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ENSEIGNEMENT SUPERIEUR UNIVERSITAIRE, RECHERCHE SCIENTIFIQUE ET
INNOVATION
INSTITUT SUPERIEUR DES TECHNIQUES APPLIQUEES « ISTA/Goma
»
B.P: 773
Mémoire de fin d'études en vue de
l'obtention du diplôme de Master Spécialité :
Génie Electrique
Option : Ingénierie des Réseaux Electriques
Analyse et amélioration du système de gestion
énergétique et de comptage d'énergie basé sur les
compteurs intelligents dans un micro-réseau.
Cas du micro-réseau de Tshumbe dans le Territoire de
Lubefu.
Présenté par : ILYASAU ISMAILI
Ramazani
Directeur de recherche : Prof. Dr Ing. BARAKA MUSHAGE
Olivier Jury:
Prof. Dr Ing. KAMBALE MONDO Augustin :
Président du Jury
Prof. Dr Ing. TWIZERE BAKUNDA Jackson-Daudet :
Premier Lecteur
Doctorant CT Joseph Bakunzi : Deuxième
Lecteur
Année Académique :
2023-2024
Déclaration du candidat
Je, soussigné ILYASAU ISMAILI
Ramazani, certifie que le travail de recherche intitulé «
Analyse et amélioration du système de gestion
énergétique et de comptage d'énergie basé sur les
compteurs intelligents dans un micro-réseau : Cas du micro-réseau
de Tshumbe dans le Territoire de Lubefu » est le fruit de mes
propres travaux et n'a jamais été présenté ni
soutenu au sein d'une autre institution d'enseignement supérieur ou
universitaire. Je reconnais avoir correctement cité toutes les sources
utilisées dans ce travail.
Fait à Goma, le 10 octobre 2025
ILYASAU ISMAILI Ramazani
II
Approbation du directeur
Je, soussigné Professeur Dr Ing. BARAKA MUSHAGE
Olivier, certifie avoir dirigé le travail de recherche de
l'étudiant ILYASAU ISMAILI Ramazani, intitulé : « Analyse et
amélioration du système de gestion énergétique et
de comptage d'énergie basé sur les compteurs intelligents dans un
micro-réseau : Cas du micro-réseau de Tshumbe dans le Territoire
de Lubefu ». L'originalité de cette recherche réside dans le
fait que la problématique abordée et les aspects explorés
n'ont pas été étudiés par d'autres chercheurs dans
ce domaine.
Fait à Goma, le 10 octobre 2025
Professeur Dr Ing. BARAKA MUSHAGE Olivier
Directeur de recherche
III
Épigraphe
"L'énergie est la clé de l'avenir, et la gestion
intelligente de cette ressource est essentielle pour construire des
communautés durables."
Ban Ki-moon
iv
Dédicace
Je consacre ce travail à mes parents, amis et proches,
en reconnaissance de leur soutien sans faille et de leurs sacrifices.
ILYASAU ISMAILI Ramazani
V
Remerciements
Je remercie tout d'abord Dieu pour la force et la conviction
accordées tout au long de ce parcours. J'adresse ensuite ma profonde
gratitude à mes parents pour leur amour, leur soutien moral et
financier, et leurs encouragements constants.
Mes remerciements vont également à mon directeur
de mémoire, le Prof. Dr BARAKA MUSHAGE Olivier, pour ses conseils
avisés, son encadrement rigoureux et sa disponibilité permanente.
Je tiens à remercier l'équipe pédagogique de l'Institut
Supérieur des Techniques Appliquées (ISTA/Goma) pour la
qualité de l'enseignement et les ressources mises à
disposition.
Un grand merci aux autorités locales et aux habitants
de la cité de Tshumbe pour leur accueil chaleureux et leur participation
active lors des enquêtes de terrain. Enfin, j'exprime ma reconnaissance
à mes amis et collègues pour leurs échanges enrichissants
et leur soutien moral.
