actuellement de 549gCO2/KWh 32 , contre 90gCO2/KWh en France). Une telle évolution pourrait
permettre de replacer les Etats-Unis sur l’échiquier international de la politique
environnementale. Le Department of Energy (DoE) estime que la mise en place de la « Smart
Grid » permettrait une économie en termes de gaz à effet de serre équivalente au retrait de la
circulation de 53 millions de véhicules. Dans le cadre de l’évaluation des bénéfices
environnementaux de la modernisation du réseau électrique, le Pacific Northwest National
Laboratory a publié une étude 33 qui prévoit que grâce aux technologies du « Smart Grid », on
pourrait envisager une réduction des émissions carbone de 12% à 18% d’ici 2030. Il est
cependant important de noter que certaines hypothèses paraissent optimistes : les chercheurs
misent sur un taux de pénétration des technologies « Smart Grid » de 100% en 2030 et sur un
large déploiement de technologies de stockage (véhicules électriques) qui favoriseraient les
sources d’énergie renouvelables au point de représenter 30% de la production électrique totale.
31 http://www.eia.doe.gov/oiaf/1605/ggrpt/carbon.html
32 Source IEA - http://www.iea.org/co2highlights/co2highlights.pdf
33 The Smart Grid : An estimation of the Energy and CO 2 Benefits :
http://energyenvironment.pnl.gov/news/pdf/PNNL-19112_Revision_1_Final.pdf
25

De plus, le rapport ne détaille ni les impacts environnementaux négatifs ou positifs des
technologies « Smart Grid », ni leurs impacts sur le comportement des consommateurs. Il ne
propose qu’une évaluation des réductions de consommation d’énergie et des émissions de CO2
correspondantes en cas de déploiement national des technologies labellisées « Smart Grid ».
2.2.4 Sécurité
Grâce aux systèmes de gestion et de surveillance semi-automatisé qui permettent à la « Smart
Grid » de ne pas s’écrouler voire de s’auto réparer, celle-ci est présentée comme plus résistante
aux attaques physiques et aux catastrophes naturelles.
De plus, en permettant l’intégration de sources d’énergie renouvelables, la « Smart Grid » offre
aux Etats Unis une voie vers l’indépendance énergétique vis–à-vis de sources étrangères, ellesmêmes
vulnérables aux attaques en dehors du périmètre de contrôle et de protection de
l’armée américaine.
Cependant, l’introduction des technologies de l’information et de la communication au sein du
réseau électrique crée de nouveaux risques liés aux cyber attaques (voir 5.2 Sécurité et Respect
de la vie Privée).
2.2.5 Economie nationale et compétitivité mondiale
D’un point de vue économique, la « Smart Grid » promet de redynamiser toute la filière
énergétique et de générer une vague de création d’emplois (« green jobs ») pour mener à bien
la conduite de tous les projets et innovations. A titre de comparaison, la révolution de l’industrie
téléphonique américaine dans les années 80 a transformé un marché, passé de 33 milliards de
dollars à l’époque à 117 milliards de dollars en 2006 grâce à la naissance de produits et services
orientés vers le consommateur.
Très préoccupés par la perte de leur suprématie sur un certain nombre de technologies au profit
de leurs concurrents européens ou asiatiques, les législateurs et décideurs américains insistent
régulièrement sur l’importance des filières solaire et éolienne pour conserver leur statut
d’excellence en matière de nouvelles technologies et continuer à attirer les scientifiques du
monde entier.
26

Figure 12 La « Smart Grid » de bout-en-bout (high level taxonomy) – Source :
GreenTechMedia.com
27

3 Les implications liées à la mise en place de la « Smart Grid »
3.1 De nombreux obstacles attendus
Les obstacles techniques sont certes importants, mais les défis principaux sont de nature plus
virtuelle : (i) l’interopérabilité et la normalisation, (ii) la sécurité et le respect du citoyen, (iii) les
divergences politiques entre les niveaux décisionnels.
3.1.1 Normes et compatibilité
Afin de canaliser les innovations des technologies « Smart Grid », le Congrès a chargé le National
Institute of Standard and Technology (NIST), via le "Energy Independance and Security Act"
(EISA) de 2007, de coordonner le développement d'une structure (framework) intégrant des
protocoles et standards. L’objectif sera d'assurer l'interopérabilité des différents systèmes et
matériels constituant le « Smart Grid ». La loi indique que cette structure d'interopérabilité doit
être flexible, uniforme et technologiquement neutre. Elle précise également qu'il doit
s'accommoder du système traditionnel de production et de distribution d'électricité centralisé,
tout en facilitant l'intégration de nouvelles technologie du « Smart Grid », comme la production
d'électricité décentralisée ou le stockage d'énergie.
Le NIST a dessiné un plan en 3 étapes :
Phase 1 : Identification des standards existants et des domaines à standardiser
75 standards existants ont été identifiés parmi les 8 domaines prioritaires définis par la
comission fédérale de la régulation de l’électricité (FERC) et le NIST :
- 1. Réponse à la demande et Efficience Energétique des consommateurs
- 2. Surveillance de l’état du système à grande échelle (Wide-Area situational awareness)
- 3. Stockage d'énergie
- 4. Transports électriques
- 5. Infrastructure sophistiquée de relève de compteur
- 6. Gestion du réseau de distribution
- 7. Cyber sécurité
- 8. Communications réseaux
Pour les domaines n'ayant encore aucun standard, 70 éléments à standardiser ont été identifiés
parmi lesquels 16 sont particulièrement critiques pour le développement de la « Smart Grid ». Il
a donc été décidé de les adresser en priorité :
- 1. Standard de mise à jour du compteur intelligent
- 2. Standardisation des données de consommation énergétique des consommateurs
- 3. Spécification commune de la communication du prix de l'électricité
- 4. Mécanisme commun de planification pour les transactions d'énergie
- 5. Modèle d'information commun pour la gestion du réseau de distribution
- 6. Signaux communs pour la gestion de la demande
28

