Quelques retours d’expérience sur l’utilisation de la blockchain dans le domaine de l’énergie

12/05/2018
Auteurs : Thierry Chambon
OAI : oai:www.see.asso.fr:1301:2018-2:22882
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Quelques retours d’expérience sur l’utilisation de la blockchain dans le domaine de l’énergie

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80 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 Introduction La société ENERGISME est spécialisée dans la gestion de l’énergie et propose une plate-forme logicielle à destination des acteurs publics, tertiaires et indus- triels pour maîtriser leur consommation énergétique. Nous présentons dans cet article l’approche que nous avons suivie pour intégrer la technologie blockchain dans notre domaine. Notre plate-forme logicielle Big Data et IOT ENERGISME étant au cœur de l’intelligence énergétique, un grand groupe immobilier (Bouygues immobilier) nous a proposé d’être en- semblier sur un pilote de blockchain à déployer dans le quartier de Lyon Confluence. Nous avons dirigé ce pilote avec la start-up Stratum et l’avons présenté dès l’automne 2016 au Palais des congrès de Paris, lors du Microsoft Events. Ce fut notre première approche de la block- chain mais également le premier cas d’usage de la blockchain dans l’énergie en France. Nous reviendrons plus loin sur ce cas d’usage. Bien sûr, comme tout acteur éco- nomique, nous avions préalablement constaté que cette technologie était de plus en plus appliquée dans la finance, secteur dans lequel la blockchain avait dépassé le stade du buzzword. Nous avions pris connaissance de la littérature sur la blockchain selon laquelle cette technologie serait en mesure de tenir les promesses que l’Internet n’a pas tenues, en termes de décentralisation, d’autonomie des utilisateurs, d’utilisa- tion pour les cryptomonnaies, etc. Mais quid de la blockchain dans le secteur énergétique ? A l’époque, c’était il y a deux ans, le sujet de la blockchain était peu abordé dans le secteur de l’énergie, alors qu’au- jourd’hui nous pouvons nous référer à diverses publications telles que l’article de Gilles Deleuze et Sarah Tucci dans ce dossier et l’étude d’octobre 2017 menée par le cabinet berlinois Energy BrainPool et publiée sur son blog. C’est à partir de l’expérience de Lyon Confluence que nous avons pu consoli- der notre recherche sur la blockchain et Quelques retours d’expérience sur l’utilisation de la blockchain dans le domaine de l’énergie Thierry Chambon Président-Directeur général – Société ENERGISME The company ENERGISME is proposing a plat- form allowing the actors of industrial, tertiary and public sectors to control their energy consumption. This article reviews the introduction of the blockchain and the methods currently used. First of all, the essential benefits of the blockchain, in terms of transaction opposability and time stamping, are recalled. However, depending on the level of opposability and time constant aimed for this opposability, one will have to move towards public, private or consortium blockchains. The vali- dation cost for transactions is also an important parameter. The energy sector is not the one where the blockchain has developed as a priority. However, “classic” applications have emerged over the last two years: renewable self-production management (as in Lyon Confluence) and the manage- ment of energy exchanges. New applications are emerging in the field of energy savings and management of service contracts, for example for boiler rooms. In all these examples, the problem is less to “blockchain” raw data than to make opposable the data processing, which the blockchain can contribute. ABSTRACT La société ENERGISME propose une plate- forme permettant aux acteurs des secteurs industriels, tertiaires et publics de maîtriser leur consomma- tion d’énergie. Le présent article fait le point sur l’introduc- tion de la blockchain et des méthodes utilisées aujourd’hui. On y rappelle tout d’abord les avantages essentiels procurés par la blockchain en termes d’opposabilité des transactions et d’horodatage. Cependant, en fonction du niveau d’oppo- sabilité et de de la constante de temps visée pour exercer cette opposabilité, on devra s’orienter vers des blockchains, publiques, privées ou de consortium. Le coût de validation des transactions est également un paramètre important. Le secteur de l’énergie n’est pas celui où la blockchain s’est développée en priorité. Cependant, des applications « clas- siques » ont émergé depuis deux ans : la gestion d’auto- production renouvelable (comme à Lyon Confluence) et la gestion des échanges d’énergie. Des applications nouvelles apparaissent dans le domaine des économies d’énergie