ILYASAU ISMAILI Ramazani
vi
Résumé
Ce mémoire s'intéresse à l'analyse et
à l'amélioration du système de gestion
énergétique et de comptage d'énergie dans le
micro-réseau solaire de Tshumbe, situé dans la province du
Sankuru, en République Démocratique du Congo (RDC). Le pays,
caractérisé par un faible taux d'électrification,
notamment en milieu rural, fait face à des défis
énergétiques importants. Le micro-réseau de Tshumbe, d'une
capacité de 200 kWc, alimente environ 350 foyers, mais souffre de
plusieurs problèmes : des relevés de consommation manuels
effectués à l'aide de compteurs électromécaniques
obsolètes, des pertes énergétiques non quantifiées
et l'absence d'un système de supervision centralisée.
L'objectif principal de cette étude est de proposer une
solution d'amélioration via l'intégration de compteurs
intelligents et d'un système SCADA/EMS. Cette intégration vise
à optimiser la collecte de données, améliorer la
détection des anomalies et permettre une gestion en temps réel du
micro-réseau. La méthodologie repose sur une revue de la
littérature, une collecte de données sur le terrain, des
simulations réalisées avec Simulink/Matlab et une analyse
comparative avant-après l'implémentation des solutions. Les
résultats de ces simulations montrent une réduction significative
des pertes énergétiques, une diminution des coûts
d'exploitation, ainsi qu'une amélioration de la facturation et de la
satisfaction des usagers grâce à un système
automatisé et plus précis.
VII
Abstract
This thesis focuses on analyzing and improving the energy
management and metering system of the Tshumbe solar microgrid, located in the
Sankuru province of the Democratic Republic of the Congo (DRC). The country
faces significant energy access challenges, especially in rural areas, with one
of the lowest electrification rates. The Tshumbe microgrid, with a capacity of
200 kWc, supplies power to approximately 350 households but faces several
limitations: consumption readings are manually taken using outdated
electromechanical meters, substantial energy losses remain unmonitored, and no
centralized supervision system is in place.
The main objective of this study is to propose an improvement
model by integrating smart meters and a SCADA/EMS supervision system. This
integration aims to optimize data collection, improve anomaly detection, and
enable real-time management of the microgrid. The methodology includes a
literature review, field data collection, simulations using Simulink/MATLAB,
and a comparative analysis of system performance before and after the
improvements. Simulation results demonstrate significant reductions in energy
losses, operational costs, and improvements in billing and user satisfaction
through automated and more accurate metering.
2.2.2 Description technique détaillée du
micro-réseau de Tshumbe [66] 18
VIII
Table des matières
Table des matières
Déclaration du candidat i
Approbation du directeur ii
Épigraphe iii
Dédicace iv
Remerciements v
Résumé vi
Abstract vii
Table des matières viii
Liste des sigles et abréviations x
Liste des figures xi
Liste des tableaux xii
Introduction générale 1
0.1 Contexte et justification du sujet 1
0.2 Identification et formulation du problème 2
0.3 Questions de recherche 2
0.4 Hypothèses de travail 2
0.5 Objectif général et objectifs
spécifiques 3
0.6 Méthodologie et Délimitations 5
0.7 Structure du mémoire 6
Chapitre 1 : Revue de la littérature et outils de
simulations 7
1.1 Micro-réseaux 7
1.1.1 Définition et typologies 7
1.1.2 Architecture et composantes 7
1.2 Compteurs intelligents 8
1.3 Plateformes SCADA et EMS 10
1.4 Les travaux antérieurs 11
1.5 Outils d'analyse et de simulation 14
1.6 Études de cas comparables 15
1.7 Synthèse des bonnes pratiques et lacunes 15
1.8 Conclusion partielle 15
Chapitre 2 : Présentation et analyse du
micro-réseau de Tshumbe 17
2.1 Contexte géographique et socio-économique 17
2.2 Description de l'infrastructure existante 18
2.2.1 Vue d'ensemble (aérienne) 18
ix
2.3 Compteur intelligent utilisé : le S34U18 20
2.3.1 Avantages techniques 20
2.3.2 Limites et recommandations 20
2.4 Cartographie et schémas 21
2.4 Identification des problèmes et défis du
système existant 23
2.5 Tableau synthétique des Problèmes
identifiés, conséquences et impacts dans le micro-réseau
de
Tshumbe 24
2.5 Conclusion partielle 25
