À Aix-la-Chapelle, E.ON prépare la révolution du « smart grid »

Le tournant énergétique (die Energiewende) est naturellement le grand sujet politique et économique qui occupera l'Allemagne dans les prochaines années. Plusieurs fronts sont ouverts, par les compagnies énergétiques, les responsables des Länder, les politiciens à Berlin pour réévaluer les conséquences de la décision prise par Angela Merkel de stopper la production d'électricité d'origine nucléaire d'ici à 2020. Mais au-delà, c'est tout l'appareil de recherche et développement allemand qui se mobilise depuis plusieurs années sur ce tournant énergétique.

Les pistes de recherche sont très nombreuses et concernent l'efficacité des panneaux solaires, les performances des éoliennes aussi bien que la flexibilité des futurs réseaux de transport de l'électricité, ce dernier sujet constituant aujourd'hui un domaine de recherche stratégique de la plus haute importance. Comme c'est l'habitude en Allemagne, l'industrie et la recherche universitaire se sont alliées pour tenter d'imaginer ce que pourraient être dans l'avenir la distribution et le stockage de l'électricité. Car l'enjeu majeur de l'Energiewende, c'est de parvenir à alimenter le réseau de distribution d'électricité de manière stable et sûre à partir de sources qui, comme le soleil et le vent, sont instables par nature.

À Aix-la-Chapelle, à l'ombre de la chapelle palatine érigée par Charlemagne dans les premières années du IXe siècle, le E.ON Energy Research Center consacre l'essentiel de ses travaux à la révolution technologique qui s'annonce dans le domaine des réseaux intelligents et flexibles, le fameux smart grid.

Ce centre de recherche créé en 2007 est le fruit d'un partenariat public-privé entre l'université technique de Rhénanie-Westphalie (RWTH), l'une des plus prestigieuses d'Allemagne, et le groupe industriel, aux termes duquel E.ON finance 50 % des dépenses, soit 40 millions d'euros sur dix ans.

Les deux tiers de cette somme sont affectés à la prise en charge de trois nouvelles chaires d'enseignement, et le tiers restant va au financement de projets de recherche dont les résultats ne sont pas réservés à E.ON mais profitent à l'ensemble de la communauté scientifique allemande.

21.000 milliards d'euros d'économies d'ici à 2050

L'institut est dirigé par le professeur Rik W. De Doncker, docteur en génie électrique de l'université catholique de Louvain en Belgique, ancien senior scientist au centre de recherche et développement de General Electric à New York, qui a également enseigné à l'université du Wisconsin. Il intègre RWTH en 1996 comme professeur et chef de l'Institut d'électronique de puissance avant de prendre la responsabilité du centre de recherche E.ON.

Une bonne partie des recherches de ce centre est consacrée aux réseaux intelligents, un maillon essentiel du tournant énergétique puisqu'ils permettront l'injection de l'électricité produite par l'éolien et le solaire dans des réseaux plus efficaces, plus flexibles et faibles consommateurs de matériaux lourds. Il s'agit d'un programme de 60 millions d'euros sur dix ans, soutenu par l'État, baptisé Flexible Future Electrical Network (FEN).

L'enjeu est de diminuer l'utilisation de cuivre et d'acier pour le transport d'électricité. « En 2050, 90% de la production d'énergie primaire en Allemagne proviendra des énergies renouvelables, et c'est la raison pour laquelle nous devons mettre en oeuvre des réseaux plus flexibles, plus efficaces et moins coûteux. Aujourd'hui, nous avons besoin de 17.000 tonnes de cuivre et d'acier pour produire 1 gigawatt d'électricité. Avec les technologies sur lesquelles nous travaillons, notamment en matière d'électronique de puissance, nous pensons être en mesure de passer à 7.000 tonnes seulement, ce qui représenterait, compte tenu de la capacité installée en Europe et du cours des métaux, une économie globale de 21 000 milliards d'euros pour l'Europe », explique Rik W. De Doncker depuis son bureau du centre de recherche qui occupe deux immenses bâtiments du campus.

1 millions de véhicules électriques en 2020

Sa conviction est que les réseaux de l'avenir comporteront un grand nombre de petites centrales électriques. Les bâtiments et les installations industrielles seront capables de produire leur propre électricité, de la stocker et en même temps de produire de la chaleur et du froid. Le bâtiment principal du centre de recherche fonctionne d'ailleurs selon ce principe et agit comme un immense système de stockage d'énergie, producteur de chaleur en hiver et d'air froid en été. « Environ 40 % de l'énergie primaire sont consommés dans les bâtiments, il y a donc d'énormes économies possibles dans ce domaine » précise-t-il. Dans le domaine de l'électronique de puissance, Rik De Doncker échange expériences et informations avec l'École nationale supérieure d'électrotechnique, d'électronique, d'informatique, d'hydraulique et des télécommunications (Enseeiht) de Toulouse.

Le centre de recherche E.ON travaille aussi sur l'électromobilité et est membre de la plate-forme nationale allemande Elektromobilität, créée en 2010 sous l'égide du ministère allemand des Transports, de la Construction et du Développement urbain, et qui coordonne les efforts de l'industrie et de la recherche afin de faire de l'Allemagne le leader mondial de l'électromobilité en 2020, avec 1 million de véhicules électriques en circulation.

Pour Rik De Doncker, une nouvelle approche de la conception des véhicules électriques est en cours, ne reposant plus sur l'installation d'un moteur unique de 75 kW comme aujourd'hui mais sur la mise en place de plusieurs petits moteurs électriques pour améliorer la flexibilité de fonctionnement du véhicule et permettre à son utilisateur d'acheter des tranches d'autonomie en fonction de ses besoins.

Sans que son directeur ne le dise ouvertement, on croit néanmoins comprendre que Renault est un « client » du centre de recherche E.ON sur l'électromobilité « Ce qui est intéressant, c'est que dans ce domaine les constructeurs automobiles vont perdre la maîtrise de la conception des moteurs au profit d'entreprises comme Siemens, Bosch ou Valeo », remarque Rik De Doncker.