et de la gestion de contrats de service, pour des chaufferies par exemple. Dans tous ces exemples, le problème est moins de « block- chainer » les données brutes que de rendre opposables les traitements effectués sur ces données, ce à quoi la block- chain peut contribuer. RÉSUMÉ REE N°2/2018 Z 81 Quelques retours d’expérience sur l’utilisation de la blockchain dans le domaine de l’énergie travailler sur plusieurs cas d’usage rele- vant du secteur de l’énergie. Nous présentons l’état de nos ré- flexions et de notre expérience, persua- dés que la blockchain sera demain un outil essentiel pour notre activité. Utilités fondamentales de la blockchain Avant d’expliquer le pourquoi de la blockchain, il est nécessaire de rappe- ler qu’elle constitue un registre partagé (figure 1) dont les principaux avantages sont la transparence, la sécurité, une forte résilience et surtout une décentra- lisation très poussée. Deux caractéristiques essentielles sont l’opposabilité et l’horodatage. s Opposabilité : les transactions enregis- trées dans une blockchain deviennent opposables puisque ces transactions ne sont plus à la discrétion d’une ou de quelques parties. s Horodatage : le registre partagé/ distribué enregistre les transactions avec un horodatage précis permettant d’être certain que telle transaction ou tel évènement a bien eu lieu à une date donnée. En elle-même la blockchain devient tiers-certificateur. Dans la pratique, lors- que l'on connaît la signature de la tran- saction, c'est à dire le hash, il suffit d’aller sur le site Chainpoint https://chainpoint. org/ pour trouver la preuve de celle-ci, quelle que soit l’implémentation choisie pour la blockchain. Panorama résumé des blockchains Nous avons vu que les utilités fonda- mentales de la blockchain résident dans l’opposabilité et l’horodatage. Mais cette opposabilité doit-elle être sur une seule contrepartie, quelques contreparties, ou erga omnes ? De-même, l’horodatage doit-il être restitué immédiatement ou peut-il l’être en différé ? C’est en fonction des réponses ap- portées à ces questions que l’on doit choisir tel ou tel type de blockchain. Il existe à ce jour, mais les choses évoluent aujourd’hui très vite, deux grandes familles de blockchain qui ont donné naissance à une troisième. Les blockchains publiques constituent la première famille dont les principales caractéristiques sont : s UNEENTIÒREDÏCENTRALISATION s UNCONSENSUSAUQUELENPRINCIPETOUT LEMONDEPEUTPARTICIPER s UNETRÒSGRANDESÏCURISATION s LEBESOINDUNECRYPTOMONNAIE Les blockchains privées, à l’inverse, ont les caractéristiques suivantes : s UNE DÏCENTRALISATION INEXISTANTE OU FAIBLEVOIREUNECENTRALISATION s LESN“UDSAPPARTIENNENTÌUNNOMBRE limité de personnes voire à une per- SONNE s ILNYAPASBESOINDECRYPTOMONNAIE Les blockchains de consortium sont des combinaisons d’une blockchain publique avec une blockchain privée. Elles présentent les caractéristiques sui- vantes : s UNEDÏCENTRALISATIONPARTIELLE s SEULES LES PERSONNES CHOISIES PARTI- CIPENTAUCONSENSUS s LEBESOINDECRYPTOMONNAIENESTQUE partiel. A l’intérieur de ces familles, on trouve plusieurs familles de consensus, dont les plus courantes sont le Proof of Work (POW), le Proof of Stake (PoS), le Proof of Process (PoP), ainsi que des dizaines d’implémentations différentes dont les plus connues sont Bitcoin et Ethereum, mais également Chain, Hyperledger, IOTA, etc. Ce petit panorama des blockchains existantes et leur diversité, montre que, lorsqu’on décide de recourir à une tech- nologie de chiffrement distribué de type blockchain, le choix de la technologie à RETENIRESTPRIMORDIALCESTLUIQUIDÏ- termine le succès de l’expérimentation et surtout la capacité économique à la déployer à grande échelle. Quelle blockchain, pour quel cas d’usage ? Pour choisir une blockchain, trois su- jets doivent être pris en compte : Le premier sujet concerne le de- gré d’opposabilité recherché pour la transaction. Cette transaction doit-elle être opposable à un petit nombre de personnes ou bien doit-elle être oppo- sable erga omnes ? Dans le premier cas le choix d’une blockchain privée sera privilégié et, dans le second cas, le choix d’une blockchain publique. Il est également possible de considérer que l’ensemble des transactions doit être opposable à un petit nombre de personnes (donc blockchain privée) mais que parmi celles-ci, quelques tran- sactions nécessitent une opposabilité publique, ce qui implique le choix d’une blockchain de consortium. Ce niveau attendu sur le caractère opposable est également pris en fonction d’une éven- tuelle utilisation d’un smart contract (ligne de code permettant une exécu- tion automatique). Car plus celui-ci est engageant, plus le niveau d’opposabilité doit être important. Figure 1 : Schéma de principe de la blockchain. 