Chapitre 3 : Proposition des solutions, modélisation et
analyse des résultats 26
3.1 Introduction 26
3.2 Solutions proposées 26
3.2.1 Amélioration de la fiabilité du
système 26
3.2.2 Réduction des pertes énergétiques
27
3.2.3 Optimisation de la gestion de la facturation et du
comptage 27
3.2.4 Amélioration de l'acceptabilité sociale
28
3.3 Modélisation des solutions 28
3.4 Analyse des résultats 31
3.4.1 Fiabilité et performance du système 31
3.4.2 Gestion de la facturation 31
3.4.3 Acceptabilité sociale 33
Simulations sur MATLAB/Simulink : 34
3.5 Conclusion partielle 35
Conclusion générale et perspectives 37
Conclusion générale 37
Perspectives 38
Bibliographie 40
ANNEXES 44
Code Matlab du système 45
Voici un tableau des Résultats de simulation du
micro-réseau de Tshumbe 53
X
Liste des sigles et abréviations
AMI : Advanced Metering Infrastructure
(Infrastructure de comptage avancée)
ANSER : Agence Nationale de
l'Électrification et des Services Énergétiques en milieux
rural et périurbain
ARE : Alliance for Rural Electrification
(Alliance pour l'électrification rurale) ATS :
Automatic Transfer Switch (Interrupteur de transfert automatique) BMS
: Battery Management System (Système de gestion de batterie)
BT : Basse Tension
CERTS : Consortium for Electric Reliability
Technology Solutions (Consortium pour des solutions technologiques de
fiabilité électrique)
COSEM : Companion Specification for Energy
Metering (Spécification compagnon pour la mesure de l'énergie)
DER : Distributed Energy Resources (Ressources
énergétiques distribuées)
DLMS : Device Language Message Specification
(Spécification du langage de message des appareils)
DOD : Depth Of Discharge (Profondeur de
décharge)
EMS : Energy Management System (Système
de gestion de l'énergie)
GPRS : General Packet Radio Service (Service de
transmission par paquets)
HAN : Home Area Network (Réseau
domestique)
IEC : International Electrotechnical Commission
(Commission électrotechnique internationale)
IEEE : Institute of Electrical and Electronics
Engineers (Institut des ingénieurs électriciens et
électroniciens)
IoT : Internet of Things (Internet des
objets)
LoRa : Long Range (Longue portée)
MDMS : Meter Data Management System
(Système de gestion des données de comptage) PLC
: Power Line Communication (Communication par lignes électriques)
SCADA : Supervisory Control and Data Acquisition
(Supervision, contrôle et acquisition de données)
WAN: Wide Area Network (Réseau
étendu)
xi
Liste des figures
Figure 1 Vue aérienne de la centrale solaire de Tshumbe
(province du Sankuru) [65] 18
Figure 2 cartographie GIS du micro reseau de Tshumbe 21
Figure 3 Schéma unifilaire du système hybride de
Tshumbe [73] 22
Figure 4 : schéma Simulink et du tableau de bord SCADA
pour le micro-réseau de Tshumbe 29
Figure 6 : Graphiques sur les résultats de simulation :
Avant et après amélioration (Source :
Résultats de simulation Matlab voir le code dans les
annexes) 30
Figure 7 : les résultats de simulation : Avant et
après amélioration 49
Figure 8 : GIF de Comparaison avant et après
amélioration du système de micro-réseau 51
XII
Liste des tableaux
Tableau 1 : Tableau synthétique des Problèmes
identifiés, conséquences et impacts dans le micro-
réseau de Tshumbe 25
Tableau 2 : Résultats de simulation du
micro-réseau de Tshumbe 55
1
Introduction générale
0.1 Contexte et justification du sujet
La République Démocratique du Congo (RDC) est
l'un des pays les moins électrifiés au monde : en 2020, seuls 1,6
million de ménages (sur 10 millions) disposaient
d'électricité, avec une pénétration quasi nulle
(0,4 %) en milieu rural. Les réseaux nationaux peinent à couvrir
l'ensemble du territoire, ce qui maintient de vastes zones dans l'isolement
énergétique. Dans ce contexte, les micro-réseaux
électriques locaux, souvent basés sur le solaire
photovoltaïque et complétés par des batteries ou un groupe
diesel, constituent une solution viable pour électrifier des villages
isolés. Un micro-réseau peut fonctionner en mode connecté
au réseau principal ou en mode îloté, assurant ainsi une
fourniture d'énergie plus fiable aux usages critiques (éclairage,
santé, enseignement, etc.) même en l'absence de lien avec le
réseau national [1] [2]
La cité de Tshumbe (territoire de Lubefu, province du
Sankuru) s'inscrit dans cette stratégie d'électrification rurale.
