Un partenariat agile pour l’innovation de terrain

Les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) jouent un rôle essentiel dans la transformation énergétique des territoires: intégration du photovoltaïque, pilotage de la flexibilité, électrification des usages et, pour beaucoup, gestion multi-énergies. Dans ce contexte, l’innovation devient une nécessité. Pourtant, sa mise en œuvre au sein des métiers d’un énergéticien n’est pas une démarche triviale. Les défis les plus courants concernent l’humain: manque de temps ou de compétences, résistance au changement, ou encore manque de soutien. Et ceux-ci se matérialisent le plus souvent lors de la phase de passage à l’échelle [1].

Comment, dans ce contexte, explorer rapidement de nouvelles pistes techniques, et surtout, comment transformer l’expérimentation en actions métier à forte valeur ajoutée? Viteos, le principal énergéticien du canton de Neuchâtel, et le CSEM, en tant que centre suisse d’innovation technologique, ont choisi de répondre à cette question par un partenariat structuré, conçu pour être agile et orienté vers la production de solutions applicables sur le terrain. Retour, exemples à l’appui, sur une collaboration qui vise moins à accumuler des preuves de concept qu’à raccourcir la distance entre idées et mise en œuvre.

De l’idée au terrain: la mécanique d’un partenariat pensé pour l’agilité

Dans de nombreuses entreprises électriques, l’innovation s’est longtemps appuyée sur un modèle d’externalisation: mandats ponctuels, développements portés par des équipementiers, et plus récemment, expérimentation avec des start-up. Lorsque l’objectif consiste à déployer une transformation culturelle interne, ce modèle montre toutefois ses limites: difficulté à embarquer les métiers, inertie au moment du passage en production, indicateurs de performance financière inadaptés, et manque de flexibilité pour ajuster rapidement la trajectoire en fonction des apprentissages.

C’est dans ce contexte que Viteos et le CSEM ont conclu en janvier 2023 un partenariat de cinq ans. Le dispositif repose sur une enveloppe budgétaire annuelle dédiée aux projets, des conditions par défaut en matière de propriété intellectuelle et une gouvernance partagée. Un comité de pilotage, composé à parité de représentants des deux entités, se réunit tous les six mois pour revoir l’avancement et valider l’allocation du budget. La dynamique du partenariat repose toutefois sur une grande latitude opérationnelle: entre deux comités, les équipes directement concernées disposent d’une marge de manœuvre pour décider des modalités de mise en œuvre, ajuster un périmètre, voire arrêter une piste, sans que chaque inflexion ne déclenche une renégociation.

L’accord fournit aussi un financement de base pour permettre l’échange entre les équipes et le cadrage de projets. Ces efforts sont donc perçus comme faisant partie intégrale du partenariat et non comme un poids mort. Cette base rend possible un travail régulier de mise en commun entre la recherche appliquée et le terrain. Ainsi, depuis le lancement du partenariat, sept ateliers thématiques ont réuni des équipes des deux organisations, et 21 collaborateurs de Viteos ont participé à au moins l’un d’entre eux. Les sujets abordés jusqu’à présent vont de l’intelligence artificielle (IA) au stockage d’énergie, en passant par la flexibilité ou la métrologie. Ces ateliers permettent un enrichissement mutuel: les équipes de Viteos gagnent en connaissances sur les opportunités technologiques quand celles du CSEM accèdent à l’état actuel de la pratique et aux besoins du terrain. Ils permettent en outre d’exploiter l’intelligence collective pour formuler des pistes de projets ciblés, qui sont ensuite affinées.

Un autre pilier du partenariat est l’itération. Une fois un axe prometteur identifié, le travail commence souvent par une pré-étude qui vise à affiner le besoin et à inventorier les possibilités existantes. Les décisions en matière de lancement de projet, d’achat externe ou d’abandon de la thématique reposent donc sur des données de qualité. Cette approche est viable parce que le cadre du partenariat limite les coûts fixes de démarrage: la disponibilité du budget et les conditions contractuelles par défaut permettent de décider rapidement de poursuivre si les résultats sont probants, ou de réorienter les efforts sans pénaliser l’une ou l’autre partie. L’arrêt d’une piste n’est pas traité comme un échec, mais comme un apprentissage qui libère des ressources pour explorer un axe plus pertinent.