82 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 Le second sujet a trait à la néces- sité ou non de rendre une transaction opposable rapidement. La question est la suivante : doit-on rendre oppo- sable une transaction immédiatement ou avec un délai de plusieurs heures ou jours ? Comme pour le premier sujet, plus la transaction doit être opposable rapidement, plus on choisira une block- chain privée et inversement. Là encore, une blockchain de consensus pourra être utilisée dans le cas où certaines transactions méritent d’être rapidement, voire instantanément, opposables et d’autres non. Le troisième sujet porte sur le coût de la technologie employée, coût qui a un lien avec les choix retenus sur les deux premiers sujets. Plus il y aura besoin de rapidité d’exécution dans le cadre d’une blockchain publique, plus le coût sera important. Dans le même ordre d’idées, si le coût d’enregistrement des transactions est directement pro- portionnel au nombre de transactions dans une blockchain publique, ceci n’est pas le cas dans une blockchain privée. Il convient donc de réduire le recours à la blockchain aux seules transactions nécessaires mais il faudra également distinguer les transactions qui devront être enregistrées dans une blockchain privée et celles qui le seront dans une blockchain publique, et le cas échéant dans une blockchain de consortium. Ces trois sujets doivent être appré- hendés avant de choisir la technologie blockchain à retenir ainsi que le presta- taire permettant d’aider sur ce sujet et, si nécessaire, de constituer la blockchain de consortium dans une configuration adaptée. Dans le secteur de l’énergie, quelle transaction doit faire l’objet d’un enregistrement en blockchain ? Le parcours de la donnée doit être analysé afin de pouvoir placer au bon endroit la transaction qui doit faire l’ob- jet d’une transaction "blockchainée”. La figure 2 montre à quel endroit la transac- tion blockchainée peut être enregistrée. Un traitement blockchain de la donnée dès l’arrivée sur les serveurs Si l’une des principales utilités de la blockchain est de rendre la transaction opposable, il n’est a priori pas utile de rendre opposable une transaction sur une donnée qui n‘est pas brute. En effet si ce n’est pas une donnée brute qui doit être opposable mais une donnée retraitée, c’est le traitement lui-même qui doit être rendu opposable. Sur la seconde ligne du schéma, la transaction enregistrée en blockchain se situe après que la donnée a été remon- tée sur les serveurs. Or, on peut craindre qu’une fois remontée sur les serveurs, un traitement informatique quelconque puisse altérer la donnée. C’est donc dès l’arrivée de la donnée sur les serveurs que celle-ci doit faire l’objet d’un trai- tement blockchain. La donnée arrivera dans un « bac à sable » (sand box) dédié à la blockchain puis sera dirigé sur les serveurs. Un traitement blockchain de la donnée sur le capteur Les capteurs sont de plus en plus souvent dotés de capacité de traitement et disposent d’un logiciel embarqué (firmware) possiblement paramétrable. Dans ce cas, le problème que nous avons vu plus haut avec le traitement sur les serveurs, se déplace au niveau des capteurs, d’où la nécessité de dis- poser d’un registre au niveau desdits capteurs. Un traitement blockchain du traitement de la donnée ou des algorithmes Dans les faits, ce sont rarement les données qui sont restituées (sauf dans le cas de simple visualisation des don- Figure 2 : Possibles localisations de blockchains dans le parcours de la donnée en fonction du système envisagé. REE N°2/2018 Z 83 Quelques retours d’expérience sur l’utilisation de la blockchain dans le domaine de l’énergie nées) mais le résultat d’un traitement, d’un algorithme. En effet, les acteurs que nous avons rencontrés ne re- mettent pas en cause les données mais plutôt les calculs effectués avec ces données. C’est typiquement le cas lors de contrats incluant des intéressements à la performance. Cas d’usage en énergie déjà connus L’autoproduction d’énergie renouvelable ENERGISME, dès septembre 2016, a créé avec Stratum et sur demande de Bouygues Immobilier et Microsoft, un pilote d’autoproduction d’énergie renou- velable à Lyon Confluence. Le schéma économique que devait reproduire ce pilote étant peu ou prou celui de LO 3 à Brooklyn. Avec une sonde sur la production d’énergie photovoltaïque et une sur chaque compteur d’auto-production, toutes les données peuvent être récol- tées. Nous pouvons considérer que dans le futur, il sera possible de se contenter des données fournies par le distributeur, soit pour les consommations, soit pour les productions, soit pour les deux. Cela dépendra