Jumeaux numériques  : quand les solutions optimales naissent de la complexité

Les réseaux modernes de transport et de distribution électrique sont les machines les plus complexes jamais créées. Ils s’étendent sur des continents entiers, et rassemblent des myriades de composants et de sous-systèmes pour maintenir le délicat équilibre entre la demande et la production fluctuantes d’énergie.

Au-delà de leur complexité intrinsèque, les réseaux sont devenus prodigieux par le nombre de leurs composants et par leur extension géographique. Le monde compte aujourd’hui plus d’un milliard de compteurs intelligents en fonctionnement, et plus de 80 millions de kilomètres de câbles et de lignes électriques — soit l’équivalent de dix allers-retours entre la Terre et la lune !

Et cette complexité ne fera que s’accroître à l’avenir. Dans un rapport récemment publié, Transitions des réseaux électriques et de la sécurité énergétique (Electricity Grids and Secure Energy Transitions), l’AIE estime qu’il faudra rénover ou ajouter 80 millions de kilomètres de réseaux dans le monde d’ici à 2040 pour atteindre les objectifs climatiques et assurer la sécurité énergétique.

Afin de maîtriser un tel degré de complexité et des échelles si étourdissantes, les gestionnaires de réseau se tournent désormais vers les jumeaux numériques. Utilisés depuis plusieurs décennies dans de nombreux secteurs d’activité, les jumeaux numériques s’imposent chaque jour davantage pour assister les gestionnaires de réseau dans leurs décisions de planification stratégique, dans l’optimisation de la performance opérationnelle, et dans la gestion des risques au sein de systèmes d’une sophistication sans précédent.

3 facteurs de complexité des réseaux :

• Tandis que le monde se détourne des énergies fossiles au profit des énergies renouvelables, les réseaux doivent être mieux équipés pour gérer la variabilité des productions éolienne, photovoltaïque et hydroélectrique.
• La fréquence croissante des aléas dus au changement climatique fait peser un fardeau supplémentaire sur des infrastructures électriques vieillissantes au niveau mondial.
• 40 GW de toitures photovoltaïques ont été installés dans le monde en 2022. Cette injection dans les réseaux d’une énergie solaire massive, floue et intermittente soulève d’importantes difficultés en matière de qualité de courant et de prévisions de production.

Les gestionnaires de réseaux relèvent ces défis en mobilisant des outils numériques pour améliorer la gestion opérationnelle des infrastructures. En particulier, les compteurs intelligents et les capteurs IdO (Internet des Objets) leur fournissent des données précieuses ; mais ces équipements impliquent aussi un degré supplémentaire de sophistication.

Jumeaux numériques : De la connaissance à la compréhension du réseau

Dans ce contexte de complexité croissante et de volumes colossaux de données recueillies en temps réel, les jumeaux numériques sont devenus essentiels pour l’exploitation des réseaux intelligents. Ils sont mobilisés pour :

• Effectuer des simulations hypothétiques, afin par exemple de mieux appréhender les conséquences opérationnelles de différentes décisions ;
• Gérer et anticiper les besoins de maintenance ;
• Prévenir ou atténuer les pannes de réseau ;
• Aider les gestionnaires à dresser des programmes d’investissement d’infrastructures étayés par des données.

Toute la puissance des jumeaux numériques réside dans leur capacité à reproduire virtuellement les innombrables interactions et corrélations entre des organisations multiples, à différentes échelles, et de les synthétiser dans une vision globale afin de décloisonner les prises de décision. Les équipes chargées de l’ingénierie, de la planification ou de l’exploitation d’un réseau peuvent ainsi simuler de multiples options d’intervention, et en visualiser les conséquences pour l’ensemble de l’organisation. Dès lors, leurs décisions ne s’appuient plus simplement sur leur propre expérience ou sur les comportements passés du système : elles sont pondérées en intégrant toutes leurs incidences, les résultats attendus et les arbitrages nécessaires.

Les jumeaux numériques révolutionnent la gestion des réseaux, comme en témoigne l’ambitieux projet de bâtir un jumeau numérique du réseau électrique européen. En accélérant l’innovation technologique, cette initiative cherche à renforcer l’adaptabilité du réseau face à l’essor annoncé des énergies renouvelables, et à le rendre plus résilient à des chocs tels que les aléas climatiques ou les cyberattaques.

6 domaines de rupture pour les jumeaux numériques

Aux yeux des gestionnaires de réseau, la mise en œuvre conjointe de capteurs connectés à l’IdO et de jumeaux numériques s’avère particulièrement bénéfique dans six domaines d’activité.

Les jumeaux numériques amènent une profonde mutation dans la gestion des réseaux électriques. En facilitant toutes les tâches de gestion et les missions opérationnelles des gestionnaires de réseau, ils donnent naissance à des infrastructures plus fiables, plus résilientes, plus efficaces et plus durables. Ils placent le secteur de l’énergie aux avant-postes de la transition vers une électricité propre et décarbonée.