- 7. Alignement du DNP3 34 , un protocole de communication réseau entre équipements
électriques, avec les objets IEC 61850 35 , un standard sur la conception de postes
electriques automatisés.
- 8. Harmonisation de la norme IEEE C37.118, un standard visant à normaliser les
synchrophaseurs 36 , avec la norme IEC 61850
- 9. Cartographie des modèles de transmission et de distribution d'électricité
- 10. Lignes directrices pour l'utilisation des protocoles de l'Internet dans la « Smart Grid »
- 11. Lignes directrices pour l'utilisation des communications sans fils dans la « Smart
Grid »
- 12. Lignes directrices sur l'interconnexion des unités de stockage d'énergie
- 13. Standards d'interopérabilité pour supporter les véhicules électriques pouvant se
brancher sur le réseau.
- 14. Standardisation des profils de données des compteurs intelligents
- 15. Harmoniser les normes de courants porteurs en ligne pour la communication des
appareils ménagers.
- 16. Standards pour la communication des centrales éoliennes
Pour chacun de ces éléments à standardiser, un Plan d'Action Prioritaire (Priority Action Plan -
PAP) à été élaboré. Le PAP "Standard de mise à jour du compteur intelligent" a déjà été finalisé,
les 15 autres devront être achevés avant la fin de l'année 2010.
Le résultat du travail accompli pour la phase 1 a été rassemblé dans le document "NIST Special
Publication 1108 - NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Release 1.0"
publié en janvier 2010 37 .
Phase 2 : Un partenariat public-privé permanent
Afin d'assurer l'évolution de ces standards sur le long terme, un partenariat permanent entre le
secteur public et privé a été mis en place. Cela s'est traduit par la création du Panel
d'Interopérabilité de la « Smart Grid » (Smart Grid Interoperability Panel - SGIP) 38 en novembre
2009. Le SGIP regroupe 580 organisations 39 parmi lesquelles on trouve des entreprises privées,
des universités, des instituts de recherche, des associations d'industriels, des organismes de
standardisation, des laboratoires de tests, ainsi que des agences gouvernementales au niveau
34 http://en.wikipedia.org/wiki/DNP3
35 http://en.wikipedia.org/wiki/IEC_61850
36 http://en.wikipedia.org/wiki/Synchrophasor
37 http://www.nist.gov/public_affairs/releases/upload/smartgrid_interoperability_final.pdf
38 http://collaborate.nist.gov/twiki-sggrid/bin/view/SmartGrid/SGIP
39 http://collaborate.nist.gov/twiki-sggrid/bin/view/SmartGrid/SGIPParticipatingMemberOrganizations
29

local, des Etats fédérés et de l'Etat fédéral. Près de 1600 représentants de ces organisations
participent aux comités, aux groupes de travail et aux Plans d'Action Prioritaire.
Le groupe de direction est constitué de 27 membres qui représentent 22 parties prenantes, dont
des fournisseurs d'électricité, des fabricants d'équipements électriques, des fournisseurs de
service domotique, des entreprises des Technologies de l'Information et de la Communication,
des législateurs (state regulator) et même des cabinets de capital-risqueur. Il faut noter que le
SGIP est ouvert aux acteurs internationaux : parmi les 580 organisations participantes, 52 ne
sont pas américaines. On trouve par exemple plusieurs organismes internationaux comme l'ISO,
le CEI ou l'IEEE et quelques grands groupes français comme EDF R&D, Legrand, Alstom Power,
Areva T&D, Capgemini ou encore la société franco-italienne STMicroElectronics.
Phase 3 : Structure de test et de certification pour la Smart Grid
Les spécifications des standards sont indispensables mais ne suffisent pas pour assurer
l'interopérabilité et la sécurité. Il a donc été décidé de mettre en place un comité permanent
"Test and Certification" 40 au sein du SGIP. Ce comité est co-présidé par un expert reconnu du
secteur privé (le CEO et chercheur en chef du laboratoire de certification Drummond Group) et
par un responsable du Bureau de Coordination Nationale pour l'Interopérabilité de la « Smart
Grid » au NIST. Le comité est constitué d'une vingtaine de membres représentant des
laboratoires de test, des associations d'industriels, des fournisseurs d'électricité et des
fournisseurs d'équipements pour la « Smart Grid ».
Le travail de ce comité consiste actuellement à prioriser les types de tests d'interopérabilité
nécessaires, les critères de qualification des laboratoires de test, les exigences envers les
organismes de test et de certification, tout cela afin de faciliter les évaluations de conformité
aux standards d'interopérabilité et de cyber sécurité.
La loi EISA a mandaté la Federal Energy Regulatory Commission (FERC), qui travaille étroitement
avec le NIST, pour légiférer dès qu'un consensus suffisant sera obtenu sur des standards. En
revanche, dans sa déclaration de politique générale, la FERC a conclu que l'EISA ne changeait pas
le périmètre de sa juridiction, ce qui se traduit par le fait que l’adoption d'un standard par la
FERC dans le cadre de l'EISA n’aura pas d’impact sur les éventuelles réglementations en vigueur
au niveau des Etats fédérés. Pour qu’il en soit ainsi, il faudrait que l'autorité de la FERC dérive
d'un autre pouvoir légal comme la Federal Power Act qui donne par exemple l'autorité à la FERC
de réguler le marché de vente en gros de l'électricité. Certains acteurs importants de la « Smart
Grid », comme General Electric, considèrent que cela n'est pas une situation idéale et
souhaitent que les standards de la « Smart Grid » soient rendus obligatoires par la loi.
Par ailleurs, on peut aussi noter que les standards obligatoires permettront d’investir de la
manière la plus efficiente possible les fonds alloués par la loi "American Recovery and
Reinsvestment Act of 2009" (ARRA) qui seront prochainement débloqués.
40
http://collaborate.nist.gov/twikisggrid/bin/view/SmartGrid/SmartGridTestingAndCertificationCommittee
30