Un projet de micro-réseau solaire y a été
déployé dans le cadre du programme national couvrant « 145
territoires », supervisé par l'ANSER (l'Agence Nationale de
l'Électrification et des Services Énergétiques en milieux
rural et périurbain). Ce dispositif alimente environ 350 foyers via 200
kWc de panneaux PV, des batteries lithium et un groupe
électrogène de secours. Cependant, l'infrastructure actuelle
présente d'importantes limites en termes de gestion de l'énergie
et de comptage : les relevés sont effectués manuellement sur des
compteurs électromécaniques, ce qui nuit à la
fiabilité des données et à la transparence de la
facturation [2], [3].
L'intégration de technologies de comptage intelligent
(smart meters) et de supervision avancée apparaît ainsi
justifiée. D'une part, la modernisation des réseaux africains
repose sur l'adoption de ces nouvelles technologies, qui rendent le
réseau bidirectionnel et facilitent la maîtrise des charges.
D'autre part, les compteurs intelligents permettent de réduire
drastiquement les pertes énergétiques : les études
estiment une baisse de ~40 % des pertes techniques et de 20-40 % des pertes non
techniques (erreurs de facturation, vols) sur les réseaux en Afrique
subsaharienne. Concrètement, un compteur intelligent peut relever la
consommation en temps quasi réel et transmettre ces données
automatiquement (via CPL, GSM ou Internet) tout en offrant une communication
bidirectionnelle (télécommande, détection de fraude). Ces
capacités ouvrent la voie à une
Les hypothèses suivantes ont été
formulées à partir des défis identifiés dans le
micro-réseau de Tshumbe et des solutions proposées :
2
facturation plus juste, une détection rapide des
anomalies et une meilleure relation avec les usagers, justifiant ainsi une
refonte du système de comptage dans le micro-réseau de Tshumbe
[4], [5] , [6].
0.2 Identification et formulation du
problème
Dans le cadre du développement
énergétique local, le micro-réseau de Tshumbe fait face
à plusieurs défis majeurs qui compromettent son efficacité
opérationnelle et sa fiabilité. Parmi ces défis, on
observe une fiabilité insuffisante des mesures, entraînant des
erreurs de comptage, ainsi que des pertes énergétiques
significatives, tant techniques que non techniques. Ces problématiques
affectent directement la gestion de l'énergie, augmentant les
coûts d'exploitation et limitant l'efficience du réseau. De plus,
l'absence d'un système de supervision centralisée complique la
gestion en temps réel du réseau et entrave l'optimisation des
performances globales du micro-réseau. Les résultats des
simulations réalisées avec MATLAB/Simulink ont montré
l'impact positif de l'intégration de solutions technologiques, comme les
compteurs intelligents et la supervision centralisée, sur
l'amélioration de la fiabilité du système, la
réduction des pertes et l'optimisation de la facturation. Ces
résultats soulignent l'importance de la modernisation du système
pour renforcer la gestion de l'énergie, tout en améliorant la
transparence et la fiabilité des données.
0.3 Questions de recherche
Face à ces enjeux, deux questions fondamentales se posent
et orientent l'ensemble de la recherche
:
1. Comment l'intégration de compteurs
intelligents pourrait-elle améliorer la fiabilité des mesures,
réduire les pertes et optimiser la facturation dans le
micro-réseau de Tshumbe ?
2. Comment la mise en place d'une supervision
centralisée pourrait-elle renforcer le pilotage du réseau et
assurer un suivi en temps réel des performances ?
0.4 Hypothèses de travail
3
· H1 : L'intégration de
compteurs intelligents dans le micro-réseau de Tshumbe
améliorerait la fiabilité des mesures, réduirait les
pertes énergétiques (techniques et non techniques), et
optimiserait la facturation en permettant une collecte automatisée et
précise des données de consommation. Cette hypothèse est
validée par les résultats des simulations, qui montrent une
réduction des pertes de 15 % à 5 % grâce à
l'utilisation des compteurs intelligents.
