Creux de fréquence de 60 secondes : autotests de batteries synchronisés, pas le trading

Les gestionnaires de réseau s'attendent à du bruit sur la fréquence, et ils disposent d'outils pour le traiter. Un signal qui se répète toutes les minutes, sans la moindre dérive de son calage temporel, pose un problème d'une tout autre nature. TenneT Germany a observé un tel signal dans le réseau européen pendant plusieurs années. Selon le Forschungszentrum Jülich, une équipe dirigée par Dirk Witthaut, avec des collègues de l'université de Cologne et du Karlsruhe Institute of Technology, l'a désormais relié à des systèmes de batteries qui vérifient leur état de charge chaque minute. Ces travaux ont été publiés le 30 octobre 2026 dans Nature Energy. Ils décrivent une défaillance d'ingénierie facile à manquer : de nombreux appareils indépendants exécutent la même routine logicielle et sont calés sur la même horloge.

01Une signature d'horloge dans la fréquence

La fréquence reflète directement l'équilibre des puissances. Le taux de variation de la fréquence suit le déséquilibre instantané de puissance dans le réseau. Selon la lecture des données par les auteurs, une baisse de fréquence durant la première moitié de chaque minute signifie que la demande dépasse la production sur cet intervalle.

Ce schéma n'est pas propre à l'Europe. Les auteurs ont examiné des relevés de fréquence de 12 systèmes électriques répartis sur cinq continents. Ils y ont trouvé un pic spectral étroit à une période d'exactement une minute, dont le calage reste cohérent sur de longues durées.

L'ordre de grandeur compte ici, car l'effet est faible. L'article estime qu'une variation périodique de fréquence de 3 mHz correspond à une variation cohérente de puissance d'environ 80 MW. En Europe continentale, la fréquence nominale est de 50 Hz : l'écart est donc minime. Ce que TenneT a constaté, c'est qu'il est mesurable et d'une régularité inhabituelle, même si ces écarts ne menaçaient pas la sécurité du réseau.

Pour Witthaut, l'exactitude de la période écartait la plupart des explications physiques. « Il nous est vite apparu que la cause devait être quelque chose de piloté par l'horloge. » L'amplitude écartait aussi l'hypothèse d'un appareil unique : l'effet suppose que de nombreux appareils appellent de la puissance au même instant.

02Retrouver la source sur un campus

L'indice décisif est venu du Living Lab Energy Campus de Jülich. L'équipe a installé des points de mesure sur des équipements finaux à 80 emplacements. Le même schéma périodique de consommation est apparu précisément là où de grands systèmes de batteries assurent une alimentation sans interruption.

Des synthèses secondaires de l'article précisent la chaîne de preuves :

• Sur une installation, l'équipe a enregistré des pointes de courant récurrentes aux bornes des batteries. Le fabricant a confirmé qu'elles étaient provoquées par des autotests périodiques du système de gestion d'énergie des batteries.
• L'analyse spectrale a suivi la variation de puissance qui en résulte à travers des transformateurs et un jeu de barres, jusqu'à l'interface avec le réseau public 110 kV.

La formulation de l'article lui-même est plus large que le titre « stockage par batteries ». Il désigne comme source des pointes périodiques d'appel de puissance, qui se propagent d'un niveau de tension à l'autre, les logiciels de commande synchronisés sur l'horloge dans les équipements énergétiques à pilotage numérique, en particulier les alimentations sans interruption (ASI) et les systèmes de stockage d'énergie par batteries. Le matériel de presse de Jülich est plus vague et parle de grands systèmes de stockage par batteries. Le mécanisme est le même dans les deux cas : un contrôle de routine appelle brièvement de la puissance, et il est programmé au début de la minute.

03Pourquoi les autotests s'alignent

Personne n'a coordonné ces appareils. L'explication de Witthaut est banale. Il n'existe pas de normes contraignantes pour ces contrôles de puissance, et il soupçonne la plupart des fabricants d'avoir jugé qu'un intervalle de 60 secondes était raisonnable. Le début de chaque minute a simplement été retenu comme moment du test. Chaque constructeur a fait un choix localement raisonnable. Pris ensemble, ces choix produisent un signal à l'échelle du réseau.

L'article teste directement le rôle de la synchronisation horaire. Sur une ASI, le calage des autotests a été comparé avec et sans synchronisation par Network Time Protocol (NTP) :

• Sans NTP, les signatures des autotests dérivaient lentement par rapport à l'UTC.
• Avec NTP, la progression quotidienne des signatures devenait nettement plus marquée, à environ 6 s par jour.

Une synthèse de l'article indique que la phase reste stable dans la journée et se décale à minuit. Je n'ai pas pu le vérifier dans le texte intégral. Selon le cadrage de l'article, c'est la synchronisation d'horloge externe qui maintient des appareils indépendants en phase. Les auteurs décrivent une classe plus large d'effets de synchronisation cyber-physique dans les appareils à pilotage numérique qui fonctionnent sur des horloges synchronisées de l'extérieur ou des routines logicielles périodiques.

Dans un commentaire publié dans la même revue, Florian Dörfler décrit une perturbation qui revient précisément chaque minute dans les réseaux du monde entier, causée par des autotests d'ASI synchronisés sur l'horloge qui agissent par inadvertance à l'unisson.

