Cinq technologies de détection pour optimiser la gestion des données réseau
La résilience énergétique et de la consommation
29 Novembre 2023
4 MIN
banniere-cinq-technologies-de-detection

Dans un contexte de transition mondiale vers les énergies renouvelables et de demande croissante pour une électricité décarbonée, l’inéluctable transformation des réseaux nécessite plus que jamais le concours de l’intelligence numérique.

Les capteurs revêtent ici une importance cruciale. Ils sont « les yeux et les oreilles » du réseau électrique moderne : les données qu’ils recueillent sont indispensables à une gestion fiable, efficace et adaptable des réseaux de demain.

Cinq technologies notables de capteurs de données révolutionnent aujourd’hui les réseaux électriques.

1. Les compteurs intelligents : pour une mesure efficace de l’énergie

compteurs-intelligents

Les compteurs intelligents sont rapidement devenus une solution préférentielle pour mesurer efficacement les flux d’énergie. Au cours de la dernière décennie, ils ont remplacé la quasi-totalité du parc de compteurs traditionnels et révolutionné le rapport des opérateurs et des consommateurs aux ressources énergétiques. Selon l’Agence internationale de l’énergie, plus d’un milliard de compteurs intelligents sont installés dans le monde, et leur nombre a été multiplié par dix depuis 2010.

Grâce à ces nouveaux compteurs, les consommateurs bénéficient d’un suivi détaillé de leur consommation, et les fournisseurs d’électricité sont mieux à même d’analyser les profils d’utilisation et d’anticiper les besoins futurs. Le réseau devient donc plus fiable, plus efficace et plus résilient.

Il existe trois types de compteurs intelligents, qui présentent des fonctionnalités distinctes :

  • Outre qu’ils mesurent avec précision les consommations électriques, les compteurs intelligents les plus simples sont équipés pour la télémétrie et éliminent le recours aux relevés manuels. Grâce à leur prise en charge des tarifications dynamiques, les consommateurs peuvent faire des économies en reportant certaines consommations sur les heures creuses.
  • Les compteurs intelligents intermédiaires comportent des fonctions de communication bidirectionnelle entre consommateurs et gestionnaires réseau. Ils sont capables d’établir des courbes de charge, et de transmettre des données détaillées d’une grande utilité pour une gestion et une exploitation optimale du réseau. Certains modèles peuvent détecter les coupures de courant et alerter les opérateurs afin de minimiser les délais d’intervention. Il existe également des mécanismes de détection et de signalement des manipulations, qui prémunissent les opérateurs contre les fraudes et leur évitent des pertes non techniques potentiellement importantes.
  • Les compteurs intelligents avancés prennent en charge des programmes de réponse à la demande, grâce auxquels les gestionnaires de réseau contrôlent et ajustent la demande électrique à distance pendant les pics de consommation. D’usage devenu courant, les dispositifs embarqués de contrôle de la qualité de l’énergie simplifient la détection des variations ou des creux d’intensité. Enfin, ces compteurs sont dotés de capacités de diagnostic de santé et de performance des réseaux de distribution qui peuvent identifier certains dysfonctionnements des installations à basse tension, tels que les arcs électriques ou les courts-circuits, facilitant les mesures de maintenance préventive.

2. Les capteurs de courant pour câbles simples et multiconducteurs

Pour satisfaire les objectifs ambitieux de neutralité carbone, et pour mitiger la hausse et la volatilité des prix de l’électricité, les réseaux doivent impérativement minimiser les déperditions inutiles d’énergie.

D’après Sarah Marie Jordaan, maître de conférences en Énergie, ressources et environnement à l’Université Johns Hopkins, une plus grande efficacité des réseaux à l’échelle mondiale pourrait réduire de 500 millions de tonnes nos émissions de CO2 — soit plus de 1 % des émissions annuelles dans le monde. Mais pour citer le physicien britannique William Thomson, mieux connu sous le nom de Lord Kelvin, « Si vous ne pouvez pas le mesurer, vous ne pouvez pas l’améliorer ».

Des innovations comme les capteurs de courant pour câbles simples et multiconducteurs changent la donne pour les gestionnaires de processus et d’équipements. Ces dispositifs éprouvés peuvent être directement positionnés autour des conducteurs et des feeders, sans interruption du circuit à mesurer. Ils permettent ainsi de mener rapidement des audits sélectifs, et d’élaborer des stratégies concrètes de réduction des consommations pour réaliser jusqu’à 20 % d’économies d’énergie.

25-milliards-dappareils-connectes-en-2025

3. La récolte d’énergie : puiser de faibles quantités dans l’environnement

La mise en œuvre de capteurs sur des sites isolés ou d’accès difficile peut s’avérer problématique, notamment du fait de la gestion peu durable des batteries et des coûts d’exploitation associés.

Alors que l’Internet des Objets devrait compter 25 milliards d’appareils en 2025, la récolte d’énergie émerge comme une technologie cruciale pour la diffusion de capteurs durables et de solutions connectées.

Le concept de récolte d’énergie repose sur le captage et la conversion de petites quantités d’énergie disponibles dans l’environnement immédiat d’un dispositif, ou dans des sources électriques proches telles que des câbles. La méthode la plus répandue mobilise l’effet photovoltaïque, qui produit de l’électricité à partir de la lumière. Peu coûteuse et aisément adaptable aux applications d’éclairage intérieur, elle répond parfaitement aux besoins des solutions IdO.

