Développement d'un outil pour l'optimisation du dimensionnement et de la gestion des systèmes multi-sources avec batteries : application aux tours de télécommunication (OSETTA)

L’industrie des télécommunications fait face à un double défi : élargir l’accès au numérique tout en réduisant son empreinte environnementale. Actuellement, ce secteur représente 3 % de la consommation énergétique mondiale et génère environ 430 M tCO2 par an, soit 1 % des émissions mondiales. Une transformation de son infrastructure énergétique est donc essentielle, d’autant plus que les stations de base, qui assurent la connectivité des réseaux, sont responsables de 57 % de la consommation électrique du secteur. Parallèlement, l’accès à Internet demeure inégalement réparti, en particulier dans des pays comme le Canada, où la fracture numérique reste préoccupante. En 2022, seulement 64 % des ménages ruraux canadiens disposaient d’une connexion Internet de 50/10 Mbps, contre plus de 99 % dans les zones urbaines. La situation est encore plus critique dans les communautés autochtones vivant dans les réserves, où seulement 41,53 % bénéficient d’un accès à la 5G et 42,9 % à une connexion de 50/10 Mbps. Ce retard en matière de connectivité freine le développement socio-économique de ces régions et souligne l’urgence d’une infrastructure télécoms plus accessible et durable. Cependant, l’approvisionnement énergétique du secteur repose encore largement sur des sources conventionnelles. Actuellement, 46 % de l’énergie consommée provient de sources renouvelables, tandis que 43% sont issus du réseau électrique conventionnel et 11 % sont produits par des générateurs diesel. Malgré cette part d’énergies renouvelables, moins de 1 % est généré directement sur site, les opérateurs privilégiant les accords d’achat d’électricité. Ce modèle pose des défis importants, notamment face à la croissance prévue des sites en réseau instable ou hors réseau, dont le nombre devrait augmenter de 22 % d’ici 2030, atteignant 109 000 sites en réseau instable et 24 000 sites hors réseau. Conscients de ces enjeux, les grands opérateurs de télécommunications ont fixé des objectifs ambitieux : réduire leurs émissions de 50 % d’ici 2030 et atteindre la neutralité carbone à l’horizon 2050, tout en poursuivant leurs efforts pour combler la fracture numérique. Dans cette optique, des solutions de nanoréseaux émergent comme une alternative prometteuse pour alimenter les infrastructures situées dans des zones à faible connectivité. En combinant panneaux photovoltaïques, batteries LFP (Lithium-Fer-Phosphate) et générateurs diesel, ces systèmes permettent d’optimiser l’intégration des énergies renouvelables tout en réduisant la dépendance aux combustibles fossiles. Toutefois, ces initiatives se heurtent à des contraintes géographiques et climatiques, en particulier dans les régions où l’irradiation solaire est inférieure à 3,5-5 kWh/m²/jour, limitant ainsi le potentiel d’exploitation de l’énergie solaire. Surmonter ces obstacles nécessitera des innovations technologiques et une planification adaptée aux réalités locales afin de garantir une transition énergétique efficace et inclusive. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce projet de recherche, qui s’aligne avec la vision des grands opérateurs canadiens tels que Rogers et Bell Canada, ayant annoncé leur engagement à réduire leurs émissions de 50 % d’ici 2030, en prenant 2019 comme année de référence. Afin d’atteindre cet objectif, ces opérateurs ont commencé à déployer des stations alimentées par des énergies renouvelables pour fournir l’électricité aux infrastructures situées dans les zones éloignées. L’objectif principal de ce projet est le développement d’un outil permettant aux opérateurs télécoms d’optimiser le dimensionnement et la gestion des nanoréseaux hybrides (associant panneaux photovoltaïques, batteries et générateurs diesel) pour alimenter les stations de base dans ces régions isolées. L’approche adoptée se concentre à la fois sur le dimensionnement optimal du système et sur sa gestion en minimisant les coûts économiques et environnementaux. L’un des aspects novateurs de cette recherche réside dans l’intégration des panneaux photovoltaïques bifaciaux, une technologie émergente qui devrait représenter environ 20 % du marché mondial du photovoltaïque d’ici 2030, contre seulement 5 % en 2020, avec une capacité installée estimée à 100 GW. Ces modules offrent un rendement supérieur de 10 à 20 % par rapport aux panneaux monofaciaux classiques grâce à leur capacité à capter la lumière réfléchie par le sol et les surfaces environnantes, optimisant ainsi la production énergétique des stations hors réseau. Un autre défi majeur abordé par cette recherche est l’impact de l’accumulation de neige sur la production des panneaux solaires. Selon les conditions météorologiques, l’enneigement peut entraîner une réduction du rendement énergétique allant de 3,5 % à 100 %. Il est donc essentiel d’intégrer ces effets dans la modélisation et la gestion des nanoréseaux afin de garantir une alimentation énergétique fiable, même en conditions hivernales sévères. Les contributions de cette recherche se déclinent en trois axes principaux : 1. Modélisation détaillée du système afin de mieux comprendre les interactions entre les différentes sources d’énergie et la consommation des stations de base. 2. Optimisation de la gestion énergétique, prenant en compte les incertitudes liées à la production des nanoréseaux et à la demande énergétique des stations de base. 3. Coordination entre la modélisation et la gestion énergétique grâce à une optimisation conjointe, visant à maximiser l’intégration des sources renouvelables. À l’issue de cette étude, un outil de dimensionnement optimisé pour les systèmes hybrides sera développé, facilitant la planification et la gestion énergétique des stations de base alimentées par nanoréseaux. En atteignant ces objectifs, ce projet contribuera directement aux politiques de réduction des émissions de gaz à effet de serre et à l’ambition de neutralité carbone d’ici 2050. Il constitue ainsi une avancée stratégique pour le secteur des télécommunications, en conciliant l’expansion du numérique et la transition énergétique.

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