à la fois de la confiance accor- dée aux données du distributeur et de la disponibilité réelle de celles-ci. Les données sont enregistrées dans une blockchain et directement visibles dans un bac à sable. Elles sont ensuite restituées sur une interface ergono- mique. Evidemment, les données pro- venant du distributeur n’ont pas toujours besoin de faire l’objet d’un traitement blockchain. La répartition de l’autoproduction fait l’objet d’un calcul dont le mode est laissé à l’accord que se sont fixé les auto-produc- teurs. La recommandation est souvent de répartir l’autoproduction par surface des lots concernés : c’est ce calcul qui serait blockchainé. Bien évidemment, ce calcul ne correspond à aucune loi physique mais uniquement à l’accord des parties, et c’est ce qui est demandé. Chez ENERGISME, nous avons privi- légié une répartition qui tient compte de la puissance appelée par chaque uti- lisateur (en points de 30 minutes car il s’agit en l’espèce de compteurs bleus) et la puissance produite sur la même période. Le résultat de ce traitement doit ensuite être envoyé au distributeur qui impute cette autoproduction calcu- lée sur le soutirage de l’utilisateur. Cette expérience a démontré la fai- sabilité technique du modèle blockchain mais sa généralisation se heurte toute- fois aux contraintes de l’environnement réglementaire et technique. L’échange d’énergie Le terme d’échange d’énergie est dans ce contexte très générique et doit plu- tôt être entendu comme production et revente d’énergie, et également comme toute sorte d’action portant sur l’énergie soutirée du réseau, que ce soit l’efface- ment, le transfert de droit de soutirage, le stockage sur une batterie principale ou sur les batteries des voitures qui servent également d’appoint à l’immeuble. Jusqu’à présent et pour encore quelque temps, le marché de l’énergie fonctionne dans un mode push, dans lequel les fournisseurs produisent tan- dis que les utilisateurs consomment et paient leurs factures d’énergie, le tout sans se poser trop de questions. De plus en plus, nous allons vers un mode pull dans lequel l’utilisateur sera de plus en plus acteur, non plus de sa simple consommation, mais des flux d’énergie qui passent chez lui. En France, le mar- ché de l’énergie s’inscrit dans un envi- ronnement encore très centralisé et très réglementé, ce qui ralentit voire obère une telle évolution. Plusieurs projets d’application de la blockchain se développent cependant et ENERGISME travaille sur l’un d’entre eux, en Guadeloupe, portant sur un ensemble de bâtiments appartenant à la même collectivité territoriale, ce qui évite Figure 3 : Tableau de répartition de l’autoproduction d’énergie renouvelable. 84 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 les problèmes juridiques tout en permet- tant de tester les capacités techniques. Il est ainsi possible de créer l’équi- valent d’une place de marché entre les acteurs d’un nanogrid qui peut se situer à l’échelle d’un quartier ou d’un centre commercial. Pour cela, il faut être capable de mo- déliser l’ensemble des échanges entre les différents acteurs du nanogrid afin d’identifier les équilibres entre l’offre et la demande. Il reste ensuite, dans un tel concept, à redéfinir quel sera le rôle du distributeur, dans son obligation de garant de l’équilibre notamment et à trouver un nouveau modèle d’affaires approprié. Un cas d’usage encore méconnu, l’économie d’énergie Nous avons vu que les transactions blockchain concernent aussi bien les données que les calculs. Pourquoi donc ne pas calculer des économies d’éner- gie pour quantifier et justifier des perfor- mances d’exploitation ? Dans ce type de calcul, ce sont les données de la période de référence qui manquent. Il convient dans ce cas de la fixer contractuellement et de calculer les économies et la performance, à partir de ce postulat contractualisé. Il est consta- té que dans les contrats comportant un intéressement sur la performance, ce ne sont pas les données qui sont contestées, car elles sont vérifiables au moins par échantillonnage mais le calcul en lui-même qui est de fait invérifiable, sauf à y passer beaucoup de temps en hommes-jours. De ce fait, comme la donnée en elle-même est peu contes- tée, nous pouvons, dans le cadre d’une blockchain de consortium, se contenter d’une blockchain privée pour les don- Figure 4 : Portail de place de marché. Figure 5 : Liste des transactions proposées sur la place de marché. REE N°2/2018 Z 85 Quelques retours d’expérience sur l’utilisation de la blockchain dans le domaine de l’énergie nées et bien-sûr d’une blockchain pu- blique pour le calcul. Chez ENERGISME, nous avons privi- légié une autre méthode qui consiste à utiliser, pour la totalité, une