2021-2025 : CDP OTE

La transition énergétique repose en grande partie sur le développement des sources d’énergie intermittentes dans le mixte électrique. Dès lors, les systèmes énergétiques en transition au niveau de l’habitat et de la mobilité nécessitent des évolutions dans les comportements des individus, des foyers et des collectifs – aussi bien en termes de sobriété que de flexibilité – qui sont induites via des dispositifs où l’humain est au centre des systèmes. Les intentions de recherche dans cet axe portent sur le développement de solutions techniques et d’infrastructures, d’IA, de politiques publiques et de systèmes de coordination, qui reposent eux-mêmes sur une compréhension plus fine et pertinente des comportements.

De nouvelles méthodes et outils d’observation 

Les outils actuels d’observation et de prévision peuvent être complétés par des dispositifs innovants qui permettent de collecter des données sur des longues périodes et de manière répétée (cohortes longitudinales, panels d’usagers, systèmes d’information géographique, compteurs intelligents, capteurs et objets connectés, …). Ces outils permettent d’analyser en continu et en profondeur les mécanismes du changement dans les pratiques, et cela, en explorant toutes les dimensions engagées dans ces processus (technique, spatiale, économique, sociale). Il est donc possible de développer des chaînes de collectes et de traitements des données qui mixent les approches en termes disciplinaires et méthodologiques dans des protocoles originaux.

Pour des réponses pertinentes aux enjeux scientifiques

Ces outils et méthodes visent à apporter de nouvelles connaissances dans plusieurs champs, à savoir :

• L’analyse des impacts de mesures incitant à l’adoption d’une mobilité durable et/ou active, par exemple des aménagements urbains ou des services à la mobilité, ou encore du rôle du réseau professionnel dans les choix individuels via les interactions sociales (externalités, conformité, etc.).
• L’analyse de la valorisation croissante d’attributs non énergétique (électricité verte, énergie locale…) dans le choix des fournisseurs, le développement de l’autoconsommation et des communautés énergétiques, ou encore le recours à des transports multimodaux.
• L’analyse de l’évolution de la demande énergétique résidentielle et de l’efficacité des mécanismes monétaires (ou non) pouvant impacter celle-ci, en testant notamment différents scénarios de feedback basé sur le concept de « nudges » et de tarification dynamique en temps réel.
• Le développement de modélisations du comportement des habitants intégrant la conception de systèmes de communication entre les gestionnaires et ces derniers, ainsi que des logiciels de simulation basés sur le paradigme des agents logiciels.
• Le développement de technologies d’interactions et d’apprentissage pour guider les habitants grâce à des conseils et des explications basées sur des données historiques provenant de capteurs aussi limités que possible, mais aussi sur des interactions avec les habitants (Interactive Home Energy Management Aid System – IHEMAS).

Le consortium scientifique de cet axe est constitué de communautés travaillant avec une approche inter et transdisciplinaire, faisant appel à des données de qualité pour mener à bien leurs travaux. Ces communautés visent à accroître leurs connaissances disciplinaires respectives, mais elles recherchent aussi à développer les synergies avec d’autres communautés pour en améliorer la qualité (par exemple le triptyque Génie électrique / Économie de l’Énergie / I.A.). Par ailleurs, le positionnement méthodologique de tous ces acteurs s’inscrit clairement dans une démarche de démonstration et de la preuve via la collecte de données en toute indépendance et de manière Findable, Accessible, Interoperable, Reusable (FAIR), sans négliger les aspects éthiques que ce soit d’un point de vue opérationnel que des questionnements fondamentaux soulevés.

Au-delà des valorisations académiques (en termes théoriques et méthodologiques), ces champs de recherche visent à produire des préconisations, des méthodes et des technologies aussi bien pour les communautés universitaires elles-mêmes que pour les acteurs socio-économiques (entreprises des secteurs concernés ou institutions publiques).

L’aspiration à (re)localiser l’économie, le déploiement des ENR, l’implication et l’appropriation par les acteurs locaux et les enjeux environnementaux requièrent de penser les circularités énergétiques courtes entre lieux de production et lieux d’usage et/ou rejet de l’énergie. Les impératifs de gestion/stockage induits par l’intermittence de la production, l’imbrication des vecteurs énergétiques et la multiplication des acteurs appellent d’une part, des analyses fines et conjointes des composants et systèmes énergétiques, des flux physiques et économiques et des organisations encadrant/agissant sur ces systèmes à différentes échelles et, d’autre part, de nouvelles méthodes/outils pour les concevoir. Si l’ensemble se focalise sur la question de la localité et des circuits courts ou encore des voisinages énergétiques, la question des inter-actions et des mutualisations avec les échelles plus grandes devra être adressée aussi.