3.1.2 Sécurité
Les Technologies de l'Information et de la Communication étant massivement exploitées dans la
« Smart Grid », sa vulnérabilité aux bogues techniques et aux cyber attaques est donc une
préoccupation majeure. L’infrastructure électrique est en effet une infrastructure fondamentale
du pays. Dans le cadre du SGIP du NIST, un groupe de travail transversal (le Cyber Security
Coordination Task Group) a été mis en place en 2009 pour adresser cette problématique et
l’intégrer à tous les niveaux de conception de la « Smart Grid ». Le résultat du travail de ce
groupe, qui rassemble 460 participants, a été publié dans l’avant-projet du rapport " NIST
Interagency Report 7628 : Guidelines for Smart Grid Cyber Security " 41 publié en juillet 2010.
Le document s’apparente à un guide décrivant les conditions permettant d’assurer la fiabilité et
la sécurité de la « Smart Grid » et de protéger la confidentialité des informations obtenues par
les technologies déployées sur le réseau telles que les compteurs intelligents.
Parallèlement à la publication du NIST, les chercheurs du cabinet Pike Research se sont penchés
sur le sujet dans leur rapport « Smart Grid Cyber Security » 42 et estiment que la protection des
équipements et la gestion des configurations seront les principales problématiques de sécurité
dans les années à venir. Les auteurs du rapport reconnaissent les progrès récents réalisés grâce
aux travaux du NIST, aux priorités établies par la FERC et aux programmes du Department of
Energy issus du plan de relance mais attendent des investissements conséquents pour la
sécurité de l’automatisation de la distribution et l’amélioration du transport.
3.1.3 Protection de la vie privée
3.1.3.1 L'inquiétude des experts
La question de la connexion de pratiquement tous les éléments du réseau de distribution
d'électricité à l'Internet agite les consommateurs autant que les experts, inquiets des
implications en termes de sécurité. Les défenseurs des principes de protection de la vie privée
craignent que celle-ci soit mise en péril par la transition vers la « Smart Grid » dont les
infrastructures recueilleront de plus en plus de données granulaires sur les consommateurs. "La
modernisation du réseau va augmenter le volume d'informations personnelles disponibles et
favoriser la récupération, l'utilisation et la mise à disposition de celles-ci" avertit le rapport
dévoilé en novembre 2009 par le Commissaire pour l'information et la vie privée de l'Ontario et
par le Future of Privacy Forum (FPF), un think-tank réunissant chercheurs, responsables et
avocats spécialistes des problèmes de vie privée.
Le NIST répercute les mêmes inquiétudes et avertit dans son rapport « NIST Framework and
Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards » que « les ressources énergétiques
distribuées et les compteurs intelligents (Smart Meters) révèleront des informations sur les
consommateurs et leurs habitudes ».
41 http://collaborate.nist.gov/twiki-sggrid/bin/view/SmartGrid/NISTIR7628v1July2010
42 Rapport « Smart Grid Cyber Security » de Pike Research :
http://www.pikeresearch.com/research/smart-grid-cyber-security
31