Enfin, les projets de développement sont menés au sein d’équipes mixtes, où les acteurs de la problématique métier participent au cadrage, puis à la mise en œuvre. Ainsi, quand le livrable arrive, les futurs utilisateurs le reconnaissent comme «leur» solution et sont capables de l’exploiter et de le maintenir. Deux exemples, l’un dans le cadre des réseaux de chaleur, l’autre dédié à la performance d’un parc photovoltaïque, illustrent cette mécanique.

OptiCAD: coupler la physique et les données pour optimiser les réseaux de chaleur

Premier projet effectivement lancé dans le cadre du partenariat, OptiCAD est né d’une technologie du CSEM. Protégée par un brevet, cette dernière permet de réduire la consommation d’énergie de chauffage à l’intérieur des bâtiments en optimisant l’ouverture des vannes de radiateurs. Les partenaires se sont proposés d’en explorer le potentiel d’application à une autre échelle: celle d’un réseau de distribution de chaleur urbain (chaleur à distance, CAD). La question qui a alors émergé était la suivante: comment évaluer le potentiel économique et énergétique de cette approche avant de réaliser des investissements importants, tout en respectant les contraintes d’exploitation?

L’approche retenue a consisté à construire un «jumeau numérique» d’un réseau CAD de Viteos au juste niveau de détail pour pouvoir tirer des conclusions robustes, tout en étant reproductible au-delà du projet. L’itération et le travail en partenariat étroit entre les équipes ont alors montré toute leur valeur.

En effet, au démarrage du projet, l’instrumentation des réseaux de chaleur exploités par Viteos était minimale. Seules les centrales de production de chaleur étaient mesurées en continu et aucune courbe de charge n’était disponible pour les bâtiments connectés. Pour avancer malgré tout, les équipes ont construit un modèle de réseau dans lequel la consommation des bâtiments était calculée sur la base de leur géométrie, de leur âge et de la météo. Cette étape a permis de vérifier que la description de la topologie et des conduites mène à des résultats physiquement plausibles et cohérents.

En parallèle, Viteos a commencé à instrumenter les sous-stations d’un réseau pilote. Le projet a permis de valider la qualité des données fournies par les compteurs. L’analyse a aussi mis en évidence un potentiel d’amélioration immédiat. En effet, elle a révélé que certains gros consommateurs avaient un réglage de débit trop élevé au primaire de leurs sous-stations. Ce réglage conduisait non seulement à des pertes thermiques en raison d’une température de retour trop élevée, mais aussi hydrauliques du fait d’une perte de charge plus grande que nécessaire. Viteos a pu corriger ces réglages et ainsi réaliser des économies.

Grâce à ces nouvelles données de courbes de charge, le CSEM a pu calibrer le facteur d’isolation des conduites du réseau, ce qui permet de quantifier les pertes par dissipation thermique. Il a également pu calibrer les modèles des bâtiments connectés au réseau. Cette deuxième série de calibrations permet de quantifier les effets des changements dans l’exploitation du réseau et de l’ajout d’équipements.

Sur la base des échanges entre les équipes, le projet s’est alors concentré sur deux évolutions possibles: l’ajout de réservoirs distribués de stockage d’eau chaude et le décalage temporel des consignes de température. Les conclusions sont claires: sous des contraintes réalistes en termes de volume, le stockage distribué n’engendre qu’une réduction négligeable de la pointe de puissance thermique consommée par le réseau, et donc de l’appel au gaz fossile. De plus, cette solution nécessite des investissements coûteux pour l’installation. Elle sera donc exclue des plans de développement du réseau. En revanche, une flexibilisation même simple des consignes de température apporte un bénéfice évident. Par exemple, si la moitié des sous-stations décalent l’horaire des changements entre consigne de jour et consigne de nuit d’une ou deux heures, les émissions annuelles de CO₂ du réseau peuvent diminuer de 6% et les coûts d’exploitation de 2%. Cette approche est réaliste, en particulier lorsque les usages sont différents entre les bâtiments. Comme elle ne nécessite aucun investissement dans de nouveaux équipements, elle est clairement intéressante financièrement et sera intégrée dans l’évolution des réseaux.

