Quels usages de la blockchain dans les microgrids ?

07/05/2017
Auteurs : Olivier Sellès
Publication REE REE 2017-2 Dossier Les microgrids
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2017-2:19267
DOI : http://dx.doi.org/10.23723/1301:2017-2/19267You do not have permission to access embedded form.
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Quels usages de la blockchain dans les microgrids ?

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REE N°5/2016 Z 53 LES MICROGRIDS DOSSIER 1 Introduction La blockchain est une technologie de stockage et de transmission d’informa- tions, transparente, sécurisée et fonc- tionnant sans organe central de contrôle, selon la définition de Blockchain France. C’est donc avant tout une technologie permettant d’opérer une base de don- nées. Une base de données qu’il n’est plus besoin de valider par un tiers de confiance, coûteux par nature, mais par consensus, donc beaucoup moins coû- teux. Poussons la définition un peu plus loin : une des promesses de la block- chain est d’être une technologie per- mettant d’opérer des bases de données à moindre coût. Ce n’est pourtant pas la première promesse de la technologie blockchain. A l’origine, indissociée de la cryptomon- naie Bitcoin, elle était essentiellement perçue comme une technologie per- mettant des transactions à confiance décentralisée. Vous aurez davantage confiance en un hôte qui a de bonnes et nombreuses recommandations sur un site de mise en relation pour des séjours chez l’habitant, à moins bien sûr que la plupart des recommanda- tions soient fausses. De la même façon, Bitcoin et les autres cryptomonnaies uti- lisant la technologie blockchain sont des moyens de transaction permettant de s’assurer que, à moins d’une manœuvre collective contre vous, vous serez effec- tivement payé. Il s’agit de la force du collectif, par opposition à la force de l’exécutif. La confiance distribuée, et son sous-jacent de quasi-inviolabilité des données inscrites, sont deux res- sorts fondamentaux du succès de la blockchain. Mentionnons également son caractère participatif, et comme indiqué plus haut, son faible coût, et nous avons les quatre promesses de la blockchain. Les quatre caractéristiques qui déterminent l’opportunité de cette technologie dans un cas d’application donné. Si la technologie blockchain est une technologie de gestion de base de données pourvue de ces quatre pro- messes, il n’y a pas de raison en soi qu’elle se limite aux applications cryp- tomonétaires. C’est ainsi qu’en 2015, les applications non-financières décollent véritablement. La Suède, le Honduras et la Géorgie l’envisagent pour leur cadastre (dont le notaire est le tiers de confiance). Œuvres d’art et diplômes se voient certifiés par blockchain : la quasi inviolabilité technique est mise en œuvre. Et la startup La’Zooz propose un service de covoiturage dont le barème est fixé par les participants de façon col- lective. Dans un monde où le kWh est, bien heureusement, abordable, il est donc légitime de tester la blockchain sur sa quatrième promesse. Peut-on opérer une base de données enregistrant des données énergétiques pour un coût négligeable face à celui des quantités d’énergie correspondantes ? En novembre 2015, le fournisseur Lo3 présente l’initiative TransActive Grid. Martha, une habitante de President Street à Brooklyn, met son productible photovoltaïque non-consommé à dis- position de ses voisins, en enregistrant les transactions de vente grâce à une Quels usages de la blockchain dans les microgrids ? Olivier Sellès Responsable Innovation Energie & Smart City, Bouygues Immobilier The development of blockchain-based projects in the energy sector is recent. We present a new project using the blockchain technology to measure and report the share of locally-produced energy for each consumer in a mixed-use building in Lyon. This project has two goals for now: a learning-by-doing approach to unders- tand the whats and the hows of this new technology, and an empowerment of prosumers inside a positive-energy building to help them understand and optimize their use of locally produced energy. The further outputs of this project are purposely not known yet since we expect the serendipi- dity of this experiment to figure out other possible uses of the