3.1.3.2 Une maison transparente
Les technologies de la « Smart Grid », et notamment l'intégration de "Smart Meters" dans les
entreprises et foyers, sont conçues pour apporter aux consommateurs des indications précises
sur leurs niveaux et habitudes de consommation. La connexion de ces appareils et des
informations qu'ils contiennent sur le réseau soulève cependant un certain nombre de questions
sur la manière dont les compagnies électriques et leurs partenaires pourront exploiter, partager
et utiliser d'aussi riches données.
Au lieu de mesurer la consommation électrique à la fin de chaque période de facturation, les
"Smart Meters" fournissent l'information à des intervalles bien plus courts. Si les mesures ne
sont pas enregistrées toutes les minutes, ni appareil par appareil, elles permettent cependant
de déterminer le nombre approximatif d'occupants, s'ils sont présents, s'ils sont éveillés ou
endormis, si la maison dispose d'une alarme et avec quelle fréquence elle est activée, ou encore
la fréquence des douches et des lessives. Ces nouvelles possibilités annoncent pour certains la
fin du "sanctuaire de la maison" où les détails intimes de la vie quotidienne ne devraient pas
être dévoilés.
D'autres risques concernant la vie privée pourraient résulter de la combinaison d'information
d'utilisateurs distincts du réseau. Un véhicule électrique rechargé dans une autre maison (amant
ou ami) pourrait, par exemple, révéler des détails personnels inopportuns vis-à-vis du conjoint
trompé ou de cambrioleurs.
3.1.3.3 Assurer le respect de la vie privée
A terme, les compagnies électriques pourraient devenir aussi omniscientes que les fournisseurs
d'accès à Internet, voire les remplacer en proposant des offres combinées électricité et internet.
Elles pourraient déterminer les rythmes de vie, l'empreinte carbone, les habitudes de
consommation et le niveau de vie relatif de leurs clients et bon nombre d'acteurs pourraient
venir se présenter à leurs portes pour acheter ces précieuses données.
Jules Polonetsky, co-président du FPF, affirme que jusqu'à présent les opérateurs électriques se
plient aux règles existantes établies en 2000 par la National Association of Regulatory Utility
Commissioner (NARUC) empêchant le partage de données de clients sans leur consentement.
Ces opérateurs n'ont pas encore les infrastructures des grandes compagnies spécialistes du
marketing, pour gérer les vagues croissantes de données qui s'apprêtent à déferler. La NARUC a
prévu d'améliorer son dispositif et voter de nouvelles résolutions en matière de vie privée au
sein de la « Smart Grid ». Ces résolutions devraient notamment inclure la minimisation des
données personnelles collectées par la « Smart Grid ».
Les principes établis par le programme de certification "Safe Harbor" 43 , harmonisant les
pratiques de protection des données personnelles entre les Etats-Unis et l'Union Européenne,
pourraient par ailleurs être adoptés par les compagnies américaines désirant s'ouvrir au marché
européen. Critiqué pour ses processus de certification et d'évaluation, le programme "Safe
Harbor" offre néanmoins sept principes permettant de garantir le respect de la vie privée:
avertissement, choix, accès, intégrité des données, sécurité, transfert et maintien de l'ordre.
43 http://www.export.gov/safeharbor/eg_main_018236.asp
32

Le panel d'experts du NIST chargé d'examiner les aspects de cyber sécurité de la « Smart Grid »
a distingué de son côté "un manque de politiques formelles, de standards et de procédures
permettant d'assurer la protection des informations personnelles collectées par les différentes
entités du réseau" et préconise la définition claire et complète de la notion d'informations
personnelles par les compagnies électriques.
Attendue depuis un demi-siècle, la mise à jour du réseau de distribution d'électricité ne sera
suivie massivement par les consommateurs que lorsque les mesures de protection de la vie
privée seront intégrées dans le réseau et qu’elles auront su lever les inquiétudes du public.
3.1.4 La « Smart Grid » ne fait pas encore l’unanimité
3.1.4.1 Inquiétudes sociales autour de l’accès à l’électricité.
L’une des premières tentatives de déploiement de technologies « Smart Grid » aux Etats-Unis a
été rejetée par les régulateurs de l’Etat du Massachusetts en raison d’un « impact social
injuste ». La compagnie électrique locale souhaitait proposer un programme transformant le
modèle de paiement traditionnel de la facture à la fin du mois en système de factures prépayées
intégrant des cartes à puces. Le plan fut rejeté par les régulateurs au motif qu’il « érodait
d’importantes protections contre les coupures pour les consommateurs aux bas revenus » 44 et
entrait ainsi en contradiction avec les lois de l’Etat visant à garantir l’alimentation électrique de
tous les citoyens.
3.1.4.2 Convaincre distributeurs et clients
Une étude récente 45 affirme que la mise en place de la « Smart Grid » pourrait rencontrer
l’opposition d’acteurs inattendus : les distributeurs et leurs clients. Selon les analyses du cabinet
GlobalData, le déploiement de nouvelles technologies engendre parfois beaucoup d’hésitations
pour les clients et les distributeurs. Le rapport note que ces derniers peuvent avoir du mal à
discerner le gain financier à court-terme et être méfiants vis-à-vis des risques liés à l’adoption de
nouvelles technologies. Et malgré les nombreuses études indiquant qu’une majorité des
consommateurs est favorable à la « Smart Grid », les inquiétudes détaillées précédemment
concernant le respect de la vie privée apparaissent comme un phénomène global selon les
chercheurs de GlobalData.
Alors que l’économie encore fragile des Etats-Unis freine la consommation d’électricité et que
les consommateurs disposent de meilleurs moyens de conservation de l’énergie, certains
distributeurs ralentissent leurs investissements et tentent de réévaluer leur position sur un
marché de l’électricité en pleine mutation. PJM Interconnection, opérateur régional en charge
de 51 millions de clients sur 13 Etats de la côte Est, a ainsi annulé un projet de ligne à haute
tension afin de le réexaminer à la lumière de ses nouvelles prévisions de consommation
44
http://www.boston.com/business/articles/2009/07/23/mass_rejects_utilitys_prepayment_plan_for_low_
income_customers/
45
http://www.prlog.org/10514955-smart-grid-rollout-steps-to-overcome-utility-and-consumerbarriers.html
33

