Réseaux électriques : des logiciels perturbent la fréquence

Chaque minute, une faible fluctuation revient dans la fréquence de nombreux réseaux électriques. Ce signal, assez discret pour passer inaperçu dans des mesures ordinaires, reste identifiable sur plusieurs années. Pourquoi des infrastructures aussi différentes présentent-elles une périodicité de 60 secondes ?

Une étude publiée le 30 octobre 2026 dans Nature Energy apporte une explication. Des chercheurs du Forschungszentrum Jülich, de l'Université de Cologne et de l'Institut de technologie de Karlsruhe ont montré que des opérations logicielles déclenchées à des instants synchronisés peuvent provoquer des appels de puissance périodiques. Ils ont identifié ce mécanisme dans des alimentations sans interruption, ou UPS, équipées de batteries.

La découverte relie deux domaines souvent étudiés séparément : l'organisation temporelle des logiciels embarqués et la stabilité physique du réseau. Elle ne prouve toutefois pas que les UPS expliquent à elles seules toutes les oscillations mondiales.

Un signal de 60 secondes sur cinq continents

La fréquence électrique reflète l'équilibre entre production et consommation. Elle tend à diminuer lorsque la demande dépasse la production et à augmenter dans le cas inverse. Des dispositifs de régulation maintiennent le réseau autour de sa fréquence nominale, de 50 ou 60 hertz selon la région.

L'équipe a étudié 12 réseaux répartis sur cinq continents, notamment en Europe continentale, en Grande-Bretagne, en Scandinavie, en Australie, aux États-Unis, en Malaisie, en Corée du Sud et en Afrique du Sud, ainsi que plusieurs réseaux insulaires. Leur taille va du système islandais, desservant environ 400 000 consommateurs, au réseau continental européen, qui en dessert plus de 400 millions.

Dans tous les cas, une analyse de Fourier révèle un pic spectral étroit correspondant à une période de 60 secondes. Cette méthode décompose les variations de fréquence selon leur périodicité : elle permet de retrouver un signal régulier même lorsque les mesures brutes sont dominées par d'autres fluctuations. Il ne s'agit donc pas nécessairement d'une chute nettement visible à chaque minute.

La précision temporelle oriente les chercheurs vers des actions pilotées par une horloge, plutôt que vers un phénomène purement mécanique. Elle distingue aussi ce signal des effets des échanges d'électricité, visibles à 15 ou 60 minutes, et des oscillations électromécaniques bien plus rapides.

Une même période ne signifie pas une synchronisation parfaite entre continents : les maxima ne surviennent pas nécessairement au même instant UTC, et chaque réseau présente sa propre amplitude et sa propre phase. Les chercheurs détectent également une composante plus faible proche de 100 secondes, dont l'origine demeure incertaine.

À Jülich, la piste des batteries se confirme

Pour rechercher un mécanisme concret, l'équipe dirigée par Dirk Witthaut, avec notamment Carsten Hartmann, a exploité le Living Lab Energy Campus de Jülich. Le centre de recherche indique avoir installé des points de mesure à 80 emplacements. Quatre bâtiments présentaient un signal périodique prononcé dans leur consommation : tous possédaient une UPS à batteries.

Ces équipements assurent la continuité d'alimentation d'installations sensibles, notamment dans les centres de données ou les établissements de santé. Leur système de gestion effectue des vérifications régulières pour surveiller les batteries.

Sur une installation instrumentée, les chercheurs ont observé des pics de courant revenant chaque minute aux bornes des batteries. Le fabricant a confirmé qu'ils provenaient d'autotests du système de gestion. Les chercheurs ont suivi la signature des impulsions à travers les transformateurs jusqu'au raccordement au réseau public de 110 kilovolts.

Les pics étaient directement visibles du côté courant continu, mais beaucoup moins du côté alternatif, où ils se mêlaient à la consommation des autres équipements. L'analyse de Fourier a permis de retrouver leur périodicité jusque dans les mesures de puissance à haute tension.

Cette enquête démontre qu'une routine logicielle locale peut provoquer une variation électrique qui traverse plusieurs niveaux de tension. Elle ne quantifie pas la part respective des UPS et d'autres appareils dans les oscillations observées sur chacun des douze réseaux.