blockchain in a microgrid-equipped eco-district due to its versatility and low cost. ABSTRACT Le développement de projets utilisant la techno- logie blockchain dans le domaine de l’énergie est récent. Nous présentons ici un nouveau projet utilisant cette technologie pour mesurer et informer les consomma- teurs d’un bâtiment d’usage mixte à Lyon sur leur taux d’uti- lisation de l’énergie produite localement. Ce projet a, à ce jour, deux objectifs : un apprentissage par la pratique pour comprendre le pourquoi et le comment de cette nouvelle technologie, et une sensibilisation des consomm’acteurs au sein d’un bâtiment à énergie positive pour les aider à com- prendre et à optimiser leur utilisation de l’énergie produite localement. Les objectifs futurs de ce projet sont délibéré- ment inconnus à ce stade, pour laisser la pratique nous permettre de trouver d’autres usages possibles de la block- chain dans un éco-quartier équipé d’un microgrid, grâce à sa polyvalence et son faible coût. RÉSUMÉ 54 Z REE N°2/2017 LES MICROGRIDSDOSSIER 1 blockchain. Il n’est alors pas question que la base de données qui enregistre et horodate les informations néces- site un ingénieur informaticien à plein temps pour son exploitation et sa main- tenance. L’expérience, encore en cours, a un retentissement médiatique fort à un moment marqué par la COP21, car elle permet de rapprocher cette mys- térieuse technologie d’un besoin perçu comme croissant et vertueux. En France, La MYNE (Manufacture des Idées et Nouvelles Expérimentations), creuse l’idée et travaille depuis 2016 à des expérimentations autour de la confiance dans les transactions d’éner- gie : c'est le projet Daisee. Bouygues Immobilier décide en juin 2016 d’étu- dier à son tour le potentiel de l’applica- tion de la blockchain dans le domaine de l’énergie, sous l’angle de la promesse du moindre coût. L’expérience Blockchain pour Smart Grids Tel que rappelé par Laurent Schmitt dans ce numéro, le Smart Grid est un réseau d’énergie incluant en particulier des producteurs et des consommateurs. Le bâtiment, qu’il soit d’usage résiden- tiel, tertiaire ou mixte, devient lui-même producteur d’énergie par effet de l’évo- lution de la réglementation qui pousse au bâtiment à énergie positive (BEPOS), mais également sous la demande crois- sante du public et des investisseurs. Ces derniers sont en particulier très sensibili- sés au sujet de la transition énergétique et au besoin d’avoir un bâtiment qui ne soit pas obsolète dans une dizaine ou une vingtaine d’années sur un marché où produire son énergie sera la norme. La plus grande part des bâtiments tertiaires conçus et commercialisés par Bouygues Immobilier sont ainsi label- lisés BEPOS depuis quelques années. La situation est en revanche différente dans le résidentiel. S’il est indispensable que les habitants prennent leur part dans la transition énergétique et par- ticipent à la production d’une énergie décarbonée, leur acceptation d’un loge- ment « vert » doit conduire à une valeur perçue supérieure au coût engendré par les installations « vertes ». Ainsi, il est essentiel que l’habitant perçoive que son bâtiment produit une part de son énergie quand c’est le cas. Le mois der- nier, quelle quantité d’énergie produite par mon installation photovoltaïque ai- je consommé ? Comment puis-je faire pour consommer davantage « local » ? Ce questionnement s’inscrit dans la ten- dance au « locavorisme », le fait de pré- férer consommer des produits locaux et de favoriser les circuits courts. Approche complémentaire mais différente du fait de favoriser les énergies renouvelables. Or, nous savons que tout ce que l’ins- tallation photovoltaïque d’un bâtiment produit se retrouve réparti sur l’antenne basse tension jusqu’au poste HTA/BT, consommé par les différents abonnés à mesure de leur puissance soutirée. Le surplus étant injecté et consommé sur le réseau HTA, il est en général négligeable dans un immeuble mixte incluant des logements et des bureaux. Il y a certes d’autres considérations possibles que l’approche physique, pour prendre en compte un productible pho- tovoltaïque dans un réseau électrique. EDF OA (EDF Obligation d’Achat) achète ainsi la production non-autoconsommée en rémunérant le producteur à travers un barème convertissant l’évolution d’un