Le logement et le bâtiment professionnel sont au coeur de la transition énergétique. Fournir aux occupants et gestionnaires des solutions de contrôle et d’optimisation des consommations d’énergie est essentiel, mais aider les occupants à changer leurs habitudes de consommation l’est tout autant.
Le contexte général
Selon B@ticom, les émissions de gaz à effet de serre ont augmenté dans le monde de 0,6 % en 2019 avec un enjeu énorme au niveau des bâtiments qui représentent 40 % de la consommation d’énergie finale. Des progrès significatifs restent à faire pour inverser la tendance grâce à des solutions d’optimisation de la production d’énergie et de la consommation, accompagnées de réformes de la réglementation telles que la RE 2020 applicable aux bâtiments neufs qui rentrera en application en 2021.
Cette problématique implique tous les acteurs de la chaîne de la valeur de l’énergie, notamment ceux qui, comme Delta Dore, sont actifs au sein de la maison et du bâtiment connectés. Elle amène à tenir compte de toutes les transformations qui peuvent avoir un impact sur la consommation d’énergie dans les bâtiments et logements.
Transformation sociétale et changements de mode de vie
Attentes nouvelles des utilisateurs en termes de confort thermique, de mobilité électrique ; augmentation du télétravail ; attention accrue portée à la qualité de l’air et à l’impact environnemental.
Transformation énergétique et objectifs de neutralité carbone
Atteindre les objectifs de décarbonation de loi énergie-climat du 8 novembre 2019 est impossible par la seule rénovation du parc existant sans changer drastiquement les comportements. Une étude récente menée en Suède sur l’influence d’un retour d’informations à l’occupant sur sa consommation, montre, après 18 mois d’utilisation une très grande dispersion des comportements sans réduction nette de la consommation, une partie de cette consommation étant considérée comme « bien méritée » par les occupants (1). D’où la nécessité d’un coaching afin de susciter une prise de conscience. Mais on doit également évoquer les sept millions de ménages français vivant dans la précarité énergétique (source ONPE, 2018) pour lesquels l’optimisation de la consommation d’énergie est un non-sujet.
Transformation numérique
Le développement des technologies digitales n’en est encore qu’à ces débuts. Il impactera de façon massive les réseaux électriques mais aussi les consommateurs, professionnels ou domestiques et, par voie de conséquence, tous les acteurs de la filière électrique. Les municipalités, départements et régions joueront vraisemblablement un rôle crucial pour aider à mieux gérer les productions et consommations locales d’énergie.
(1) Anders Nilsson et al., in Energy & Buildings 179 (2018) 15–25.
Les réseaux électriques sont appelés à évoluer
Le réseau électrique devient ou deviendra nécessairement plus flexible, car les acteurs traditionnels tels qu’Enedis ou RTE doivent intégrer beaucoup plus de points de production de l’énergie et notamment de nombreuses installations photovoltaïques, qui sont autant de briques du réseau électrique avec leurs propres capacités de production, voire de stockage. Mais ces capacités sont intermittentes et les gestionnaires de réseau devront se reposer sur des capteurs (le Linky de ce point de vue en est un) qui remontent les données fines de consommation et de production, couplées à des données météo, afin d’anticiper leur évolution et d’éviter des situations de déséquilibre pouvant conduire un blackout du réseau. On comprend donc l’importance pour ces acteurs d’accéder à une meilleure compréhension de la consommation afin de mettre celle-ci en adéquation avec les capacités de production, notamment si elles sont locales.
Prévoir la consommation, c’est bien, mais pouvoir agir, c’est encore mieux, par exemple en décalant ou en supprimant une partie de la consommation afin d’éviter que le réseau ne « tombe ». On appelle cette suppression « l’effacement ». Elle consiste, par exemple, à dire depuis un serveur, mais bien entendu en accord avec les pratiques convenues dans un contrat, au système de gestion de l’énergie d’un bâtiment de couper le chauffage pendant X minutes.
Le réseau électrique deviendra également de plus en plus distribué, en intégrant à la fois des sites de production/ stockage de l’électricité centralisés et des sites plus dispersés, en nombre de plus en plus grand. On voit donc le rôle essentiel que les acteurs locaux auront à jouer en développant des productions locales d’électricité ; la transition énergétique passera forcément par une collaboration et une synchronisation entre le local et les acteurs nationaux.