Dans ce cadre, plusieurs thématiques sont envisagées et visent à être mises en synergie

• Des outils de dialogues pour les territoires en transition basés typiquement des objets de dialogues interdisciplinaires autour de l’énergie et entre acteurs à l’instar des transects énergétiques permettant notamment d’appréhender les problématiques et enjeux autour de l’observatoire morpho-énergétique de l’environnement construit
• Une approche de type nœud socio-énergétiques pour l’étude des circuits courts et des communautés énergétiques en interaction avec les systèmes techniques
• Le développement de solutions et de composants de production/stockage/consommation et d’échanges d’énergie dans le contexte des réseaux et de leur mise dans des outils de conception et de conception, sans oublier la dimension des capteurs et solutions d’acquisition de données techniques
• La production de données anonymisées agrégées, d’ordre qualitatives et quantitatives qui viendront elles même alimenter la production d’indicateurs socio et techniques, d’outils open source de monitoring, d’aide à la conception et à la supervision.

Cet axe de recherche propose ainsi une contribution interdisciplinaire à la production et au partage locale de l’énergie en s’appuyant sur des living-lab pertinents (GreEn-ER, LNCMI, … et massivement équipés) jusqu’au terrain réel (Presqu’ile de Grenoble, Agora Energie, quartier sud de Grenoble, …) ce qui permettra une dynamique en lien avec la plate-forme OTE allant de l’observation, à la production de données et de résultats que l’on peut re-déployer sur ces mêmes living-lab et terrain (outils, jeux sérieux, transects, …). Il s’agira donc d’aller de l’observation qualitative et quantitative (des « living-lab » aux « terrains réels ») sur les questions de flux d’énergie physique et d’observation des usages et des pratiques, à la création de jeux de données, d’analyse et d’indicateurs croisés, de production d’outil de dimensionnement et de gestion.

La transition énergétique nécessitera une transformation profonde du système énergétique, facilitant une intégration massive des énergies renouvelables et intermittentes et plaçant notamment l’électricité et l’hydrogène comme les vecteurs centraux de cette mutation. Or les politiques de la transition énergétique ont un rôle structurant sur le choix des technologies, les formes d’organisation, ou l’implication des acteurs. Une compréhension approfondie de leurs processus d’élaboration est indispensable pour identifier les opportunités d’innovation, de projets, et d’action collective. Au-delà de la production de nouveaux savoirs, outils et/ou méthodes d’analyse, cet axe a aussi vocation à constituer une veille sur les instruments d’action publique dans laquelle les autres projets peuvent puiser, ainsi que de permettre aux différentes équipes d’identifier des opportunités de valorisation de leur recherche auprès des acteurs en charge de la régulation.

Plusieurs thématiques sont envisagées et visent à être mises en dialogue :

• L’analyse des controverses associées à la transition énergétique, dont la gestion est une condition essentielle de son acceptabilité sociétale et dont l’étude pluridisciplinaire en termes de design de politiques publiques est déterminante (comme pour les cas de l’autoconsommation collective ou des politiques de soutien à l’hydrogène).
• L’analyse des choix technologiques et de l’évolution des modèles d’affaires des opérateurs de réseaux, compte tenu des incertitudes croissantes générées par les énergies renouvelables et intermittentes qui appellent à de nouvelles modélisations technico-économiques basées notamment sur la théorie des jeux et sur la programmation dynamique).
• L’étude du rôle croissant des usagers dans la dynamique des marchés énergétiques avec l’émergence de mécanismes d’activation de la flexibilité du côté de la demande qui permet, aux côtés du stockage et des centrales utilisées en back-up, de faciliter les équilibres offre/demande au niveau national ou décentralisé notamment en présence de productions renouvelables.
• L’analyse des mécanismes de répartition et de distribution de la valeur autour des données de l’énergie, qui doit permettre d’apprécier le niveau de propriété et inversement d’accès ou d’ouverture que le droit peut organiser (via notamment des jeux de licences ou des concepts de biens communs / pools de données).
• L’analyse de l’utilisation des données et de leurs conséquences en droit, dont la définition de cibles concrètes et quantifiables nécessite de questionner en aval l’utilisation qui peut être faite d’indicateurs par le droit, ce qui s’inscrit dans une réflexion plus large sur le besoin de normes à structure complexe et polycentrique au regard de la pluralité des acteurs impliqués.