index sur un compteur en euros. EDF OA ne prend pas physiquement pos- session des électrons ainsi « achetés ». C’est ce que nous appellerons l’approche contractuelle, que nous ne retenons pas dans notre projet expérimental. Le projet Blockchain pour Smart Grids vise à mettre en œuvre sur un bâtiment existant, en conditions réelles et sans considération contractuelle ni interfé- rence avec l’équilibrage du réseau, un outil d’information de l’habitant sur son taux de consommation locale d’électrici- té et à vérifier si la technologie blockchain est économiquement et techniquement adaptée pour répondre aux questions imaginées ci-dessus. Cette information étant fournie par un système décentra- lisé, porteur d’une confiance certifiant la valeur lue. Davantage que la production photovoltaïque, c’est l’ensemble de la chaîne d’information de l’abonné qui se retrouve « faite maison ». Cet outil sera déployé à Lyon, sur le territoire du quartier Confluence, par Hikari, le bâtiment où le déploiement du projet est envisagé, à Lyon, est un bâtiment d’usage mixte logements, bureaux et commerces et produit de l’électricité d’origine photovoltaïque et par cogénération. Architecte : Kengo Kuma and Associates - Photographe : Olivier Guerrin. REE N°2/2017 Z 55 Quels usages de la blockchain dans les microgrids ? Bouygues Immobilier et son partenaire blockchain Stratumn, ainsi que d’autres acteurs en fonction des besoins révé- lés par le projet. Fonctionnement technique du dispositif La technologie blockchain tire son nom du chaînage de blocs où chaque bloc (constitué d’un paquet d’informa- tions à stocker) est chaîné au précédent par un système de chiffrement. De sorte qu’à la manière d’un puzzle, il ne soit pas possible de modifier un bloc sans modifier les blocs suivants auxquels il est chaîné. L’intégrité de la technologie repose donc sur la difficulté de tricher sur les informations stockées : un puzzle mal construit se détecte aisément. L’architecture du dispositif se struc- ture en quatre couches : 1. la donnée de production ou de con- sommation est lue par un dispositif de mesure relié à un oracle matériel, décrit ci-dessous, permettant de garantir l’in- tégrité des données mesurées ; 2. un agent blockchain, qui est l’unité informatique qui exécute la logique entre deux étapes d’un processus dont on souhaite garantir l’intégrité. Grâce à cet agent, l’ensemble des données de production et de consommation sont sécurisées de façon objective de telle sorte que l’on puisse prouver l’intégrité de chaque étape. Par ailleurs, il rend les données de chaque abonné non visibles pour les autres abonnés. Il intervient donc pour : - générer des preuves cryptographiques à partir des données de production et de consommation issues de l’oracle ; - lier cryptographiquement l’ensemble de ces preuves ; - communiquer avec la couche block- chain. 3. la couche blockchain proprement dite permet ensuite d’enregistrer les preuves de façon distribuée et immuable en assurant une synchro- nisation et un consensus en temps réel entre l’ensemble des parties pre- nantes. Cette couche est « permission- née », c’est-à-dire qu’elle fonctionne selon un système de droits d’accès ; 4. enfin, une application pour smart- phone et son dispositif aval serveur permettront à l’utilisateur final de visualiser en temps réel les informa- tions le concernant ainsi que des sta- tistiques et conseils. L’oracle matériel est un élément fondamental de cette infrastructure, étant donné la sensibilité des infor- mations énergétiques vis-à-vis du respect de la vie privée. La sécurité d’ensemble de l’architecture du pilote commence par la sécurisation et la fia- bilisation des données intégrées dans le système. Si une donnée de produc- tion ou de consommation est compro- mise ou si une source de données est corrompue, la sécurité de l’ensemble s’effondre. L’oracle matériel résout ce pro- blème en fournissant une couche de confiance entre les agents blockchain et le monde physique, en permettant notamment de : par la technologie blockchain) hors de portée d’intrus ; - nements physiques ; rendant inopérable en cas de tentative de manipulation. Figure 1 : Représentation schématique de l’architecture du dispositif tel que défini par Bouygues Immobilier et Stratumn. La Sybille de Delphes (Michel-Ange — The Yorck Project). Un devin capable de faire le lien entre le monde physique et le monde inintelligible des dieux, et ayant inspiré le concept d’oracle en tant que couche d’interaction avec la blockchain. 