L’induction est une autre technologie de récolte d’énergie, fréquemment employée pour les systèmes câblés. Elle assure un fonctionnement autonome des appareils en utilisant l’énergie des câbles ou de leurs terminaisons. Cette approche intéressante du point de vue écologique simplifie la maintenance des capteurs, et prolonge la durée de vie des systèmes.

Avec les dernières avancées de l’électronique embarquée, notamment des processeurs et de la connectivité sans fil basse consommation, ces systèmes ont gagné en efficacité et fermement établi la récolte d’énergie comme une source fiable d’alimentation électrique.

4. L’Edge-to-cloud : une révolution dans les pratiques de maintenance

L’intégration Edge-to-cloud ouvre une nouvelle ère pour la maintenance avec des pratiques plus intelligentes et plus efficaces, tout particulièrement dans le domaine des réseaux électriques.

Entre autres innovations matérielles, les circuits FPGA avancés peuvent être placés à des points stratégiques du réseau électrique pour recueillir des données en temps réel sur l’état du système de câbles. Ils effectuent des relevés de paramètres tels que la charge, la température, l’humidité, les vibrations ou encore les transitoires électromagnétiques ; mais surtout, ces informations brutes sont caractérisées et modélisées à la volée, en périphérie (Edge) du système informatique. Cette fonctionnalité améliore significativement la qualité et la pertinence des données transmises au cloud pour analyse approfondie et stockage.

Associée à des processus d’apprentissage supervisé, l’intelligence artificielle en périphérie du réseau facilite le filtrage des données brutes, notamment le débruitage et la détection précoce d’altérations des conditions de fonctionnement.

Les données sont ensuite communiquées à une application de maintenance hébergée sur site ou sur le cloud, comme la plateforme Nexans de gestion des actifs conçue pour informer les décisions des opérateurs réseau et de leurs équipes de maintenance. La fluidité de l’interface entre l’edge et le cloud facilite ici l’élaboration de stratégies de maintenance prédictives basées sur l’état physique du réseau. Cette technologie puissante permet l’identification des premiers signaux de défaillance des équipements, l’optimisation des programmes de maintenance et la minimisation des temps d’arrêt financièrement préjudiciables.

Les technologies edge-to-cloud catalysent aujourd’hui l’évolution de la maintenance réseau vers une approche proactive et centrée sur les données ; elles sous-tendent la robustesse et la sécurité du réseau, la maîtrise des coûts, et le fonctionnement ininterrompu des réseaux électriques.

5. La fibre optique : minimiser les perturbations de service

Lorsque les techniques traditionnelles s’avèrent impraticables ou trop chères, la fibre optique peut être mise en œuvre comme solution d’acquisition de données à distance ou comme réseau de capteurs distribués.

Par comparaison aux capteurs ponctuels, les technologies de détection par fibre optique proposent aux opérateurs réseau une méthode plus précise et plus économique d’acquisition de données.

Les capteurs à fibre optique distribués mesurent en continu l’activité de l’ensemble du réseau électrique, permettant aux opérateurs de localiser rapidement les perturbations réelles ou potentielles et donc de minimiser, voire de prévenir de coûteuses coupures de courant.

fiber-optics

Très sensibles aux variations de température et de contraintes mécaniques, les fibres optiques se prêtent à toutes les applications de détection distribuée :

  • La Détection de température distribuée (Distributed Temperature Sensing ou DTS) concerne la détection précoce d’anomalies telles que les points chauds ou les goulets d’étranglement thermiques dus à des modifications de l’environnement des câbles. Associée à un algorithme de contrôle thermique, la DTS permet d’évaluer l’état des câbles et l’intensité maximale admissible, et donc de déterminer les plages d’utilisation compatibles avec une exploitation sûre du réseau.
  • La Détection acoustique distribuée (Distributed Acoustic Sensing ou DAS) porte sur la détection et la localisation précise des anomalies, mais aussi des interférences de tiers, que celles-ci aient lieu à terre (vols de câbles, fouilles, forages…) ou en mer (lâchers ou dérives d’ancres). Cette écoute permanente des signatures acoustiques est une méthode efficace de contrôle de l’état des câbles.
  • La Détection de contraintes distribuée (Distributed Strain Sensing ou DSS) mesure en continu les contraintes mécaniques et les déformations sur toute la longueur du câble. Ceci permet d’évaluer l’état structurel du câble et de s’assurer que celui-ci n’est pas soumis à des contraintes trop importantes (telles que des coudes ou des étirements).

Depuis le début des années 90, Nexans est un pionnier des technologies de détection et de mesure distribuées pour les câbles à haute tension. Notre parcours dans ce domaine a débuté par l’installation du système de détection des températures distribuée (DTS) pour la liaison Skagerrak 3 entre le Danemark et la Norvège ; depuis lors, ces technologies n’ont jamais cessé d’évoluer et de repousser les limites de distance, de précision, d’efficacité et de réduction des coûts.

Avec l’irruption de technologies novatrices, les capteurs jouent un rôle de premier plan dans la révolution des réseaux électriques intelligents. Nous disposons grâce à eux des données indispensables pour assurer la fiabilité, l’efficacité et l’adaptabilité des réseaux électriques de demain.