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Les télécommunications sont une brique centrale des projets smart-grid et constituent un élément majeur de la rentabilité des business case. En effet, chaque maillon de la chaîne de valeur smart-grid s’appuie sur un socle télécom propre. En fonction des caractéristiques des applications concernées, plusieurs types de technologies peuvent coexister et nécessitent un arbitrage stratégique en amont du projet.

Dans cet article, nous nous intéressons aux technologies utilisées au niveau de la boucle locale (en Anglais FAN pour « Field Area Network ») dans le cadre d’applications de smart-metering de type AMI (électricité uniquement).

Les déploiements effectués ou en cours font d’ores et déjà apparaître des disparités régionales dans les choix des technologies. Quelles sont les origines de ces divergences ? Quels sont les technologies disponibles sur le marché et quels critères prendre en compte dans le choix de la meilleure solution ?

Trois principales technologies s’imposent dans les projets de smart-metering

De nombreuses technologies de télécommunications peuvent répondre aux exigences des applications de smart-metering. Le choix porte généralement sur une combinaison de celles-ci plutôt que sur une seule afin de pouvoir prendre en compte les caractéristiques de l’ensemble des clients (zones urbaines ou rurales, topographie, accessibilité du compteur, couverture radio, …). Pour certains clients, le choix de la relève manuelle (à distance) reste encore le plus rentable.

Actuellement, trois principales technologies se partagent l’essentiel du marché des projets de déploiement pour les compteurs communicants électricité : le CPL bas-débit, le RF Mesh et le cellulaire.


Principales technologies de communications utilisées dans le cadre des projets smart-grid
Source : BearingPoint

  • Le Courant Porteur de Ligne bas-débit (CPL)

Cette technologie consiste à utiliser les lignes électriques comme support de transmission des données. C’est une technologie connue de longue date avec des applications de type domotique, multimédia ou de réseau électrique indoor et outdoor en bas ou haut débit. Pour le smart-metering, il s’agit de bas-débit (maximum quelques centaines de kbit/s). Elle permet une communication bidirectionnelle entre le compteur et un concentrateur généralement placé dans un poste de type HTA/BT. C’est une technologie mature avec plusieurs standards ouverts et de nombreux fournisseurs. Les dernières évolutions techniques intègrent la technologie de modulation de fréquence OFDM (standard IEEE P1901.2) qui permet notamment de renforcer la robustesse du signal et ainsi de réduire le nombre de concentrateurs nécessaires (le signal traverserait les postes HTA/BT). Les alliances « CPL-G3 », présidée par ERDF, et « PRIME », présidée par Iberdrola, en sont les fers de lance.

Selon l’architecture du réseau électrique (nombre de compteurs par poste HTA/BT), cette solution peut néanmoins s’avérer très coûteuse en concentrateurs et la bande-passante trop limitée pour certaines applications.

Sa portée (jusque plusieurs kms), sa capacité à relier des compteurs situés dans des endroits peu accessibles (ex : cave, immeuble haut) et sa facilité d’installation comptent parmi ses principaux avantages.

  • La Radio-Fréquence Mesh (RF Mesh)

Cette technologie repose sur l’utilisation de bandes de fréquences radio libres en s’appuyant sur une topologie de réseau maillé. Les compteurs communiquent entre eux avec un rôle d’émetteur / récepteur et remontent les données à un concentrateur avec d’éventuels répéteurs. Les fréquences utilisées se situent en général autour des 900 MHz (entre 902 et 928 MHz aux Etats-Unis) ou 2,4 GHz (portée plus faible).

Ce type de technologie est particulièrement bien adapté en zone urbaine, pour des terrains avec peu d’obstacles et des compteurs accessibles (en extérieur) et nécessite d’acquérir de nouvelles compétences de gestion de réseau télécom pour les Utilities.

Ses principaux avantages sont une bonne bande passante, son indépendance du réseau électrique (continue de fonctionner même en cas de défaillance du réseau), sa compétitivité pour certaines configurations du réseau électrique (faible nombre de compteurs par poste HTA/BT).

La majorité des solutions proposées aujourd’hui sont propriétaires et posent d’importantes questions d’interopérabilité. Des travaux de standardisation sont en cours dans le cadre du groupe de travail IEEE 802.15.4g.

Silver Spring Networks, Itron, Landis & Gyr, Elster, GE sont les principaux fournisseurs de solutions.

  • Le Cellulaire

Certains projets s’appuient également sur les réseaux cellulaires (GPRS ou 3G) pour la boucle locale (en plus du WAN). Ce choix nécessite de passer par un ou plusieurs opérateurs télécoms. Cette solution s’adapte particulièrement bien pour certaines zones où l’utilisation du CPL ou du RF Mesh est techniquement impossible ou non rentable. Cette technologie permet une mise en service rapide et avec un très faible coût d’investissement et offre de très bonnes performances. Son principal inconvénient est la dépendance à un opérateur télécom qui complexifie la maîtrise de la qualité du service et des coûts. Le coût d’abonnement élevé pour chaque équipement connecté limite son utilisation à grande échelle dès lors qu’il s’agit de relier de très nombreux compteurs.

De plus, la plupart des opérateurs se dirigent aujourd’hui vers une extinction de leur réseau GPRS au profit des réseaux 3G et 4G. Le facteur de l’obsolescence technique est à prendre en compte dès lors qu’il s’agit de déployer des compteurs pour une durée de 15 à 20 ans.


Comparaison des principales technologies de communications
Source : BearingPoint

Une 4ème technologie détient une part significative du marché US, le RF point à point/multi-points longue portée sur un spectre de fréquences dédié. Sensus en est le principal fournisseur. C’est une solution caractérisée par un coût d’investissement nettement plus élevé mais qui offre de meilleures performances que le RF Mesh. Son utilisation reste néanmoins limitée car, au-delà de son coût, peu de pays ont jusqu’ici fait le choix de réserver des bandes de fréquences pour les Utilities.

Des choix radicalement différents d’un côté à l’autre de l’Atlantique

Jusqu’à présent, les projets de déploiements de compteurs communicants en Europe reposent principalement sur du CPL complété par du cellulaire pour certaines zones. C’est par exemple le cas de l’Italie, de la France ou de la Suède.

Aux Etats-Unis, les Utilities ont en revanche largement opté pour des solutions RF Mesh. Cette divergence s’explique par :

  • La régulation nettement plus stricte des fréquences radio en Europe qui restreint fortement l’utilisation des bandes de fréquences utilisées habituellement pour le RF Mesh (en particulier celles inférieures à 1 GHz).
  • Les caractéristiques architecturales européennes (bâtiments hauts en béton, compteurs dans des caves, …) sont également beaucoup moins favorables à l’utilisation de technologies sans fil.
  • Les caractéristiques du réseau électrique américain (nombre de clients par poste HTA/BT en moyenne beaucoup plus faible qu’en Europe) qui rendent le coût du CPL trop élevé (dans l’hypothèse d’une technologie qui ne traverse pas les postes HTA/BT).

Néanmoins, des discussions sont en cours au niveau européen pour assouplir la réglementation des bandes de fréquence en question et les nouveaux standards RF Mesh en cours de développement visent à mieux s’adapter aux exigences d’autres régions que l’Amérique du Nord. Ce qui pourrait augmenter la pénétration des technologies sans-fil et ouvrir de nouveaux marchés aux fournisseurs de solutions.


Principales technologies de communications utilisées parmi les principaux projets d’AMI en Europe et en Amérique du Nord
Source : BearingPoint

Auteur:
Adrien Mathieu, Manager

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