56 Z REE N°2/2017 LES MICROGRIDSDOSSIER 1 Quel intérêt d’une blockchain privée pour un tel dispositif ? Avant toute chose, l’intérêt de ce pro- jet est de tester la technologie blockchain dans un cas concret. Pour reprendre une plaisanterie couramment enten- due sur les technologies de rupture, « la blockchain est comme la sexualité chez les adolescents, beaucoup en parlent mais peu la pratiquent ». Le projet ex- périmental Blockchain pour Smart Grid est avant toute chose un projet visant à expérimenter une technologie récente dans un cas concret pour mieux la com- prendre et pour identifier de potentiels cas d’applications d’intérêt économique mieux ciblé. Il est certain que l’analyse du taux d’électricité autoconsommée pourrait être réalisée par une base de données classique qui transfèrerait et stockerait des données horodatées. L’intérêt et les conséquences de l’utilisation d’une base de données classique Une base de données classique est mieux adaptée si l’on veut partager une base de données en lecture, maintenue par une entité centrale. En effet, si l’on souhaite partager une base de données avec des modifications possibles en écriture (pour cause de données man- quantes par exemple) et maintenue par une entité centrale, une base de données classique est pertinente mais avec trois points qu'il faut prendre en compte : divergents, ne se faisant pas confiance a priori et pouvant même être compé- titeurs : par exemple si un fournisseur est une des parties et facture l’électri- cité vendue ; en écriture nécessite la création de comptes spécifiques en addition des règles génériques, ces comptes étant maintenus par une entité centrale. Un tiers de confiance est alors nécessaire pour maintenir la base de données, créer les comptes et assurer que les transactions sont validées selon cer- taines règles ; partie maintient en plus sa propre ver- sion des données, dépensant beaucoup de temps à faire de la réconciliation entre différentes bases. La pratique rend la base de données classique souvent plus coûteuse qu’atten- du, et source potentielle de désaccords. L’apport d’une base de données en blockchain « permissionnée » Si l’on souhaite partager une base de données avec des modifications pos- sibles en écriture, sans entité centrale et avec des parties prenantes identifiées, une blockchain « permissionnée » est plus appropriée. Il est en effet néces- saire de mettre en œuvre : créer et de propager des transactions entre les nœuds ; des données stockées ; entre transactions et les résoudre au- tomatiquement ; que l’ensemble des parties convergent vers la même version de la base ; - férentes données et lier leur propriété aux différentes parties ; - trictions sur les opérations (empêcher une partie de mal se comporter), per- mettant ainsi une modification en écri- ture dans le respect de règles strictes fondées sur le consensus. L’ensemble de ces points ne peuvent pas être gérés de façon simple par une base de données traditionnelle. Evoquons également la blockchain non-permissionnée, qui rassemble de nombreuses variantes, la plus connue étant celle utilisée par la cryptomonnaie Bitcoin. La blockchain bitcoin est une blockchain dite publique et s’appuyant sur le concept de « preuve de travail ». Pour chaque validation de bloc de don- nées dans la base, une certaine quantité de travail est à fournir, rendant fastidieux et économiquement non rentable de signifier la production de quelques kWh. Des cas d’applications évolutifs, une approche « effectuelle » Notre projet suit une approche dite « effectuelle ». Par opposition à une approche prédictive, ce type d’approche vise à obtenir un premier effet des ac- tions menées avant de décider du type d’actions à mener ensuite. Autrement dit, seul le premier livrable de ce pro- jet est connu à ce stade – la réalisation d’une application pour smartphone pour connaître son taux d’énergie locale – et nous ne savons pas encore où cette expérimentation nous conduira par la suite. Néanmoins, la technologie block- chain, en distinguant oracles et base de données, est