Rubrique usages de l'énergie
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Le numérique au service d’une gestion dynamique de l’énergie

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La startup grenobloise VestaSystem permet, grâce à sa plateforme de services et à des équipements communicants, d’offrir un niveau d’information et de contrôle de l’énergie très précis. Ce système, composé d’une interface homme-machine et d’un système de capteurs et d’actionneurs, s’adapte à chaque usager et à chaque lieu instrumenté en fonction de ses besoins et contraintes propres. Les plans prévisionnels de flux d’énergies, actualisés bi-quotidiennement, sont des nouveautés apportées à la gestion énergétique par la solution de VestaSystem, ce qui permet un accès à des services dynamiques et évolutifs de plus en plus innovants.
 

1. La gestion énergétique: un nouvel enjeu politique et sociétal majeur

 
Au sein d’un paradigme mondial pour promouvoir le développement durable, notamment insufflé par les travaux du Groupe d’Experts International pour le Climat (GIEC), les problèmes liés au changement climatique et aux activités anthropiques sont au cœur des stratégies de développement de tous les pays. L’Europe, voulant être un exemple pour le monde, s’est fixée des objectifs ambitieux en la matière.
 
Ainsi, au cœur de la politique énergétique européenne, les objectifs 3x20 affichés pour 2020 déclinent trois axes principaux d’action (Figure 1)[1].
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - objectif politique de l'Europe 2020 Le premier objectif concerne la réduction des émissions de gaz à effet de serre (CO2, méthane, fluorures et autres) qui affectent le changement climatique. L’un des moyens d’y parvenir consiste à remplacer les sources d'énergie carbonées (charbon, pétrole, gaz) par d’autres sources n’ayant pas l’inconvénient de rejeter des gaz à effet de serre. C’est ainsi que les énergies renouvelables jouent un rôle majeur dans le développement de ces alternatives décarbonées et dans le développement du système énergétique du futur, d'où le deuxième volet des objectifs 3x20. Mais la production énergétique renouvelable possède des caractéristiques différentes de celles des systèmes dominants actuels : elle est décentralisée et intermittente, ce qui imposera de gérer à l’avenir des flux énergétiques de plus en plus complexes.
 
Le troisième objectif concerne l’efficacité énergétique qui doit être améliorée de 20% par rapport à des prévisions de tendance « spontanée» pour 2020 faites en 2005. Concrètement les négociations entre Etats ont abouti en 2012 à fixer un objectif de consommation d'énergie de l'Union pour 2020 : elle ne doit pas dépasser 1 474 Mtep en énergie primaire ou 1 078 Mtep en énergie finale[2].  Les conditions économiques difficiles, autant que les efforts d’efficacité énergétique, ont permis à cet objectif juridiquement non contraignant d’être pratiquement atteint dès 2014 avec 6 ans d’avance [3]. En 2015, la consommation d’énergie primaire de l’Union Européenne à 28 s’élevait à 1530 Mtep [4] et celle d’énergie finale à 1082 Mtep[5] (Lire L’énergie dans l’Union Européenne 2000-2014). Désormais, à l'horizon plus lointain de 2030, l'objectif est d’au moins 27 % d’économies d’énergie  par rapport à la tendance business-as-usual [6] alors que le Parlement Européen réclamait pour sa part 40 %[7].
 
En fait, c’est surtout la dynamique créée par cet objectif qui compte, sous la forme, notamment, de rapports annuels que doivent remettre les États membres à la Commission[8]  ainsi que le détail des politiques mises en œuvre[9]. L’efficacité énergétique doit notamment être au centre de la conception des nouveaux systèmes consommateurs d’énergie. L’optimisation des postes de consommations en quantité et en durée est donc essentielle : impossible dorénavant d'inventer, élaborer ou dimensionner des systèmes tolérant de forts taux de gaspillage.
 
Un autre enjeu est celui de la réduction de la précarité énergétique, de plus en plus importante en France car elle concernerait 12,2 millions de personnes selon l’Observatoire de la Précarité Énergétique[10].  L’un des axes de diminution des consommations des usagers, en volume et en coût, consiste à chercher à éviter les surconsommations et les gaspillages au moyen d’outils de contrôle, de monitoring et d'optimisation.
 