L’utilisation des technologies numériques peut aider à automatiser et à rendre invisibles un certain nombre de traitements visant à optimiser production, stockage et consommation, et à éviter ainsi les biais induits par les comportements des usagers. En revanche, les usagers doivent pouvoir à tout moment reprendre la main.
Cette transformation des réseaux électriques peut être illustrée par la figure 1 qui montre ce que pourrait devenir le réseau : des réseaux régionaux avec de grosses centrales de production et des réseaux locaux avec des micro-productions locales. Dans cette figure, un prosumer est un acteur, particulier ou entreprise, qui produit de l’électricité et en injecte au moins une partie dans le réseau électrique ; un consommateur, en revanche, ne fait que consommer de l’énergie depuis le réseau électrique. Avec l’étiquette « vente », on indique que des ventes en local seront possibles à terme. Un arrêté du 21 novembre 2019 permet d’ailleurs de partager de l’électricité entre deux bâtiments liés via une même personne morale, situés à moins de 2 km de distance et jusqu’à un certain niveau de puissance injectée.
La révolution numérique affecte également la maison
À l’intérieur de la maison, dans cet environnement en pleine évolution, de nouvelles solutions de gestion, optimisation et contrôle de la maison et du bâtiment connectés vont trouver leur place. La figure 2 illustre les fonctionnalités minimales que doit ainsi assurer le contrôleur d’énergie de demain.
Dans ce schéma, la notion de négawatt fait référence aux solutions passives qui permettent d’agir sur la température intérieure dans l’habitat sans consommer d’énergie ou presque telles que les volets, les fenêtres, les systèmes de geoheating ou geocooling. Ces équipements passifs doivent être privilégiés.
Source : Delta Dore.
Mais la figure 2 ne représente qu’une partie des fonctions du contrôleur d’énergie de demain. Il faut par exemple y ajouter la capacité de répondre à des demandes d’effacement pour une période horaire donnée et d’agir en conséquence. Ceci va de pair avec l’intégration d’algorithmes prédictifs des consommations d’énergie et du prix de l’énergie.
Il faut enfin insister sur la partie interface utilisateur (UI)/coaching. Une telle interface et son intelligence artificielle associée doivent permettre :
- d’influencer les usages, par exemple en émettant des recommandations ;
- d’interagir avec l’occupant ;
- de favoriser les solutions passives ; d’évoluer vers le smart neighborhood.
Heureusement, nous ne partons pas de zéro
Les solutions de pilotage de chauffage et de l’eau chaude sanitaire
Mieux gérer la consommation d’énergie, c’était déjà le souci de Delta Dore à la création de l’entreprise au début des années 1970, avec l’invention de la première solution de délestage. Depuis cette date, Delta Dore a construit une gamme complète de produits de contrôle de l’énergie dans la maison, produits en France (label La French Fab) incluant notamment :
- des produits de régulation efficace du chauffage électrique ou hydraulique ;
- une anticipation dynamique des remontées en température qui tient compte de la température extérieure et de l’inertie du bâti ;
- des solutions de comptage et de visualisation de la consommation d’énergie ;
- le tout en local, y compris en cas de perte d’Internet, et à distance au travers d’une application smartphone unique mutualisée avec les autres fonctions de la maison connectée.
chaleur double service . Source : Delta Dore.
La figure 3 montre un exemple de configuration pour le pilotage d’une installation de chauffage par pompe à chaleur double service. Le problème est complexe, car les configurations de chauffage et de production de l’eau chaude sanitaire sont très variées. Un atout de Delta Dore est de disposer de solutions pour la majorité des cas. Dans la pratique, le particulier doit généralement faire appel à un installateur électricien qualifié afin que celui-ci lui propose un jeu d’équipements adapté à son installation.
Sur la période 2005 – 2019, Delta Dore a vendu plus de 14 millions de thermostats et gestionnaires d’énergie. En supposant qu’une solution de régulation et programmation du chauffage permette de réduire de 10 % en moyenne sa consommation, il en résulte une économie d’énergie de l’ordre de 130 TWh sur la période, soit environ trois fois la consommation annuelle de Paris. Un ordre de grandeur à retenir pour mesurer l’impact sur la transition énergétique d’une solution simple et efficace de gestion de l’énergie domestique.