Les simulations ont montré que l'intégration de
compteurs intelligents permet une gestion automatisée de la facturation,
réduisant ainsi les erreurs humaines et les délais de traitement
des données. De plus, la réduction des pertes non techniques
grâce à la collecte précise et en temps réel des
données a été mise en évidence, avec une diminution
des pertes de 15 % à 5 % après l'implémentation des
compteurs intelligents.
· H2 : La mise en place d'un
système de supervision centralisée renforcerait le pilotage du
réseau et permettrait un suivi en temps réel des performances,
facilitant ainsi une gestion plus efficace et réactive du
micro-réseau. Les simulations ont confirmé cette hypothèse
en démontrant que l'intégration de la supervision
centralisée réduit les interruptions de service et
améliore la gestion des ressources énergétiques,
garantissant ainsi une meilleure réactivité du système.
Les résultats des simulations ont
révélé que l'implémentation d'un système de
supervision centralisée améliore significativement la
réactivité du système. Cela permet une gestion proactive
des pannes, des erreurs de comptage et des fluctuations de la production
d'énergie. En intégrant la supervision en temps réel, le
micro-réseau peut mieux gérer les ressources et anticiper les
besoins, assurant ainsi une efficacité accrue.
0.5 Objectif général et objectifs
spécifiques
Objectif général : L'objectif
principal de ce travail est d'analyser les limites du système actuel de
gestion de l'énergie dans le micro-réseau de Tshumbe et de
proposer un modèle d'amélioration basé sur
l'intégration de compteurs intelligents et d'un système de
supervision centralisée. L'objectif est d'optimiser la collecte des
données, la détection des anomalies, et la prise de
décision en temps réel pour garantir une gestion plus efficace du
réseau et réduire les pertes.
4
Objectifs spécifiques :
· Auditer le micro-réseau existant
: Analyser l'infrastructure actuelle pour identifier
précisément les pertes énergétiques réelles
et évaluer la fiabilité du système de gestion
énergétique en place. Ce travail est soutenu par les
résultats des simulations, qui permettent d'identifier les points
faibles du système actuel et de quantifier les pertes
énergétiques.
· Évaluer les performances des compteurs
: Comparer les compteurs électromécaniques actuels
(S34U18) et les compteurs intelligents, en mettant l'accent sur leurs
capacités sous le protocole DLMS/COSEM. L'analyse des simulations montre
que les compteurs intelligents permettent une réduction significative
des erreurs de comptage et améliorent la gestion des données de
consommation.
· Concevoir une plateforme de gestion
centralisée : Développer un prototype de système
de supervision SCADA/EMS pour améliorer le suivi et la gestion du
réseau dans un contexte rural. Les résultats des simulations ont
montré que l'intégration d'un système de supervision
centralisée permet de mieux contrôler la distribution de
l'énergie, d'anticiper les besoins et de gérer en temps
réel les fluctuations de la production et de la demande.
· Modéliser et simuler l'optimisation
: Utiliser Simulink/Matlab pour modéliser et simuler
différentes architectures de micro-réseau. La modélisation
permet d'évaluer la performance du système avant et après
la mise en place des compteurs intelligents et du système de supervision
centralisée. Les simulations ont mis en évidence l'impact positif
de ces solutions sur la performance globale du réseau, en termes de
réduction des pertes énergétiques et d'augmentation de la
fiabilité du système.
· Proposer un guide de déploiement
: Élaborer un plan de mise en oeuvre de la solution, comprenant
un programme de formation des opérateurs et une stratégie de
maintenance préventive, afin d'assurer la durabilité et la
fiabilité du système amélioré. Les simulations
montrent que l'adoption d'un système de gestion intelligent
nécessite une formation continue et une maintenance
régulière pour garantir son bon fonctionnement à long
terme.
5
0.6 Méthodologie et Délimitations
Méthodologie :
- Revue bibliographique : Une analyse
approfondie des travaux existants sur les micro-réseaux, les compteurs
intelligents, ainsi que sur les systèmes SCADA/EMS appliqués en
milieu rural, afin de poser les bases théoriques et pratiques de
l'étude.