d’électricité. La demande est en baisse, l’efficacité énergétique en hausse et les prédictions de la
vitesse de croissance de la demande ont chuté sensiblement. L’Energy Information Agency
estime que la demande connaîtra une croissance d’1 % par an jusqu’en 2035, soit la moitié de la
croissance projetée il y a cinq ans.
34

3.2 Un chantier économique et politique.
3.2.1 Volonté politique et financement fédéraux
3.2.1.1 Energy Independence and Security Act
Le soutien à la rénovation du réseau électrique est devenu une politique fédérale grâce à
l’adoption de l’Energy Independence and Security Act en 2007 46 . La loi attribue 100 millions de
dollars de financement annuel entre 2008 et 2012, établit un programme correspondant pour
que les Etats, fournisseurs et consommateurs adoptent et construisent les éléments d’une
« Smart Grid » et crée la « Grid Modernization Commission » chargée d’évaluer les bénéfices de
la réponse à la demande et de recommander les standards de protocoles nécessaires. La loi
désigne par ailleurs le National Institute of Standards and Technology (NIST) pour coordonner le
développement de standards que la Federal Energy Regulation Commission transformera
ensuite en règlementations 47 .
3.2.1.2 Les mesures de la FERC
La Federal Energy Regulatory Commission (FERC) a publié en juillet 2009 son plan d’action
concernant les standards gouvernant le développement d’une « Smart Grid ». La FERC remarque
que l’industrie électrique a déjà pris les devants en matière de technologies « Smart Grid » et
propose par conséquent d’établir des principes généraux pour l’élaboration des standards. La
FERC étudie également la proportion croissante des énergies propres et a affirmé vouloir
s’assurer que le réseau électrique soit capable d’intégrer au mieux les systèmes de réponse à la
demande, les systèmes de stockage d’énergie, les véhicules électriques et les énergies
renouvelables.
Concernant les véhicules électriques, la FERC souhaite que le réseau permette au moins le
rechargement des batteries durant les périodes de faible demande mais espère idéalement que
le réseau intègre rapidement les technologies V2G (Vehicle to Grid 48 ), permettant d’utiliser le
parc automobile du pays comme un vaste système de stockage énergétique distribué 49 .
3.2.1.3 Le volontarisme de la Maison Blanche
Très attendu pour porter le projet de « Smart Grid », le Président Barack Obama a annoncé le 27
octobre 2009 l’allocation de 3.4 milliards de dollars 50 issus de l’ « American Recovery and
Reinvestment Act » pour la modernisation du réseau électrique, auxquels s’ajoutent 4.7
milliards de dollars apportés par des investisseurs privés. L’objectif du Président, maintes fois
répété, est d’améliorer l’efficacité énergétique et d’accompagner la croissance des énergies
46
Energy Independence and Security Act en 2007 : http://frwebgate.access.gpo.gov/cgibin/getdoc.cgi?dbname=110_cong_bills&docid=f:h6enr.txt.pdf
47 Proposition de la Federal Energy Regulation Commission sur les standards du Smart Grid :
http://apps1.eere.energy.gov/news/news_detail.cfm/news_id=12364
48 Vehicle to Grid : http://en.wikipedia.org/wiki/Vehicle-to-grid
49 Stockage énergétique distribué http://apps1.eere.energy.gov/news/news_detail.cfm/news_id=12364
50 President Obama : annonce ARRA energie http://www.energy.gov/news2009/8216.htm
35