Importance et complexité de la connectivité et de l’interopérabilité
La connectivité signifie qu’il doit être possible de partager des données de contrôle et de commande entre les différents points de la chaîne allant des équipements finaux, dans la maison, via les serveurs de Delta Dore, de partenaires ou de clients, jusqu’à l’occupant et à l’utilisateur, au travers de son smartphone ou d’un assistant vocal.
Une attente évidente des occupants de la maison est que la connectivité s’accompagne d’une interopérabilité entre les différentes solutions qui sont installées dans leur maison. Une famille ne pense pas en termes professionnels, HVAC ou ouvrants, mais en termes d’usage et de bien-être. Pour son confort thermique, par exemple, l’utilisateur aspire à pouvoir contrôler et programmer, manuellement ou automatiquement :
- son système de chauffage et d’eau chaude sanitaire ;
- l’état de ses occultants, afin de contrôler les apports calorifiques externes ;
- l’ouverture/fermeture de ses ouvrants à des fins de ventilation naturelle pour limiter les dépenses d’énergie ;
- sa facture d’électricité.
Même dans le neuf – et c’est encore plus vrai pour la rénovation, la probabilité qu’un foyer soit équipé d’appareils provenant d’un même vendeur et répondant à tous les points cités ci-dessus est infime. Il faut donc se placer dans une perspective multi-vendeurs, chacun arrivant avec sa solution de connectivité, permettant l’interopérabilité ou pas. C’est l’un des challenges importants sur lequel travaille toute la profession.
Au sein de la maison, la tendance est d’aller vers du sans-fil, c’est-à-dire de passer via des connexions radio entre les différents équipements. Mais il faut que la couverture permise par ces solutions radio soit adaptée à la configuration des habitats et éviter qu’un particulier se retrouve avec une pièce non couverte. C’est un défi pour la maison connectée, même si, sur ce point précis, les technologies radio fréquence aujourd’hui utilisées vont au-delà des performances du classique Wi-Fi.
La connectivité entre équipements permet par exemple de synchroniser automatiquement les têtes thermostatiques utilisées pour contrôler la température des radiateurs à eau chaude et de propager à toutes les têtes thermostatiques d’une même pièce la température de consigne qui aura été donnée.
L’exigence d’interopérabilité, pour laquelle chaque vendeur doit ouvrir tout ou partie de son écosystème à ses partenaires ou concurrents, permettra à terme qu’une même application puisse piloter des appareils en provenance de plusieurs vendeurs, en opposition avec la nécessité d’avoir par exemple cinq applications différentes sur son smartphone pour contrôler les consommations.
En guise de conclusion, une tentative de prospective
Pour voir le futur, il faut parfois regarder derrière soi. Le concept de Haute Qualité Environnementale (HQE) élaboré dès 1996 par les acteurs de la construction avait déjà cerné le spectre étendu de fonctions qu’un futur Home Controller devrait offrir (tableau 1).
Selon cette classification, les aspects éco-gestion, confort et santé peuvent être visualisés (figure 4) comme autant de flux que devra savoir gérer le gestionnaire d’énergie de la maison.
L’intelligence artificielle sera au centre de cette gestion de flux et les barrières entre les différents métiers auront tendance à disparaître ou à devenir de plus en plus poreuses.
Controller. Source : Delta Dore.
Une autre évolution probable consistera à tenir compte de l’appartenance de chaque maison/logement à un écosystème composé d’autres maisons/ logements/bâtiments, chacun pouvant aussi offrir ses propres services énergétiques ou ayant ses propres besoins. On retrouve le smart grid, resté malheureusement à l’état d’une multitude de pilotes et de réalisations isolées ; de nouvelles évolutions réglementaires seront requises. De nouvelles technologies comme la blockchain pourront aussi devenir utiles, par exemple à des fins de traçabilité des transactions dans un cadre d’achat-vente de l’électricité autoproduite en mode particulier à particulier.
Enfin, les modèles commerciaux pourraient se transformer pour aller, comme dans le domaine de l’automobile, vers des modèles locatifs incluant des services de diagnostic à distance, comme le font déjà certaines grosses sociétés de maintenance de chaudière, et des services packagés pouvant coupler des équipements et de la fourniture d’énergie.