En associant les sciences juridiques (qui définissent l’ensemble des possibles, mais qui est également en évolution), la sociologie (qui étudie « la fabrique » de l’action publique) et la science économique (qui analyse les comportements stratégiques des acteurs), le consortium de cet axe cherche à déterminer en synergie les politiques publiques innovantes de la transition énergétique systémique. Mais au-delà des SHS, les questions juridiques, règlementaires et politiques impactent nécessairement la conception et la gestion des systèmes énergétiques dans le choix des configurations techniques possibles, de même qu’à l’inverse les possibilités techniques rendent certaines régulations déployables. Cet axe visera donc aussi à animer le dialogue entre SPI et SHS sur des questions comme l’auto-consommation collective, la blockchain ou les smart-contracts.

À la croisée des méthodes quantitatives et qualitatives, l’axe 4 propose une lecture critique des scénarios de transition énergétique à l’échelle des territoires (villes, régions) sous l’angle des matériaux et des technologies. Le projet repose sur un double constat : premièrement, les scénarios de transition énergétique à l’échelle territoriale décrivent et évaluent mal l’évolution des capacités de production et le prix des matériaux et des technologies pour des évolutions pourtant prévisibles de la qualité (ore grade) des réserves exploitées ; deuxièmement, s’il existe bien une littérature sur les besoins en matières premières et leur criticité dans le cadre de la transition énergétique (IAE 2022 ; USGS 2022 ; EU 2020), il n’en reste pas moins que ces travaux effectués à l’échelle macro ne permettent pas d’estimer la criticité future des matières premières et de comprendre dans quelle mesure leur disponibilité pourrait impacter des secteurs spécifiques (le transport par exemple) à l’échelle d’un territoire, ni d’envisager de manière non anecdotique le développement et le déploiement des « low technologies ». De plus, la notion de criticité dans les matériaux innovants et en cours de développement nécessite d’être prise en compte et travaillée afin de proposer des matériaux et des technologies en phase avec les exigences de développement durable. Se pose alors la question de la performance de ces matériaux innovants, mise en regard de leur criticité et de la sobriété indispensable requise dans la fabrication des dispositifs nouveaux associés, pouvant apporter des solutions technologiques à la transition énergétique.  

Objectifs de l’axe

L’écart entre les scénarios de transition dessinés à l’échelle d’un territoire et la littérature sur la criticité des matières premières est l’objet de ce projet. L’objectif du projet est quadruple :

• Territorialiser la littérature sur la criticité pour mieux comprendre ce qu’implique une quantité limitée de matières premières à l’échelle d’un territoire
• Reconnecter les scénarios de transition dessinés à l’échelle des territoires avec les enjeux liés aux matières premières afin d’internaliser les impacts sociaux et environnementaux (impacts liés à l’extraction et la transformation des matières premières, émissions de GES associées aux infrastructures et aux différents moyens de transport, etc.)
• Mesurer la faisabilité des scénarios de transition au regard des enjeux liés aux matières premières et des objectifs climatiques
• Évaluer la capacité des systèmes sociotechniques et des consommateurs à évoluer vers une mobilité bas carbone selon une approche à la fois historique et prospective de la gouvernance et des usages
• Évaluer les gains potentiels des nouvelles technologies (microsystèmes et capteurs).

Cadre théorique

Le cadre théorique retenu pour ce projet repose sur six piliers :