éolienne et solaires. Ces milliards seront répartis en bourses de 400 000 à 200 millions de dollars
destinés à une centaine de projets dans tout le pays.
Ces bourses permettront en outre l’installation de plus de 2.5 millions de compteurs intelligents
(Smart Meters), d’un million de tableaux de bord énergétiques, de 170.000 thermostats
intelligents et de 175.000 autres appareils de contrôle de charge permettant aux
consommateurs de réduire leur consommation énergétique. Ces financements aideront par
ailleurs au décollage du marché des machines à laver, sèches linges et lave-vaisselles
compatibles « Smart Grid », capables de réduire le montant des factures d’électricité. 200 000
transformateurs intelligents, 850 capteurs répartis sur le réseau et 700 stations locales
automatisées sont également amenés à compléter les dispositifs de la « Smart Grid » grâce aux
sommes débloquées 51 .
Au début de l’année 2010, le Président Obama a présenté sa demande de budget [] pour le
Department of Energy sur l’année fiscale 2011 52 . Il réclame 28.4 milliards de dollars, soit deux de
plus que pour 2010, afin d’accélérer la recherche, l’innovation et le développement des énergies
renouvelables et mettre en œuvre une « Smart Grid » fiable et sécurisée. Le demande inclue un
triplement des plafonds d’emprunts pour les énergies nucléaires et renouvelables, supprime 2.7
milliards de dollars de subventions pour les industries du pétrole, du charbon et du gaz et
annule l’expansion prévue de la Réserve Stratégique de Pétrole.
La proposition de budget en quelques chiffres :
- 217 millions de dollars supplémentaires pour la recherche scientifique dont 40 millions
pour les Energy Frontier Research Centers
- 300 millions de dollars pour l’Advanced Research Projetc Agency – Energy (ARPA-E)
- 108 millions de dollars supplémentaires pour soutenir la recherche sur les énergies
éoliennes, solaires et géothermiques.
3.2.1.4 Les initiatives du Departement of Energy
Après s’être engagé à doubler l’investissement des Etats-Unis dans les sciences, le Président
Obama a confié au Secrétaire de l’Energie Steven Chu le développement d’une stratégie globale
de recherche exploitant la grande capacité d’ innovation américaine afin de répondre aux
besoins énergétiques et aux défis climatiques. Dans le cadre de cette stratégie, le Department of
Energy a débloqué 107 millions de dollars pour lancer trois « Energy Innovation Hubs » visant à
accompagner les avancées dans des domaines prometteurs des sciences de l’énergie depuis les
premières étapes de recherche jusqu’à leur mise au point.
51 President Obama sur la smart-grid : http://www.whitehouse.gov/the-press-office/remarks-presidentrecovery-act-funding-smart-grid-technology
52 http://www.energy.gov/news/8588.htm
36

Chaque hub encourage les collaborations multidisciplinaires en rassemblant des scientifiques
reconnus à se concentrer sur des technologies de haute priorité. Les Hubs déjà créés s’articulent
autour de trois thèmes : carburants issus de la lumière, bâtiments énergétiquement efficaces et
modélisation/simulation pour les réacteurs nucléaires. Un quatrième hub centré sur les piles et
le stockage devrait compléter le dispositif rapidement.
Le National Renewable Energy Laboratory (NREL) du DoE a par ailleurs annoncé début janvier
2010 le financement à hauteur de 12 millions de dollars de projets de développement des
technologies solaires afin de les aider à entrer sur le marché. Les quatre compagnies
sélectionnées travailleront avec le NREL pour transformer leurs prototypes en projets pilotes
prêts à être fabriqués à grande échelle.
Le 20 juillet 2009, le DoE a accordé 47 millions de dollars issus des fonds ARRA à des projets
« Smart Grid » de démonstration en cours. Ces 47 millions s’ajoutent aux 17 millions déjà
alloués en 2008 par le DoE à ces mêmes lauréats, accélérant ainsi les calendriers des projets. La
plupart des projets s’intéressent à l’optimisation des technologies de transmissions et
distribution mais quelques uns se focalisent également directement sur les énergies
renouvelables.
Plateforme DMS (Distribution Management System) de l’University of Hawaii : plateforme
permettant aux consommateurs de contrôler et d’automatiser leurs dépenses énergétiques
selon leurs préférences personnelles.
Perfect Power de l’Illinois Institute of Technology : système exploitant les technologies
avancées de la « Smart Grid » pour créer des micro-réseaux infaillibles, capables de
répondre à la demande quelles que soient les conditions sur le réseau.
West Virginia Super Circuit de Allegheny Energy : circuit de distribution avancé intégrant des
technologies de ressources distribuées, surveillance, contrôle et protection afin d’offrir un
système plus fiable et plus sûr.
Beach Cities MicroGrid de San Diego Gas & Electric : projet visant à démontrer l’efficacité de
l’intégration de multiples ressources énergétiques et de contrôles et communications
avancées pour améliorer la fiabilité et réduire les pics de consommation sur les éléments du
réseau.
Zero Energy District de la municipalité de Fort Collins : initiative visant à mesurer le degré
maximum de pénétration de ressources énergétiques distribuées (photovoltaïque, microturbines,
générateurs de secours, vent, véhicules électriques, piles à combustible, systèmes
de cogénération) permettant d’optimiser la performance et les objectifs économiques.
3.2.1.5 FREEDM Systems Center de la NSF
En septembre 2008, la National Science Foundation a lancé le Future Renewable Electric Energy
Delivery and Management (FREEDM) Systems Center 53 , un centre de recherche et d’ingénierie
destiné à développer les technologies futures permettant l’intégration d’appareils « plug and
53 FREEDM Systems Center : http://www.freedm.ncsu.edu
37