capable d’intégrer différents cas d’applications et différentes natures de supervision au sein d’un bâtiment. Des échanges de services ou de mar- chandises entre commerçants et habi- tants, un suivi d’avancement des tâches incombant normalement à un syndic de copropriété, une répartition des frais liés à l’usage d’une infrastructure mutualisée, etc. Les applications possibles de la tech- nologie blockchain dans l’immobilier sont déjà nombreuses dans l’esprit de ceux qui ont écrit à ce sujet. La volonté des acteurs de ce projet est donc de se laisser guider par les fruits obtenus à chaque étape du pro- jet, pour définir ensuite quelle évolution de l’outil proposer. En gardant à l’esprit deux applications pour lesquelles un be- soin a déjà été exprimé par les acteurs du bâtiment : REE N°2/2017 Z 57 Quels usages de la blockchain dans les microgrids ? change de biens et de services à l’échelle locale, fidélisante et propice au développement économique local ; - taire de l’énergie (Community Energy Management System) dans un bâti- ment, nécessaire pour un suivi des charges énergétiques et pour juger en confiance de la bonne performance de l’exploitation du bâtiment. Et donc, quels usages de la blockchain dans les microgrids ? Rappelons la définition du microgrid : une section contiguë du réseau d’éner- gie et ses ressources énergétiques interconnectées et distribuées, section qui peut être opérée de façon indépen- dante du reste du réseau si nécessaire et qui est en mesure de répondre à des ordres ou des contraintes liées à la bonne qualité des services fournis. La technologie blockchain possède justement ces caractéristiques de distri- bution (à travers les nœuds) et d’inter- connexion (entre les participants). Elle paraît donc adaptée à l’enregistrement et au transfert d’informations liées à l’exploitation d’un microgrid. Mais avec une caractéristique fondamentale en plus : une architecture distribuée et fonctionnant par consensus, supprimant le besoin de tiers de confiance tout en étant capable de certifier la validité des données stockées. Potentiellement, la blockchain peut donc permettre de certifier la qualité de service de l’exploitation d’un micro- grid en évitant la rémunération d’un tiers de confiance. Dans un quartier de ville, les qualités déterminées au préalable – que ce soit le taux d’éner- gie renouvelable sur les réseaux éner- gétiques ou la puissance maximale appelée – peuvent faire l’objet d’une supervision extérieure aux exploitants, donc objectivées. Et rappelons que la technologie blockchain peut s’appliquer à toute sorte d’échanges et de flux de services et de biens. Dans un quartier de ville, elle peut donc aller au-delà du microgrid énergétique et permettre de certifier le bon fonctionnement du quartier selon des indicateurs déterminés par les habi- tants et usagers du quartier. Porteuse de confiance, quasi-inviolable, participative et de faible coût, cette technologie est une sérieuse candidate pour devenir la base de données du quartier de demain. Ce n’est donc pas un hasard si c’est dans le quartier de Confluence, à Lyon, que ce projet Blockchain pour Smart Grids est testé : c’est à Lyon Confluence que le démonstrateur d’avenir de l’Institut de la Ville Durable (IVD) Lyon Living Lab existe depuis 2016. Partant d’une simple super- vision du taux d’énergie autoconsommée d’un bâtiment, ce projet espère nourrir les ambitions lyonnaises en matière de quartier durable capable de faire vérifier son bon fonctionnement. L'AUTEUR Olivier Sellès est responsable Innovation Énergie & Smart City chez Bouygues Immobilier. Après huit années de R&D dans l’industrie en France et en Allemagne, suivies d’une expérience dans un cabinet de conseil dans l’énergie et les biens industriels, Olivier Sellès a rejoint Bouygues Immobilier en 2013. Il y dirige les projets d’innovation liés à l’énergie et à la ville intelligente, avec un intérêt particulier pour l’amélio- ration de la valeur perçue dans les programmes de bâtiments à énergie positive et d’écoquartiers de Bou- ygues Immobilier. Son portefeuille de projets inclut IssyGrid, le premier smart grid urbain de France, ainsi que Blockchain pour Smart Grid. Olivier Sellès est ancien élève de l’École Polytechnique et est titulaire d’un doctorat de l’université Paris VI.