Un vaste marché s'ouvre ainsi au management de la consommation d'énergie.
 

2. VestaSystem, une startup née d'un projet de recherche

 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - partenaires initiaux VestaSystems VestaSystem est une startup grenobloise fondée en 2011 grâce à la chaire industrielle de Grenoble Institut National Polytechnique (INP), regroupant six écoles d’ingénieurs[11], en partenariat notamment avec les deux laboratoires G2Elab (laboratoire de génie électrique de Grenoble)[12] et G-SCOP (laboratoire de Sciences pour la Conception, l’Optimisation et la Production)[13] (Figure 2).
 
Étant toujours au cœur des développements réalisés par VestaSystem, ces institutions apportent leurs ressources, leurs équipements, leurs compétences et leur savoir-faire pour que la société s’adapte le mieux possible aux demandes qu’elle reçoit de ses clients et pour qu’elle puisse répondre à des signaux envoyés par de potentiels nouveaux marchés.
 
La création de VestaSystem fait suite au projet Multisol de gestion et pilotage d’énergie électrique solaire. Le démonstrateur consistait en une gestion simultanée à la fois de la production d’énergie à partir du soleil, de la consommation énergétique et de la gestion du stockage/déstockage de l’énergie électrique solaire produite dans des batteries[14].
 
Grâce à ce projet et à une participation au concours Solar Décathlon dans l’équipe Rhône Alpes en 2012, VestaSystem a été primée, notamment lors de la remise des prix Energie Intelligente EDF en 2012. La visibilité ainsi acquise dans le secteur de la gestion et du pilotage des flux énergétiques lui a permis d’être bien considérée par la maitrise d’ouvrage lors d’appels à projets incluant ce type de gestion énergétique, projets désormais  de plus en plus courants.
 
Actuellement forte de huit salariés, l’entreprise continue sa croissance et conquiert des marchés dans toute la France sur de vastes projets pour la conception de systèmes de production/consommation d’énergie et sur des projets de bâtiments résidentiels et tertiaires.
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - associations partenaires VestaSystemsSa pertinence dans le milieu est également entretenue par sa participation à des associations professionnelles reconnues comme l’Alliance EnOcean[15], regroupement de sociétés ayant en commun un même protocole de communication radio et plus de 1250 produits interopérables sans fil ni pile et l’association SBA[16] (Smart Buildings Alliance for smart cities) qui regroupe des organisations représentant les corps de métiers liés au bâtiment et les acteurs du numérique. (Figure 3).
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - poles de competitivite associes a VestaSystems VestaSystem est également partie prenante  de deux pôles de compétitivité[17], organismes rassemblant au niveau local des entreprises, petites et grandes, des laboratoires de recherche et des établissements de formation, dans le but de soutenir l’innovation. Les pouvoirs publics nationaux et locaux sont étroitement associés à cette dynamique. Tenerrdis[18] œuvre dans le champ des nouvelles technologies de l’énergie, et Minalogic[19] dans celui du numérique (Figure 4).
 

3. L’apport de VestaSystem : une solution clé en main pour le management dynamique de l’énergie

 
Pour répondre à ces enjeux, les laboratoires de recherche créent des prototypes destinés par la suite à des applications réelles après le développement d’une solution de gestion des flux énergétiques au cas par cas selon la typologie des projets demandeurs. Ces programmes de gestion énergétique sont couplés à un système de capteurs et d’actionneurs qui permettent de récolter des informations sur les systèmes et de les piloter à distance.
 
Dans ce cadre, VestaSystem développe un logiciel (un algorithme et une interface homme-machine) qui permet de gérer des flux énergétiques de plus en plus complexes et qui agit sur le protocole de communication entre les dispositifs et l’algorithme, l’entreprise n’ayant pas vocation à construire les capteurs et les actionneurs physiques.
 