- Collecte de données de terrain :
Réalisation d'enquêtes sur le terrain pour recueillir des
données réelles sur la consommation, les dysfonctionnements, et
les attentes des usagers du micro-réseau de Tshumbe, à travers
des relevés de consommation, des inspections des installations, et des
interviews avec les exploitants et les utilisateurs.
- Modélisation et simulation :
Utilisation de logiciels comme Simulink/Matlab pour la modélisation des
performances du micro-réseau, y compris les algorithmes de gestion de la
charge et la facturation automatisée, afin de tester l'efficacité
des améliorations proposées.
- Analyse comparative des performances :
Comparaison des performances du système avant et après
l'intégration des compteurs intelligents et du système de
supervision SCADA/EMS, en se concentrant sur les indicateurs de
fiabilité, les pertes énergétiques, les coûts
d'exploitation et la satisfaction des usagers.
- Validation expérimentale : Test des
solutions proposées dans un environnement pilote local afin de
vérifier leur faisabilité et d'adapter les ajustements
nécessaires avant le déploiement à grande
échelle.
Délimitation spatiale et temporelle :
· Délimitation spatiale :
L'étude se concentre exclusivement sur le micro-réseau de
Tshumbe, situé dans le territoire de Lubefu, province du Sankuru, en
République Démocratique du Congo. Bien que les résultats
puissent offrir des perspectives intéressantes, leur application
à d'autres micro-réseaux ruraux en Afrique subsaharienne devra
être évaluée au cas par cas.
· Délimitation temporelle :
L'étude se déroule pendant l'année académique
2023-2024, avec un suivi des résultats à court et moyen terme
après la mise en oeuvre des améliorations proposées. Les
données de consommation, de performance et de satisfaction seront
6
collectées tout au long de l'année afin
d'assurer un aperçu complet des impacts des solutions mises en place.
0.7 Structure du mémoire
Ce mémoire de master est organisé de
manière à présenter une analyse approfondie et progressive
du sujet, en suivant une structure qui permet de bien comprendre les
défis, les solutions proposées et les résultats obtenus.
Il se compose des chapitres suivants, en plus de l'introduction et de la
conclusion générales :
· Chapitre 1 : Revue de la littérature et
outils de simulation : Ce chapitre présente une revue
détaillée des travaux antérieurs sur les
micro-réseaux, les compteurs intelligents et les systèmes
SCADA/EMS, particulièrement en milieu rural. Il aborde également
les outils de simulation utilisés pour analyser les performances des
systèmes énergétiques, en mettant l'accent sur les
concepts clés et les technologies pertinentes, comme les logiciels
MATLAB/Simulink et HOMER Pro.
· Chapitre 2 : Présentation et analyse du
micro-réseau de Tshumbe : Ce chapitre fournit une description
complète du micro-réseau de Tshumbe, en commençant par le
contexte géographique et socio-économique de la région. Il
présente ensuite l'infrastructure existante, détaillant les
équipements et les installations en place, tout en identifiant les
problèmes de gestion de l'énergie, les pertes
énergétiques et les défis liés à la
fiabilité des mesures. Ce chapitre établit le cadre
nécessaire pour justifier les solutions proposées dans le
chapitre suivant.
· Chapitre 3 : Proposition de solution et
modélisation : Ce chapitre propose une série de
solutions pour améliorer le micro-réseau de Tshumbe, en
intégrant des compteurs intelligents et un système SCADA/EMS pour
la gestion en temps réel. Il inclut une modélisation
détaillée réalisée avec MATLAB/Simulink pour
simuler l'impact des solutions avant et après leur mise en oeuvre. Les
résultats des simulations, qui illustrent l'efficacité des
améliorations proposées, sont présentés sous forme
de graphiques, de tableaux et de GIF animés, permettant ainsi
d'évaluer l'impact sur la fiabilité, les pertes
énergétiques, la facturation et l'acceptabilité
sociale.
1. Sources de production : panneaux
photovoltaïques, éoliennes, micro-turbines hydroélectriques
ou générateurs diesel, qui produisent l'électricité
localement. Les sources
7
Chapitre 1 : Revue de la littérature et outils de
simulations
1.1 Micro-réseaux
| 