play » de génération et de stockage distribués. En partenariat avec des universités, des
industriels et des laboratoires nationaux répartis dans 28 Etats, le FREEDM Systems Center a
pour mission de révolutionner le réseau électrique du pays et d’amener l’électricité issue
d’énergies renouvelables dans tous les foyers et commerces du pays. Le centre est financé par
un plan quinquennal de 18.5 millions dollars 54 ] de la National Science Foundation (NSF)
complétés par 10 millions de dollars issus des cotisations des institutions et industriels
(distributeurs d’électricité, fabricant d’équipement électrique, start-up focalisées sur les
énergies alternatives, …) membres du projet.
Il est à noter que le projet regroupe aussi bien des universités américaines (NC State University,
Arizona State University, Florida A&M University, Florida State University, et Missouri University
of Science and Technology) que des universités internationales (RWTH Aachen University en
Allemagne et le Swiss Federal Institute of Technology en Suisse)
3.2.1.6 National Broadband Plan de la FCC
Le National Broadband Plan de la Federal Communication Commission (FCC) a été dévoilé en
mars 2010 et inclue un chapitre entier sur l’énergie et l’environnement (Chapitre 12, Page 245).
Le rapport stratégique de la FCC 55 s’intéresse notamment à la façon dont les infrastructures
haut-débit peuvent améliorer le fonctionnement du réseau électrique. Plusieurs
recommandations sont ainsi détaillées dans le document :
« Les Etats devraient réduire les obstacles et les contraintes financières concernant l’utilisation
de services commerciaux pour les communications de la Smart Grid ».
« La National Telecommunications and Information Administration (NTIA) et la FCC devraient
poursuivre leurs efforts communs visant à identifier de nouveaux usages pour le spectre de
fréquence fédéral en prenant en compte les exigences de la Smart Grid. »
« Les Etats devraient exiger que les distributeurs d’électricité offrent aux consommateurs le
contrôle sur leurs données énergétiques, et notamment l’accès aux informations en temps réel
des Smart Meters, à l’historique de consommation, aux prix et aux factures via Internet. Si les
Etats ne parvenaient pas à mettre en place des politiques raisonnables avant 18 mois, il serait
du ressort du Congrès de considérer l’adoption d’une législation nationale pour assurer la
protection de la vie privée des consommateurs et l’accès aux données énergétiques. »
« La Federal Energy Regulatory Commission (FERC) devrait adopter des standards d’accessibilité
et de contrôle des données des consommateurs afin de servir de modèle aux Etats. »
« Le Department of Energy et le fond Rural Utilities Services (RUS) devraient prendre en compte
les politiques d’accès aux données des consommateurs au moment d’évaluer les demandes de
bourses ou de prêts de projets labélisés « Smart Grid ». »
54 award #0812121
55 http://www.broadband.gov/download-plan/
38

« La FCC devrait commencer des travaux destinés à améliorer l’efficacité énergétique et l’impact
environnemental de l’industrie de communications » et dans le même ordre d’idées : « Le
gouvernement fédéral devrait jouer un rôle moteur dans l’amélioration de l’efficacité
énergétique des centres de données »
3.2.2 Evolution du cadre législatif
Dans le cadre de la sécurisation de la « Smart Grid », le congrès propose activement des
évolutions législatives afin de définir clairement les responsabilités des agences civiles et
militaires en cas de menaces ou de vulnérabilités sur le réseau. Le Committee on Energy and
Commerce de la Chambre s’est penché ainsi sur le Bulk Power System Protection Act 56 en
auditionnant en octobre dernier différents responsables en charge de la sécurité du réseau
électrique.
Mais ce thème avait déjà agité le Congrès dès le deuxième trimestre 2009. Les responsables du
comité de la Chambre pour la Sécurité Intérieure Bennie Thomson (D-Mississipi) et Peter King
(R-NY) rejoints par le Sénateur Joseph Lieberman (I-Connecticut), président de la commission
pour la Sécurité Intérieure et les Affaires Gouvernementales, avaient présenté le "Critical
Electric Infrastructure Protection Act", un projet de loi visant à protéger les réseaux électriques
contre les cyber-attaques en offrant davantage d'autorité au Département de la Sécurité
Intérieure assurant ainsi un rôle accru de supervision aux commissions du Sénat et de la
Chambre en charge de la Sécurité Intérieure. Au même moment, Henry Waxman, à la tête de la
commission pour l'Energie et le Commerce de la Chambre allié aux Représentants Edward
Markley (D-Massachusetts) et John Barrow (D-Georgie) avait, de son côté, proposé une loi
régulant la cyber sécurité des centrales électriques. Pour sa part, le comité du Sénat pour
l'Energie et les Ressources Naturelles examinait son propre projet de loi régulant la cyber
sécurité du réseau électrique du pays. Ce dernier projet de loi est plus proche des propositions
de Waxman-Marley et Barrow que de celles de Thompson-Lieberman.
Dans un cadre plus opérationnel, les développements à venir du réseau électrique ont été
étudiés au sein de la commission pour l'Energie et le Commerce de la Chambre en juin 2009 57 et
la Commission sur l’énergie et les ressources naturelles s’est affairé autour de l’ American Clean
Energy Leadership Act 58 destiné à promouvoir le développement des énergie propres, l’efficacité
et la sécurité énergétique ainsi que l’innovation et la formation de la main d’œuvre.
Pendant que la plupart des législateurs s’activent pour accélérer le déploiement de la « Smart
Grid », la fibre patriotique de certains élus s’est réveillée et pourrait ralentir significativement la
56 Auditions sur le Bulk Power System Protection Act, 27 octobre 2009
57 Auditions « The Future of the Grid: Proposals for Reforming National Transmission Policy », 12 juin 2009
58 American Clean Energy Leadership Act, 2009
39