3.1. Un logiciel et des protocoles de communication

 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - domaines d’activité de VestaSystem dans la gestion des flux énergétiques Le cœur d’activité de la société est le développement du code de l’algorithme de prévision/optimisation/gestion de l’énergie. Toutefois, les contraintes de communication avec les utilisateurs et les équipements font que VestaSystem doit également interagir avec eux. Ainsi, la société développe également les systèmes de communication MtoM (machine to machine) et HtoM (human to machine) en s’adaptant à chaque installation, celles-ci étant dotées d’un langage hétérogène (Figure 5).
 

3.2.Les marchés

 
Ce domaine d’activité de gestion de systèmes énergétiques rencontre pour le moment deux marchés principaux :
  • celui de la mécatronique, pour aider à la conception optimale de systèmes énergétiques comme celle  du projet mentionné plus haut Multisol sur la gestion d’une installation solaire complète ;
  • celui de la gestion optimale des flux énergétiques dans le bâtiment dit intelligent et le pilotage optimal des équipements.  Les solutions VestaEnergy se concentrent à la fois sur un pilotage des équipements utilisés individuellement (la domotique) mais aussi sur un pilotage de la consommation générale du bâtiment en fonction de contraintes extérieures telles que le respect de pics de puissance appelée et les besoins de délestage. VestaSystem a notamment contribué à différents projets résidentiels et tertiaires.
 
Ainsi, VestaEnergy est une plateforme évolutive de services, aussi bien pour les systèmes énergétiques que pour leurs utilisateurs et/ou les gestionnaires. Elle permet de fournir à ces derniers  une large palette de conseils adaptés à chaque projet pour mieux consommer l’énergie.
 

3.3.Une plus-value des systèmes développés par VestaSystem : l’optimisation multi-échelles

 
Les optimisations de flux énergétiques de divers systèmes sont des sujets traités par un nombre croissant d’acteurs. Néanmoins, cette gestion reste la plupart du temps mono-échelle avec une gestion énergétique directement au niveau de l’usage du consommateur (échelle d’un logement par exemple) ou à celui d’un système global (un bâtiment par exemple).
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - interface homme/machine Offrant de nombreux services aux utilisateurs et aux gestionnaires grâce à des développements sur la visiophonie ou la gestion des espaces communs, VestaSystem est particulièrement spécialisé dans les services énergétiques dits Ready2Grid, c’est-à-dire les services multi-échelles permettant l’interaction entre l’usager, le bâtiment et les réseaux énergétiques : affichage des consommations, conseils d’efficacité énergétique, limitation de la puissance appelée, prise en compte des tarifs de l’énergie et des prévisions météo (Figure 6).
 
Le pilotage multi-échelles par cette interface est donc le grand caractère innovant de cette solution logicielle. Un exemple caractéristique est la gestion des flux énergétiques dans une copropriété, où chacun des résidents peut contrôler et adapter sa consommation énergétique grâce à la solution VestaEnergy. Les habitants peuvent ainsi piloter les équipements à l’échelle de la prise électrique pour leur propre logement, mais ils disposent également d'un contrôle sur des données énergétiques d’ensemble de leur logement, tels que la température ou la luminosité. Le système permet un asservissement du fonctionnement des équipements pour respecter des consignes générales. Dans le même temps, et c’est le cœur de la gestion double-échelle, l’ensemble de cette gestion énergétique est asservie aux contraintes de consommation énergétiques globales du bâtiment, du type puissance maximale autorisée pour la résidence ou besoins et contraintes de délestage envoyées par le réseau.
 
De plus, le choix est laissé à l’utilisateur de bénéficier de ces conseils individualisés, de façon à prendre en compte les prévisions météo, l’occupation prévue et réelle ou les tarifs de l’énergie. Il peut alors soit laisser la solution VestaEnergy piloter directement les équipements (chauffage, volets, éclairage, veilles) afin de garantir une facture énergétique minimale, soit garder le contrôle sur les actionneurs.
 