Le rôle des horloges et du protocole NTP

Pourquoi ces autotests coïncident-ils ? Les équipements numériques utilisent souvent une référence temporelle commune. Le protocole NTP (Network Time Protocol) synchronise les horloges informatiques, mais ne répartit pas les tâches électriques que les logiciels décident d'exécuter.

Les chercheurs ont comparé une UPS avec et sans NTP. Sans synchronisation, les impulsions dérivaient progressivement par rapport au temps universel. Avec NTP activé, leur phase était plus stable au cours de la journée et faisait l'objet d'une correction discrète lors d'un réajustement nocturne, à minuit UTC. Dans cette installation, la dérive corrigée pouvait atteindre environ six secondes par jour.

Ce comportement relie directement le calendrier des autotests à la signature électrique. NTP n'est pas défectueux : le problème survient lorsque plusieurs programmes utilisent la même horloge pour déclencher simultanément des opérations consommant de l'électricité. D'autres bâtiments du campus présentaient d'ailleurs des phases fixes ou des dérives différentes, selon les équipements.

Trois millihertz, environ 80 mégawatts

Sur un réseau nominalement à 50 hertz, les fluctuations étudiées sont faibles : elles se mesurent en millihertz, soit en millièmes de hertz. Pour l'Europe continentale, les auteurs retiennent une caractéristique globale puissance-fréquence estimée à 26,68 gigawatts par hertz.

Selon cette hypothèse, une oscillation d'amplitude 3 millihertz correspond à environ 80 mégawatts de variation cohérente de puissance. Il s'agit d'une estimation du déséquilibre agrégé du réseau, et non de la consommation d'une UPS ou d'une puissance mesurée à Jülich.

L'enjeu vient de l'addition de nombreux petits appels de puissance. L'amplitude du signal varie avec l'activité : l'étude observe généralement des valeurs plus faibles la nuit et plus élevées en journée.

L'Irlande montre que l'amplitude peut évoluer

En Irlande, la baisse de fréquence associée au signal est passée d'environ 3 à 12 millihertz entre 2016 et 2021, selon l'étude. Certaines mesures plus récentes montrent des événements individuels dépassant 20 millihertz. Superposés à d'autres écarts, ils peuvent rapprocher temporairement le réseau des limites de sa plage normale de fonctionnement.

Les centres de données représentaient environ 18 % de la demande nationale d'électricité en 2022, d'après les chiffres repris par les auteurs. La croissance de ces installations constitue une piste explicative, mais pas une preuve de causalité exclusive : les caractéristiques du réseau, sa régulation et son inertie ont également évolué.

L'inertie fournie par les grandes machines synchrones contribue à amortir certaines variations de fréquence. Sa diminution éventuelle peut rendre un réseau plus sensible à une même variation de puissance, selon les dispositifs électroniques et les contrôles en service.

Les séries comparées ne sont pas toutes équivalentes : certaines mesures européennes, à une seconde, couvrent 2015-2025 ; des campagnes sur d'autres continents sont plus courtes ; les mesures électriques du campus de Jülich ont une résolution de trois secondes. Ces écarts méthodologiques limitent les comparaisons directes d'amplitude entre réseaux.

Une contrainte pour la régulation, pas une crise annoncée

Les auteurs précisent que les oscillations n'ont pas atteint un niveau critique pour la sécurité générale des réseaux examinés. Il serait donc erroné d'y voir la preuve de coupures imminentes.

Leur répétition peut néanmoins solliciter les systèmes de régulation, notamment les turbines hydroélectriques et leurs gouverneurs. L'étude évoque une usure possible, sans chiffrer la hausse des coûts de maintenance ni la réduction de durée de vie qui serait exclusivement attribuable au signal de 60 secondes.

En Scandinavie, des amplitudes supérieures à 10 millihertz étaient régulièrement observées avant le renforcement, en 2023, de certaines exigences de réponse en fréquence. Ces règles incluent des essais sur des oscillations de 10 à 300 secondes. Les auteurs ne constatent plus de dépassements comparables dans les données de 2025. En Australie aussi, des changements des exigences de régulation sont associés à une baisse de l'amplitude.