distribution des subventions. Une clause controversée « Buy American » est actuellement à
l’étude afin de déterminer si les projets bénéficiant de l’aide de l’Etat peuvent acheter des
matériels fabriqués à l’étranger. Dans une économie aussi mondialisée que celle d’aujourd’hui la
question « qu’est-ce qu’acheter américain ? » risque d’occuper un certain temps les membres
du Sénat. Tiraillés entre l’engagement à réduire les gaz à effet de serre, la dépendance aux
importations de pétrole et cette règle « Buy American », les sénateurs vont devoir s’accorder
sur une définition souple de la règle s’ils ne veulent pas entraver l’implémentation d’une
« Smart Grid » nécessitant des batteries, turbines, éoliennes et panneaux photovoltaïques
fabriqués en partie en dehors des frontières américaines.
Autre sujet de discorde, le projet de loi 1462 59 du Sénat qui prévoit de confier à la FERC une plus
grande autorité concernant la construction des lignes à haute tension. Le Président de la FERC,
Jon Wellinghoff, réclame cette autorité élargie afin de forcer les Etats à se mettre d’accord sur le
partage des coûts colossaux de constructions des nouvelles lignes à haute tension nécessaires
au transport d’électricité « propre » depuis les centres de productions aux consommateurs. Sans
ce pouvoir supplémentaire, M Wellinghoff estime qu’il est peu probable que le pays atteigne
son objectif de sécurité énergétique et de stabilité économique ; il invoque donc une autorité
accrue afin de limiter les retards liés aux mécanismes de décision dans chaque Etat cumulés aux
recours des citoyens réfractaires à l’idée de voir passer de lignes à haute tension dans leurs
jardins. Un certain nombre d’industriels rassemblés derrière la Coalition for Fair Transmission
Policy a cependant entamé une campagne de lobby contre ce projet de loi, baptisé American
Clean Energy Leadership Act, en alertant les législateurs sur l’iniquité de la répartition des coûts
de construction entre les Etats.
59
http://energy.senate.gov/public/index.cfm?FuseAction=IssueItems.Detail&IssueItem_ID=1fbce5ed-
7447-42ff-9dc2-5b785a98ad80
40

Conclusion
La Smart Grid est un enjeu de taille et le travail à accomplir est colossal. Mais les Etats-Unis sont
aujourd’hui au pied du mur et n’ont pas d’autres choix que de rénover intégralement leur
réseau électrique car celui-ci n’est absolument plus adapté aux besoins actuels. Cela leur offre la
possibilité de partir sur de nouvelles bases et d’intégrer ce qui se fait de mieux dans le domaine
électrique pour profiter des avantages d’un réseau intelligent. Le Department of Energy
américain estime en effet que 46 à 117 milliards pourraient être économisés sur les vingt
prochaines années. Cependant la transition ne sera pas aisée et devra s’appuyer un fort
volontarisme politique et de solides investissements économiques.
Si les moyens considérables alloués par le stimulus économique d’Obama permettent de
d’aborder le déploiement de la « Smart Grid » aux Etats-Unis avec optimisme, de nombreux
défis techniques, politiques et économiques devront être appréhendés : de l’intégration de la
production intermittente, à la préparation aux véhicules électriques en passant par le
développement de la production décentralisée, ou encore la mobilisation des consommateurs
et la préparation aux évolutions de la consommation qui prévoit encore de croitre de 30% d’ici
2035.
Les perspectives offertes par la Smart Grid sont immenses mais cette période de récession
économique n’est pas la plus favorable à un chantier d’une telle ampleur. Il appartient
cependant aux agences, aux élus et aux industriels de poursuivre leurs engagements et
d’appréhender au mieux les obstacles qui continueront à se dresser tout au long du
déploiement de ce projet d’une envergure rare.
41

Table des figures
Figure 1. Schéma général d'un réseau national d'électricité. Source : Wikipédia .......................... 5
Figure 2. Les grands axes de transport de l’électricité et les grands secteurs . .............................. 7
Figure 3. Le transformateur classique du paysage américain. ...................................................... 11
Figure 4. Les sources de production d'électricité aux Etats-Unis – Source Wikipédia .................. 12
Figure 5. Potentiel d’énergie solaire – Source : NPR ..................................................................... 12
Figure 6. Capacités en énergie éolienne. – Source NPR ................................................................ 13
Figure 7 Interaction (transport d’électricité et flux d’information) des acteurs entre les grands
domaines identifiés de la Smart Grid – Source : NIST ................................................................... 15
Figure 8 Diagramme du domaine « Client » : un aperçu des flux d’information et d’électricité du
point de vue des clients. – Source : NIST ....................................................................................... 16
Figure 9 Acteurs majeurs par segment de marché de la Smart Grid. Source :
GreenTechMedia.com ................................................................................................................... 19
Figure 10 Schématisation du réseau de communication des compteurs (Source : Trilliant) ........ 20
Figure 11 Schéma des bénéfices ................................................................................................... 24
Figure 12 La « Smart Grid » de bout-en-bout (high level taxonomy) – Source :
GreenTechMedia.com ................................................................................................................... 27
42

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