3.4.  Le deuxième apport de VestaSystem : un régime de prévision précis des flux énergétiques

 
Le deuxième bénéfice de la solution  VestaSystem réside dans la capacité à ajouter une prédiction des flux énergétiques très précise avec un pas de temps très restreint par blocs de 15 minutes. Cette prédiction est de plus actualisée deux fois par jour pour tenir compte au mieux des incertitudes.
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - programmation prenant en compte les prévisions météo et les usages des occupants D’un côté, l’algorithme réalise des prévisions de charge en fonction des charges prévisionnelles des systèmes énergétiques, des équipements dans les bâtiments et de l’utilisation faite des systèmes par les utilisateurs. Il prend également en compte des prévisions de production en fonction des données météorologiques, des données d’humidité collectées via les prévisions locales ou par des capteurs. Ces informations données par des installations de type smartgrid permettent une prévision très détaillée, à court et moyen terme, et sont prises en compte dans un plan de comportement des équipements de production/consommation sur 24h (Figure 7).
 
Mieux encore, ces prévisions sont actualisées très régulièrement, ce qui permet au plan sur 24h d’être actualisé toutes les 12h pour garantir une meilleure fiabilité des plans de production/consommation (Figures 8 et 9).
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - plan initial du système d’optimisation de VestaSystemEncyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - optimisation VestaSystem par l'actualisation biquotidienne des données
 

4.  Un modèle d’affaire en perpétuelle évolution

 
La base logicielle développée par VestaSystem couplée aux protocoles de communication et aux actionneurs constituent le produit de l’entreprise. Elle se rémunère ainsi par la vente des équipements et les droits de licences du logiciel.
 
Adaptée au cas par cas selon la typologie du projet, la commercialisation dépend du contexte  : soit vente une fois pour toute, ce qui est courant pour les projets immobiliers, soit vente récurrente de licence reconduite chaque année, ce que préfèrent les industriels qui incorporent les coûts des licences logicielles dans leurs charges annuelles.
 
De même, l’adaptabilité de la solution à des applications complexes permet à la société d’envisager des perspectives d’avenir sur des marchés différents, résidentiels ou tertiaires, du type projet d’optimisation de consommation énergétique dans un habitat collectif tel que le projet Confluence 2 à Lyon ou  optimisation de consommation énergétique d'un  datacenter.
 
Enfin, la réalisation des solutions projet par projet est potentiellement sujette à des améliorations continues car les dispositifs basés sur des protocoles de communication ouverts, non dépendant d’une marque, laissent à l’usager, habitant ou gestionnaire,  la possibilité d’ajouter de nouvelles fonctionnalités tout au long de la vie du bâtiment selon l'évolution de ses besoins.
 

4.1.Le projet Lyon confluence 2, l’instrumentation d’un habitat collectif

 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - ilot projet Lyon Confluence A Lyon Confluence 2, îlot A3 regroupe 200 logements neufs[20] (Figure 10). Ce projet, signé avec le promoteur immobilier Icade, permet de développer « une application de gestion énergétique intelligente et individualisée pour chacun des 200 logements prévus sur l’îlot, mais aussi pour la gestion collective du quartier », selon Sébastien Cadeau-Belliard, directeur des ventes et de la communication de VestaSystem.
 
L’apport de la société a été primordial en premier lieu pour la conception par la recherche de la typologie idéale afin d'obtenir un pilotage aisé de la consommation énergétique, tout en respectant le cahier des charges du promoteur, est importante.
 
VestaSystem est ensuite intervenue lors de la construction des huit  bâtiments avec l'installation  des capteurs et actionneurs permettant de remonter les données et d’agir sur les équipements, dans le but d’optimiser la consommation d’énergie de l’îlot et de minimiser les factures énergétiques[21].
 
Situé au sein du smartgrid de Lyon Confluence qui comprend 16 000m² de logements privés et sociaux, le projet sera livré fin 2017. Il constitue un fort potentiel de revenus pour l'entreprise, car la gestion intelligente de l'énergie dans tous ces logements est assurée par la technologie VestaEnergy via  une  tablette numérique qui s'adaptera au mode de vie de chacun en lui fournissant un pilotage adapté de sa consommation énergétique[22].
 

4.2. Le projet EnergéTIC pour le pilotage d’un datacenter

 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - Patenaires projet EnergeTIC Porté par le pôle de compétitivité Minalogic, le projet EnergéTIC impliquant de nombreux partenaires (Figure 11) s’est déroulé entre 2010 et 2012. Il a été financé, à hauteur de 6,8 millions d’euros de fonds publics, par le Fonds Unique Interministériel (FUI), programme cherchant à soutenir la recherche appliquée en France.
 