Ces mesures modifient la réponse du réseau ; elles ne démontrent pas la disparition des impulsions synchronisées qui le sollicitent. La croissance des batteries, des centres de données et des équipements pilotés par logiciels pourrait accroître ce type d'interaction, sans que cela implique un défaut intrinsèque du stockage ou une cyberattaque.

Désynchroniser les autotests plutôt que les supprimer

La solution la plus directe consiste à répartir les contrôles électriques dans le temps : décalages propres à chaque installation, horaires aléatoires ou déclenchement selon des événements plutôt qu'à heure fixe. Cette logique est connue en informatique pour éviter les pics de charge provoqués par des tâches simultanées.

Les chercheurs ont obtenu un premier résultat concret. À la suite d'échanges avec un fabricant, une modification du logiciel d'un bloc de batteries a supprimé la stricte périodicité de ses pics de courant. Certains autotests continuant à se produire à des instants discrets, la correction reste partielle.

La généralisation demanderait des essais sur d'autres marques et générations de matériels, tout en préservant les diagnostics nécessaires à leur fiabilité. Les fabricants, opérateurs de réseaux et exploitants d'infrastructures sensibles devraient coordonner leurs pratiques. Les systèmes de régulation offrent une seconde défense, complémentaire de la suppression de la synchronisation à la source.

Ce que permettent d'établir les sources

L'article scientifique de Nature Energy fournit les mesures, les expériences sur les UPS et les limites de l'interprétation mondiale. Le communiqué allemand de Jülich, émis par un institut participant à l'étude, souligne surtout les applications possibles ; cette implication constitue un contexte institutionnel à connaître, pas la preuve d'un conflit d'intérêts.

Dans un commentaire scientifique distinct, Florian Dörfler, de l'ETH Zurich, examine la synchronisation involontaire des infrastructures numériques. Il ne présente pas une reproduction indépendante de l'expérience. Tech Xplore reprend la communication de Jülich et ne constitue donc pas un second recoupement autonome.

Les recherches effectuées le jour de l'annonce n'ont pas permis d'établir trois à cinq traitements indépendants provenant de régions différentes. La portée mondiale repose sur les données étudiées sur cinq continents, non sur une diversité artificielle de couvertures médiatiques.

Une partie des données est déposée sur Zenodo, mais certains jeux, notamment de Gridradar et d'EirGrid, sont soumis à des restrictions d'accès. Le commentaire suisse déclare l'absence de conflits d'intérêts ; aucun conflit commercial précis compromettant les conclusions de l'étude principale n'a été établi.

Quand le calendrier des logiciels devient un enjeu électrique

Les UPS et leurs autotests répondent à un besoin concret de continuité d'alimentation. La priorité n'est pas de supprimer ces vérifications, mais d'éviter que des appareils nombreux et indépendants les exécutent simultanément.

La prochaine étape consiste à mesurer l'efficacité durable des correctifs sur plusieurs équipements et réseaux. L'étude met en évidence une contrainte nouvelle de conception : la stabilité d'une infrastructure dépend aussi du moment où ses logiciels agissent. Un réseau peut être perturbé non parce que ses composants fonctionnent mal, mais parce qu'ils exécutent correctement la même opération au même instant.

FAQ

Pourquoi un signal apparaît-il toutes les 60 secondes ?

Des autotests de batteries peuvent provoquer des appels de puissance synchronisés. Leur effet a été démontré à Jülich, mais leur contribution précise dans chacun des réseaux mondiaux n'est pas quantifiée.

Ces oscillations menacent-elles l'alimentation électrique ?

Aucune menace critique généralisée n'a été démontrée. Certaines baisses dépassent néanmoins 20 millihertz en Irlande, et la répétition du phénomène peut solliciter les équipements de régulation.

Une mise à jour logicielle peut-elle les supprimer ?

Des contrôles décalés ou aléatoires pourraient réduire leur synchronisation. Un premier correctif a supprimé la périodicité stricte dans un bloc de batteries, sans éliminer entièrement les tests à instants discrets.