L'article ne prétend pas que les ASI et les systèmes de batteries expliquent tout. Witthaut a déclaré qu'il est tout à fait possible que les systèmes de stockage par batteries ne soient qu'une partie du problème. Il a suggéré que les pompes à chaleur, les climatiseurs et d'autres appareils à commande numérique pourraient présenter un comportement similaire. Cela reste une hypothèse, non un résultat mesuré.

04Ce que cela implique pour le réglage de fréquence et la planification

L'amplitude de l'effet dépend à la fois de la source et du réseau dans lequel elle s'injecte. Les auteurs notent qu'une inertie plus faible peut accroître la réponse en fréquence à un déséquilibre donné, tandis que la dynamique des régulateurs de vitesse des turbines hydrauliques peut amplifier un signal imposé de l'extérieur. Deux constats tirés de l'article et de sa couverture l'illustrent :

• Irlande. Les centres de données dotés de grands systèmes de batteries représentent environ un cinquième de la demande d'électricité du pays, et l'amplitude du signal d'une minute a quadruplé entre 2016 et 2021. La couverture secondaire de l'article situe le creux à environ 3 mHz, passé à 12 mHz.
• Hydroélectricité. Une analyse par apprentissage automatique explicable a mis en évidence des corrélations systématiques entre l'engagement de la production hydraulique et l'amplitude du signal dans le réseau d'Europe continentale. Le coût mécanique est que de brèves pointes de demande font ralentir les turbines un instant, puis les font reprendre de la vitesse, ce qui ajoute de l'usure.

Les systèmes à forte part d'hydraulique connaissaient déjà un problème apparenté. Des travaux nordiques des années 2010 décrivent une « oscillation de 60 secondes » qui provoque de l'usure dans les groupes hydrauliques. Un rapport nordique de 2015 sur la qualité de la fréquence indiquait que les causes de cette oscillation n'étaient pas encore totalement claires, tout en notant que la réponse du réglage primaire de fréquence l'amplifie. Le nouvel article ne prétend pas expliquer toutes les oscillations nordiques. Il fournit en revanche un moteur externe plausible pour une composante que le seul réglage des régulateurs ne pouvait expliquer. Une synthèse de l'article fait état d'amplitudes scandinaves supérieures à 10 mHz, et d'aucune amplitude supérieure à 10 mHz en 2025 après la révision en 2023 des règles de réglage de fréquence. Je n'ai pas pu le vérifier dans le texte intégral, et il se peut que l'article n'attribue pas l'amélioration à ce changement de règles.

Pour la conception du réglage, la distinction porte sur les perturbations stochastiques et déterministes. Les réserves sont dimensionnées pour des déséquilibres aléatoires, comme les erreurs de prévision ou les déclenchements de centrales. La fréquence reflète aussi le comportement des marchés, notamment les commutations brusques de centrales, que l'équipe de Jülich range parmi les nombreuses influences sur le schéma observé. Une composante périodique d'une minute vient se superposer à tout cela. Sa phase et sa période sont prévisibles. L'article indique que des mesures au niveau du système peuvent réduire l'impact en fréquence des perturbations déterministes. Il précise aussi que la cause profonde peut être traitée directement par la conception des commandes.

En pratique, cela fait deux leviers, que je décris avec mes propres termes sans citer l'article. Les gestionnaires peuvent tenir compte du signal connu dans la façon dont les unités de réserve et les régulateurs hydrauliques répondent. Les fabricants d'appareils peuvent cesser de créer le signal.

05Le correctif, et ce qui reste à démontrer

Côté appareils, le correctif est peu coûteux. Witthaut : « Il suffirait de répartir les contrôles de façon aléatoire, au lieu de toujours les lancer au même moment. » Un décalage aléatoire dans l'ordonnanceur étale la charge sur la minute, si bien que la somme d'un grand nombre d'appareils tend vers une constante. Rien ne doit changer dans le matériel des batteries. Comme aucune norme n'encadre ces contrôles, la voie la plus probable est une exigence ou une recommandation sur l'ordonnancement des tests, appliquée aux nouveaux appareils et déployée sur les appareils existants par mise à jour du micrologiciel. Ni l'article ni le matériel de presse ne disent qu'un tel changement est en cours.

Plusieurs points restent ouverts :

• Attribution. La chaîne causale est démontrée en détail pour des installations précises à Jülich. Sa part dans le signal mondial n'a pas été quantifiée. Les auteurs eux-mêmes laissent la place à d'autres appareils.
• Croissance. L'article avertit que l'expansion rapide du stockage par batteries, des centres de données et de l'Internet des objets pourrait amplifier davantage de telles oscillations. Le relevé irlandais est à ce jour le principal élément en faveur d'une croissance de l'amplitude.
• Gravité. Les auteurs indiquent que les perturbations n'ont pas atteint de niveaux critiques pour la sécurité dans les réseaux étudiés. Les coûts tiennent surtout à l'usure des équipements hydrauliques et à la charge supplémentaire sur le réglage de fréquence.

La leçon plus large concerne le logiciel. À mesure que les réseaux se remplissent d'électronique de puissance et de contrôleurs en réseau, un réglage par défaut comme « exécuter à :00 chaque minute » entre dans la dynamique du réseau. Un choix d'ordonnancement fait par commodité dans un micrologiciel peut apparaître, des années plus tard, dans le relevé de fréquence d'un continent.