1. l’approche systémique telle que définit par Meadows (2008) et qui expose les liens entre les structures et les comportements, entre les villes et les systèmes sociaux (politiques publiques…) et techniques (flux d’énergie, de matières…) qui les alimentent ;
2. les travaux récents menés dans le champ des études sur le métabolisme urbain (Pincetl et al, 2012, 2014, 2017) dont la vocation est de croiser les approches quantitative et qualitative pour mieux comprendre comment les infrastructures en tant que services conditionnent les comportements et comment elles pourraient aider à la prise de décisions politiques en accord avec les objectifs climatiques et environnementaux ;
3. les travaux en histoire environnementale (études des flux de matières et leurs impacts socio-environnementaux), en histoire sociale, en histoire urbaine et en histoire des politiques publiques dans le domaine du transport ;
4. les travaux sur l’appréhension et la valorisation (économique et sociale) par les consommateurs/usagers de matériaux aux propriétés nouvelles et de technologies qui ne correspondent pas forcément aux standards du progrès technique tel qu’on l’entend depuis 30 ans ;
5. enfin, pierre angulaire du projet, le modèle DyMEMDS développé par Olivier Vidal et ses étudiants permet de quantifier la demande en ressources (matières premières, énergie, eau) pour des scénarios de transition, ainsi que l’évolution de la qualité des gisements exploités, l’énergie pour les produire et leur prix moyen. À ce titre, DyMEMDS permet de combler l’écart entre les travaux sur la criticité et les scénarios dessinés à l’échelle territoriale.
6. Les travaux sur les notions de criticité et de sobriété dans les matériaux innovants en cours de développement et leur mise en regard avec leurs performances techniques pour la fabrication de dispositifs nouveaux associés apportant des solutions technologiques à la transition énergétique.

Les enjeux d’accès à l’énergie et de qualité de service se posent dans les pays émergents dans lesquels La production autonome d’énergie est aujourd’hui conçue comme une solution d’accès à l’énergie à part entière pour 70% de la population en Afrique subsaharienne vivant hors réseau, tout comme dans des sites isolés tels qu’on peut les trouver en climat tropical ou sur des territoires isolés de type archipel et iles (Indonésie, Galapagos, …) ou même dans des zones non connectées énergétiquement (zones rurales reculées, Amazonie guyanaise, …). Ces enjeux se posent aussi dans des pays développés et massivement interconnectés dans lesquelles émergent des questions de précarité et de solidarité énergétique dans une tendance structurelle d’augmentation des prix de l’énergie. L’ensemble appelle dès lors une approche d’observation, d’analyse et de propositions d’outils et de solutions qui a vocation à mobiliser les sciences humaines et les solutions techniques. Ce front de recherche vise à animer et à organiser le regard croisés des approches sociales et techniques sur ces questions entre les pays émergents et pays développés. De même, nous percevons que nous devrons viser à animer un débat fécond entre l’accès à l’énergie en site isolé et/ou non interconnectés techniquement versus la question du non-accès à l’énergie pour des questions fracture d’accès sociales et économiques. Le regard croisé SHS et SPI se situera autant sur la complémentarité des approches de méthodes d’analyse et de préconisation de solutions, que sur la question de la production des données dans le cadre de l’OTE et de sa plate-forme, et qui seront à la fois d’ordre quantitatif, qualitative, sociale et physique.

Plusieurs pistes de recherche, enjeux et thématiques scientifiques peuvent alors être mise en synergie en impliquant :

• Implication de la variabilité des ressources hydrométéorologiques locales à différentes échelles temporelles (infra-journalière, saisonnière, pluriannuelle) sur le dimensionnement (e.g. stockage) des mini-réseaux et les offres/qualités de services possibles et la compréhension des facteurs de variabilité (infra quotidienne, hebdomadaire, saisonnière) de la demande en milieu rural et estimation de l’adaptabilité/vulnérabilité des usages à la variabilité de la ressource dans un contexte de faiblesse des données sur les usages en Afrique ;
• Intégration d’un paradigme d’innovation « frugale » dans la conception des systèmes sociotechniques et des modèles économiques (maintenance limitée, pauvreté) ;
• Réflexion sur les dispositifs appropriés (communs) de partage et de gouvernance de la ressource énergie en lien avec les enjeux d’autonomie et de pérennisation ;
• Développement de solutions dans les composants de production/stockage/consommation et d’échanges d’énergie dans le contexte des réseaux et de leur mise dans des outils de conception et de conception.

Cet axe de recherche propose ainsi une contribution interdisciplinaire à la conception de mini-réseaux (MR) à énergies renouvelables variables (ERV) dans des contextes de variabilité hydrométéorologique différents suivant les régions, de faiblesse des infrastructures et de fragilité économique (péri-urbain, rural), ou de solutions sociales et techniques et pour le partage et la solidarité énergétique. Il s’agira d’aller de l’observation qualitative et quantitative (des « living-lab » aux « terrains réels ») sur les questions de flux d’énergie physique et d’observation des usages et des pratiques, à la création de jeux de données, d’analyse et d’indicateurs croisés, de production d’outil de dimensionnement et de gestion.