Encyclopedie energie - gestion numerique de l'energie - plateformes utilisés dans le demonstrateur du projet EnergeTIC L’objectif du projet était de fournir des méthodes pour optimiser la consommation d’un data center. La prévision et la gestion des besoins et des flux énergétiques dans ces centres permet d’éviter des surconsommations temporelles (une durée de fonctionnement inadaptée à la charge de traitement de données informatiques pour les serveurs) et spatiales (un nombre de serveurs en marche trop important avec des capacités de mémoire vives sous utilisées). Dans ce cas d’étude, l’optimisation a été réalisée sur un démonstrateur Bull (Figure 12).
 
VestaSystem s’est chargée de réaliser des composants logiciels pour modéliser le datacenter, prédire son fonctionnement, optimiser sa consommation d’énergie et superviser l’ensemble des systèmes. Pour ce faire, la société a conçu un prototype fonctionnel pour piloter un datacenter par la mise en relation permanente des ressources énergétiques de l’infrastructure (électricité et climatisation) avec les demandes énergétiques de l’informatique et du stockage des données sur les serveurs. Le travail de VestaSystem a donc consisté à minimiser la consommation énergétique et/ou le coût de fonctionnement du datacenter. Ainsi, les algorithmes développés se sont concentrés sur deux axes.
  • L’optimisation du fonctionnement des serveurs physiques du datacenter. La méthode utilisée s’est servie de la prédiction de la charge du datacenter et de l’optimisation de l’allocation de la mémoire. Concrètement, l’algorithme cherchait à optimiser l’allocation de mémoire au sein des serveurs virtuels du datacenter pour en réduire le nombre au maximum. Dans un second temps, la réduction de la consommation énergétique s’est traduite par une optimisation de la répartition de ces serveurs virtuels sur les serveurs physiques afin d'éteindre ceux qui n’étaient pas utiles.
  • L’algorithme a également cherché  à maximiser l’autoconsommation du datacenter, en essayant de valoriser au maximum la chaleur dégagée par les serveurs dans le fonctionnement du système de chauffage/climatisation du centre lequel peut représenter jusqu’à la moitié de la consommation énergétique totale du datacenter[23] (Lire Récupération de chaleur des datacenters).
 
La plus-value apportée par l’outil de management énergétique de VestaSystem a été la mise en adéquation des optimisations (consommation énergétique et/ou coût des consommations) avec les prévisions d’activité du datacenter (la charge IT). Cette expérimentation a ainsi permis au datacenter de diminuer sa consommation et ses charges de près 30%, soit une économie deux fois plus importante que celle associée à un fonctionnement optimisé par une technologie classique sans prévision de la charge du datacenter actualisée bi-quotidiennement. Enfin, l’autre apport du projet a été de démontrer une capacité à absorber plus facilement des variations de charge importante en maintenant la qualité de service grâce à la bonne allocation de la mémoire au sein du datacenter[24].
 

Conclusion

 
Début 2017, les  huit salariés de VestaSystem gèrent une vingtaine de projets. Grâce à ces contrats, aux perspectives offertes par un secteur en forte croissance, et au soutien d’un actionnariat tant privé qu'institutionnel, l'entreprise envisage un plan de recrutement de 20 personnes d’ici 2020. En outre, le développement de forts partenariats avec différents acteurs de l'industrie et de la recherche lui permet de bénéficier d’un socle technologique robuste lui ouvrant l’horizon à plus long terme.
 