blockchain publique. Mais pour éviter que les tran- sactions soient trop importantes, les données ne font l’objet que d’une tran- saction en globalité (c'est-à-dire le calcul du hash), par semaine ou par mois. Dans le cas où l’opération d’économie d’énergie est adossée à un système de financement, il est fréquent que beau- coup de données soient à traiter pour déterminer les rémunérations ou les charges de chacun. Cela peut mobiliser plusieurs bureaux d’étude et s’avérer coûteux. La blockchain permet de sim- plifier le traitement des données et de parvenir plus facilement à un consensus. Application de ce cas d’usage à une chaufferie collective Il existe un calcul normé pour l’exploi- tation des chaufferies avec les contrats de type MCi (marché au compteur avec intéressement) ou MTi (marché à température avec intéressement). Ces contrats sont très couramment utilisés dans les chaufferies collectives pour le suivi des performances. Dans un premier temps, avec des données historiques ou une première phase de mesures, on modélise le fonc- tionnement de la chaufferie avec un inducteur de consommation simple, la température restituée recherchée, et un facteur d’influence simple, la tempéra- ture extérieure exprimée en degré jour unifié (DJU). Bien sûr, en cas de production combi- née d’eau chaude, on retiendra les quan- tités d’eau chaude avec le coefficient q forfaité qui représente la quote-part de consommation d’énergie pour celle-ci. Lorsque la courbe représentant la consommation ne suit pas la courbe de la modélisation, l’écart apparaît im- médiatement de façon visuelle et est chiffré. Si cet écart intervient à partir d’une période dans laquelle des évène- ments sur l’exploitation ont eu lieu (travaux…), cet écart constitue alors une justification ex-post des travaux. Figure 6 : Rôle des blockchains dans le cas d'une prestation énergétique. Figure 7 : Aperçu d’une modélisation effectuée avec une droite de régression linéaire. Equation sur la période de la blockchain. 86 ZREE N°2/2018 LA BLOCKCHAIN ET L’ÉNERGIE DOSSIER 1 L’écart sera mesuré en kWh mais également en euros et pourra alors être intégré à l’ensemble des éléments traités en blockchain et, si le choix de la technologie le permet (avec Ethereum par exemple), donner lieu à un smart contract. Mais nous n’avons pas eu de demande en ce sens à ce jour. Application à d’autres cas d’usage La capacité à modéliser de manière automatique une consommation quel- conque en fonction d’inducteur de consommation permet d’observer et de quantifier toute déviation de la consom- mation réelle par rapport au modèle. En fonction des données disponibles, la modélisation pourra être multi-facteurs et devra être réactualisée après chaque changement, soit dans le mode de pro- duction, soit après des travaux d’amélio- ration d’efficacité énergétique. Cette technique peut ainsi s’appli- quer à la production d’une centrale de production d’air comprimé et de régu- lateurs de presse à injection plastique (en tenant compte de la production de l’usine) et ainsi permettre de détermi- ner un prix du mètre cube d’air com- primé en fonction de la consommation électrique et/ou de la production de l’usine. La rénovation d’un site avec des lumi- naires performants permettra également de modéliser et de suivre la consomma- tion d’énergie et de pouvoir attribuer les écarts à des périodes d’éclairage plus longues ou à une demande supérieure de lumens. Ce sont ces écarts qui sont en général la source de différends entre les exploitants et les maîtres d’ouvrage. La technologie blockchain permet de rendre opposable ces écarts. Conclusion Les retours d’expériences sur les applications de la blockchain dans le do- maine de l’énergie montrent que, tech- niquement, la blockchain est à même de répondre à de nombreux problèmes. Si l’on choisit de façon appropriée le hash, c’est-à-dire la signature qui authentifie la transaction, les problèmes de perfor- mances, de dépenses en énergie et de coût sont ramenés dans des limites tout à fait acceptables. Il se pose cependant encore un pro- blème d’acceptabilité par les usagers potentiels et un gros effort d’information et de démonstration reste nécessaire. Les organismes financiers, en acceptant de s’appuyer sur la technologie blockchain, peuvent accélérer sa diffusion dans le cas des économies d’énergie notamment. Figure 8 : Aperçu de la même modélisation en version graphique et tag des travaux effectués. L'AUTEUR Thierry Chambon, après une double formation universitaire en droit et finances, a débuté en cabi- net d’audit puis s’est orienté dans le financement de travaux immobiliers. Après Eiffage Energie et Certinergy, il a rejoint ENERGISME en 2015 avant d’en prendre la direction.