Réseaux électriques - Avant-propos

Le réseau électrique peut se définir comme l'infrastructure permettant la mise en relation entre la production d'électricité et les usages finaux. En réalisant cette interface, le réseau assure non seulement un lien physique permettant la circulation des flux d'énergie mais aussi une mise à disposition de services pour la collectivité qu'il irrigue :

• il permet de tirer pleinement parti du foisonnement des usages ;

• il permet des économies d'échelle et l'optimisation des outils de production ;

• il accroît la sûreté d'alimentation grâce à la redondance et à la mutualisation des ressources.

Mettant en regard l'offre et la demande, il joue nécessairement un rôle majeur dans la réalisation et le suivi de l'équilibre, en étant la structure clé des « systèmes électriques », c'est-à-dire des ensembles interconnectés production – transport/distribution – consommation. Ceux-ci sont d'immenses machines distribuées, couvrant parfois des zones à l'échelle de continents. Ils sont régis par des lois physiques qui rendent leur gestion complexe et délicate, car leur bon fonctionnement repose sur des équilibres de chaque instant qui ne sont jamais acquis et sur le respect d'innombrables contraintes techniques évoluant au cours du temps.

Le concept très général de réseau électrique cache en fait plusieurs segmentations :

• le réseau est à la fois un système et un ensemble d'éléments physiques. Il est en effet constitué de multiples matériels électrotechniques (lignes, câbles, transformateurs, appareils de coupure, contrôle-commande) associés de manière coordonnée et c'est cette association qui constitue le réseau. Il doit également être analysé dans sa fonction système, qui consiste à assurer la mise en regard intelligente d'une production ayant des caractéristiques techniques précises (performances électriques, mécaniques, caractère commandable ou « fatal »...), une localisation donnée et des usages qui ont eux-même leurs caractéristiques (performance, période d'utilisation, exigence de qualité d'alimentation) ;

• un autre regard est celui des grandes finalités du réseau : réseau de grand transport, construit aujourd'hui à la maille européenne, réseau de répartition, irrigant les régions, réseaux de distribution, constituant la boucle locale énergétique, réseau intérieur desservant les différentes applications au sein d'une même installation privée. Chacun de ces types de réseau a sa finalité, sa logique économique, ses acteurs ;

• cela conduit à la segmentation entre réseau public, celui exploité par les gestionnaires de réseaux, dans une logique de monopole géographique « naturel », régulé, et réseau privé, celui appartenant aux clients et exploités sous leur responsabilité, pour relier le point de livraison et les usages finaux, point de livraison qui visualise la frontière entre réseaux public et privé.

Nous retrouverons ces différentes segmentations dans le découpage des traités, qui montreront à la fois les spécificités de chaque segment mais aussi les points communs à tous les types de réseau.

Les réseaux sont en effet dans tous les cas :

• une industrie très capitalistique, basée sur des équipements à longue durée de vie ;

• le support de services considérés comme de première nécessité, prérequis à la disponibilité de nombreux autres services (transport ferroviaire, télécoms pour n'en citer que deux) ;

• une industrie longtemps considérée comme mature, qui évoluait lentement en terme de services offerts (par comparaison au monde des télécoms par exemple), mais qui connaît aujourd'hui un nouveau dynamisme tant du fait des nouveaux défis énergétiques (production massive à base d'énergie éolienne et solaire par exemple) que des nouveaux usages (véhicule électrique...) et des innovations technologiques issues de l'informatique et des télécommunications ou de l'électronique de puissance. Cette évolution est souvent désignée sous le syntagme de « réseaux intelligents », traduction plus ou moins heureuse de « smart grids ».

Entrer dans le fonctionnement des réseaux conduira à examiner les missions essentielles des gestionnaires de réseaux :

• concevoir et développer le réseau ;

• exploiter et conduire le réseau ;

• entretenir le réseau ;

• compter les flux énergétiques ;

• développer des mécanismes de marché en support de nouveaux services.

Même si le concept de réseau a peu évolué, l'organisation globale du système a subi dans ces dernières décennies des mutations profondes.

Le développement très rapide des usages électriques après guerre a fait privilégier un système de production centralisé, avec des centrales de taille croissante positionnées près des ressources énergétiques et des moyens de refroidissement indispensables. Cela a assuré la promotion d'un système d'interconnexion de très grande taille (France, puis Europe) associé à un système de distribution véhiculant de l'énergie de l'amont vers l'aval.

Aujourd'hui, le développement des énergies décentralisées et renouvelables fait que le réseau de distribution est à la fois collecteur de production et distributeur d'énergie vers les clients, au point que certains évoquent un concept de système énergétique local, concept qui reste cependant encore très virtuel en termes de modèle économique.

Les années 1990 et 2000 ont vu le marché de l'électricité s'ouvrir à la concurrence et en parallèle affirmer le caractère monopolistique du réseau. Cependant, c'est le réseau qui, en reliant production et consommateurs, a rendu possible, grâce à sa souplesse, cette ouverture des marchés et la concurrence et les nouvelles formes d'optimisation économique qui en ont résulté.

Le réseau a toujours été constitué par le rapprochement des systèmes de puissances (câbles, lignes, transformateurs) et des systèmes de contrôle (protections, automatismes, téléconduite...) permettant d'assurer le fonctionnement global du « système électrique ». Aujourd'hui, l'évolution des technologies fait que ce second volet se transforme rapidement. Les smart grids, concept très à la mode en ce début des années 2010, traduisent l'enrichissement fonctionnel offert par les technologies de communication et de traitement de l'information qui viennent compléter les technologies basiques de puissance. Cet enrichissement se traduit notamment par un rôle plus important qu'est appelé à jouer le pilotage de la demande dans l'équilibre offre/demande. Le dialogue réseau/production se complète aujourd'hui d'un dialogue réseau/clients ou réseau/usages. L'optimisation économique quitte le champ de la seule production pour aller jusqu'à l'usage final, et l'optimisation environnementale (notamment la diminution des rejets de CO₂) devient un défi à part entière qui peut désormais être relevé.