 

Notes et références

[1]Commissariat général à l’égalité des territoires (2016). Les 3x20, qu’est-ce que c’est ? l’Europe en France 20/04. Disponible sur : http://www.europe-en-france.gouv.fr/Centre-de-ressources/Actualites/Les-3x20-qu-est-ce-que-c-est [Consulté le 06/03/2017]
[2] Directive 2012/27/UE du Parlement européen et du Conseil du 25 octobre 2012 relative à l'efficacité énergétique. Disponible en 23 langues sur : http://data.europa.eu/eli/dir/2012/27/oj [Consulté le 07/04/2017]
Valeurs légèrement modifiées suite à l’intégration de la Croatie en 2013.
[3] Laramée de Tannenbarg Valérie (2016). L’UE en passe de gagner le pari de l’efficacité énergétique. Euractiv. Disponible sur : http://www.euractiv.fr/section/developpement-durable/news/lue-en-passe-de-gagner-le-pari-de-lefficacite-energetique/  Consulté le [0(/03/2017]
[4] EUROSTAT (2017). Primary energy consumption. Disponible sur : http://ec.europa.eu/eurostat/web/products-datasets/-/tsdcc120 [Consulté le 07/04/2017]
[5] EUROSTAT (2017). Final energy consumption. Disponible sur : http://ec.europa.eu/eurostat/web/products-datasets/-/t2020_34 [Consulté le 07/04/2017]
[6] Union Européenne. Énergie : les objectifs de l’UE. Disponible sur : http://europa.eu/european-union/topics/energy_fr [Consulté le 07/04/2017]
[7]Parlement européen (2016).  Fiche technique : l’efficacité énergéitque. Disponible sur : http://www.europarl.europa.eu/atyourservice/fr/displayFtu.html?ftuId=FTU_5.7.3.html [Cosnulté le 07/04/2017]
[8]European Commission. National Energy Efficiency Action Plans and Annual Reports Disponible sur :
[9] Commission Européenne (2017). Domaines politiques : efficacité énergétique. Disponible sur : https://ec.europa.eu/info/strategy/energy/energy-efficiency_fr et  Energy efficiency directive. Disponible sur : http://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-efficiency/energy-efficiency-directive [Consultés le 07/04/2017]
[10] ONPE (2016). Les chiffres clef de la précarité énergétique. Ed. n°2, décembre 2016. Disponible sur : http://www.onpe.org/ [Consulté le 07/04/2017]
[14]Agence Nationale de la Recherche (2009). Projet Multisol. octobre. Disponible sur : http://www.agence-nationale-recherche.fr/Colloques/NTE2009/pdf/3/PV_4_MULTISOL_bilan.pdf [Consulté le 15/02/2017] 
[17]République française. Les pôles de compétitivité. Disponible sur : http://competitivite.gouv.fr/
[18] TENERRDIS http://www.tenerrdis.fr/ [Consulté le 07/04/2017]
 [20] VestaSystem (2014). Vesta-System, plateforme Smart Building pour l’îlot G de Lyon Confluence. Disponible sur :  http://www.vesta-system.fr/IMG/pdf/confluenceg_vestasystem.pdf [Consulté le 14/02/2017] 
[21] DELARROQUA Hélène (2013). « VestaSystem décolle avec Lyon Confluence 2 », Le Dauphiné, le 28/06/2013, Disponible sur : http://www.ledauphine.com/isere-sud/2013/06/18/vesta-system-decolle-avec-lyon-confluence-2-xrqs [Consulté le 28/02/2017] 
[22]Institut Carnot énergies du Futur (2017).  VestaSystem pilotera l'énergie du 1er quartier Lyon Confluence 2. 22/04/2013, Disponible en ligne : http://www.energiesdufutur.fr/evenement/99/36-evenements.htm [Consulté le 01/03/2017] 
[23] BOUGHRIET R. (2017) « Datacenter : réduire la facture énergétique pour rester compétitifs », Actu Environnement.Com, 07/09/2015. Disponible sur : https://www.actu-environnement.com/ae/dossiers/efficacite-energetique/data-centers-reduire-facture-energetique-rester-competitifs.php  [Consulté le 06/03/2017] 
[24]Pour en savoir plus sur ce projet, la description du projet par le pôle de compétitivité Minalogic : http://www.minalogic.com/fr/projet/energetic
 

 


Bibliographie complémentaire

VestaSystem http://www.vesta-system.fr/ [Consulté le 01/03/2016] 
 
Documents internes à VestaSystem, disponibles à la demande à l’entreprise :
- VestaEnergy, solutions logicielles d’Energy management dynamique
- VestaEnergy, la solution pour l’habitat collectif connecté
- VestaEnergy, composants logiciels pour la gestion prédictive des datacenter