L’idée originale de chercheurs américains : stocker l’électricité sous forme d’informations

Des scientifiques de l’Université de Californie du Sud (USC) et de celle de San Diego ont imaginé une nouvelle technique de stockage de l’électricité. « Nous proposons des Batteries d’Information (IB), dans lesquelles l’énergie est stockée sous forme de résultats d’opérations informatiques » expliquent-ils.

Contrairement à une rumeur malheureusement trop répandue, le gros problème des réseaux électriques n’est pas la variabilité de la production des énergies renouvelables, mais plutôt la variabilité de la consommation d’électricité. Sur une journée, on observe typiquement, dans un pays comme la France, un « pic de consommation » le soir en hiver ou vers 13 h en été. Et à l’inverse des creux pendant la nuit (en toute saison) et le soir en été.

Or, un réseau électrique doit toujours rester en équilibre, c’est-à-dire que la quantité d’électricité injectée par les unités de production (centrales, parcs éoliens ou solaires, …) doit toujours être égale à la consommation. Pendant les pics de demande de courant, des centrales doivent donc se mettre en route pour quelques heures seulement, voire quelques minutes par jour ou même … par an. On comprend aisément que pendant ces pointes de consommation, le prix de l’électricité vendue par les producteurs sur le marché grimpe en flèche. A l’inverse, pendant les heures creuses, l’offre est largement supérieure à la demande et les prix s’effondrent.

L’intérêt du stockage d’électricité

Pour éviter des fluctuations trop importantes mais aussi et surtout de devoir investir lourdement dans de nouveaux moyens de production qui ne seront peut-être utilisés au mieux que quelques heures par an afin d’éviter un blackout lors d’un pic de consommation hivernal, nous avons donc intérêt à stocker l’électricité aux moments où la consommation et les prix sont au plancher pour la restituer lors des « pics ».

C’est la raison pour laquelle, dans la plupart des pays, les gros investissements en matière de stockage n’ont pas été consentis au moment de l’avènement des énergies renouvelables, mais bien, au cours de la seconde moitié du XXe siècle, lorsque l’usage de l’électricité s’est grandement répandu comme source d’énergie de l’industrie et des ménages. Et surtout pour optimiser le fonctionnement des grosses centrales thermiques et nucléaires construites à cette époque. C’est ainsi qu’en France, 6 STEP (Station de Transfert d’Energie par Pompage) totalisant une puissance de 4.900 MW, ont été édifiées en une seule décennie, entre 1976 et 1985.

Des batteries d’information

Comme les endroits propices à l’installation d’une STEP sont relativement rares et qu’elles engendrent des impacts importants sur l’environnement et les populations, d’autres technologies de stockage de l’électricité ont depuis lors été expérimentées, certaines connaissant plus de succès que d’autres : volants d’inertie, batteries, stockages gravitaire ou thermique, air comprimé, hydrogène et même poudre de fer.

Voilà maintenant que Jennifer Switzer et Barath Raghavan, deux chercheurs californiens, ont imaginé une nouvelle manière de « mettre l’électricité en conserve ». Leur idée, toute simple, est d’exécuter des tâches et des calculs informatiques qui nécessitent une grande quantité d’énergie, au moment où l’électricité est excédentaire sur le réseau puis de stocker les résultats sur des serveurs, pour les utiliser ultérieurement lorsque la production électrique est faible. « Nous proposons des Batteries d’Information (IB), dans lesquelles l’énergie est stockée sous forme de résultats d’opérations informatiques » expliquent-ils dans un article scientifique paru en novembre 2021. Des « calculs » énergivores peuvent être exécutés de manière spéculative dans de grands « data centers » lorsque l’énergie est disponible en suffisance, en anticipant les tâches prévisibles dans le futur, précisent-ils.

Leur approche repose sur trois constats. Premièrement, les centres de données dans le monde consomment d’énormes quantités d’électricité. Deuxièmement, de nombreuses tâches peuvent être anticipées en tout ou en partie. Troisièmement, la disponibilité de l’électricité et des demandes de calcul sont quelque peu prévisibles, et il est donc possible de faire du « transfert de charge spéculatif ».

Effectuer des opérations à l’avance

A titre d’exemple, les scientifiques citent les producteurs de films d’Hollywood ou les serveurs utilisés par YouTube qui, chaque jour, transcodent plus de 700 000 heures de vidéos à différentes résolutions. Bon nombre de ces opérations sont prévisibles et peuvent être effectuées à un moment où la production d’électricité est abondante ou la demande sur le réseau est faible. Ils expliquent aussi que les opérations effectuées à l’avance ne doivent pas nécessairement correspondre à celles qui seront nécessaires dans le futur. « Nous pouvons pré-calculer de nombreux fragments d’opération et choisir ensuite de petits éléments de ceux-ci, déjà effectués, et les assembler à la manière des pièces d’un puzzle pour résoudre rapidement une tâche totalement nouvelle », explique Barath Raghavan, qui est professeur en informatique à l’USC.

Une alternative prometteuse

La « batterie d’information » décrite par les scientifiques comprend des réseaux neuronaux récurrents pour prédire les tâches à venir dans les centres de données, un cache où sont stockées les fonctions permettant une récupération rapide des résultats précalculés, et un compilateur pour modifier automatiquement le code afin de stocker et de récupérer les résultats.
Ils estiment que leur technologie laisse notamment entrevoir une alternative prometteuse pour le stockage des énergies renouvelables. « Pour relever le défi de la durabilité à l’échelle d’une civilisation, nous avons besoin de tous les outils possibles » précisent-ils.