L’expertise peut aussi servir à choisir la bonne solution commerciale

Le deuxième exemple est né de la rencontre entre les connaissances du CSEM et les besoins opérationnels de Viteos. Au cours de l’atelier participatif dédié à l’intelligence artificielle, le CSEM a présenté divers exemples d’application de l’IA à la maintenance d’actifs énergétiques distribués, notamment pour les parcs éoliens [2]. À ce moment-là, le parc d’installations photovoltaïques exploitées en propre par Viteos dépassait déjà la centaine d’unités, ce qui créait de nouveaux besoins en termes d’efficacité et de scalabilité dans son exploitation. L’objectif consistait à garantir que ces installations produisent au plus près des attentes.
 

Un premier projet avait pour objectif de déterminer à quel point Viteos pouvait se reposer sur des solutions commerciales existantes pour optimiser l’exploitation et la maintenance des systèmes photovoltaïques. En l’absence de cahier des charges préexistant, l’approche retenue a consisté à répertorier un grand nombre de produits et à en extraire les grandes caractéristiques, puis à affiner le cahier des charges et la liste de produits de manière itérative.

Une première liste comprenait 56 solutions logicielles pertinentes. Cependant, la plupart de ces produits commerciaux ont été développés pour les grandes centrales photovoltaïques au sol. Ces solutions ne conviennent donc pas au parc typique d’un GRD suisse, constitué de centrales en toiture dont la puissance individuelle est de l’ordre de la dizaine ou de la centaine de kilowatts. Cette contrainte a réduit la liste des solutions candidates à douze; les solutions non retenues ont néanmoins fourni des informations intéressantes sur ce qui est techniquement possible.

À l’issue de ce premier projet, les partenaires disposaient d’une évaluation quantitative des solutions commerciales selon six axes: facilité de déploiement, capacités d’extension et de personnalisation, suivi de performance, aide à la maintenance, gestion d’actifs et technologies couvertes. Six des solutions évaluées semblaient couvrir les besoins essentiels de Viteos. Dans cette situation, un développement spécifique n’était clairement pas nécessaire.

Dans le deuxième projet, le CSEM s’est donc focalisé sur l’approfondissement de l’évaluation ainsi que sur les échanges avec les fournisseurs de solutions commerciales à propos des évolutions à venir de leurs logiciels. Plutôt que de réaliser des tests expérimentaux sur une installation en toiture, comme initialement prévu, le CSEM a prototypé la configuration de flux de travail et de tableaux de bord personnalisés. Ce projet a abouti à la recommandation d’une des solutions évaluées, qui est désormais déployée à l’ensemble du parc photovoltaïque de Viteos. Cette démarche a mis en évidence l’esprit du partenariat: viser la solution la plus pragmatique, quitte à renoncer à un développement «sur mesure» lorsque le marché offre déjà des briques pertinentes.

Un modèle à suivre?

L’expérience de collaboration entre Viteos et le CSEM suggère une réponse pragmatique à un dilemme fréquent des GRD: comment innover en profondeur sans perdre de temps dans des cycles de cadrage trop lourds? La clé tient ici à une dynamique vertueuse rendue possible par le contrat-cadre: budget disponible, règles prédéfinies et gouvernance qui autorise l’itération. Du côté des GRD, la première étape ne consiste pas à choisir une technologie, mais à identifier la mission que l’entreprise veut assigner à ses activités d’innovation. Sur cette base, un partenaire tel que le CSEM peut accompagner la réflexion et aider à structurer un programme. Viteos encourage d’autres GRD à s’inspirer de la démarche, voire à participer à des formes de collaboration élargies, tout en rappelant que les modalités doivent respecter les réalités de la concurrence et les attentes de chaque acteur.