Améliorer la gestion de l'énergie
5' de lecture - publié le 19 novembre 2024
Avec la hausse des prix de l'énergie, les tensions géopolitiques et la demande croissante de secteurs comme les centres de données et les technologies d'intelligence artificielle, l'industrie du bâtiment se trouve à un moment crucial. L'époque où il suffisait de respecter des normes telles que Minergie est révolue. Aujourd'hui, atteindre une véritable efficacité énergétique exige une gestion active de l'énergie et des stratégies innovantes qui non seulement réduisent la consommation d'énergie mais permettent également aux bâtiments de produire et de stocker de l'énergie.
Cet article explore des approches de pointe nécessaires pour préparer les bâtiments au futur, en couvrant les avancées dans la production et le stockage d'énergie, les techniques de construction économes en énergie, et la rénovation des structures existantes. Nous examinerons également comment maximiser le potentiel des toits, adopter des stratégies de refroidissement efficaces et mettre en œuvre des systèmes de gestion intégrée de l'énergie, permettant ainsi aux bâtiments de devenir des entités autonomes et productrices d’énergie.
Production d'énergie - Un nouveau paradigme
Traditionnellement, les bâtiments ont été perçus comme des consommateurs d'énergie, mais ce paradigme est en train de changer. Les innovations transforment les bâtiments en petites centrales électriques, avec des technologies conçues pour générer de l'énergie à partir des façades, des intérieurs et des toits.
Par exemple, le système de façade solaire de Tabsolar s’intègre directement dans l’extérieur d’un bâtiment, capturant la chaleur solaire des murs exposés au soleil. De même, Solar bricks – des blocs de verre translucides avec des cellules solaires intégrées – produisent de l’électricité tout en servant d’isolation thermique, idéales pour des façades modernes et économes en énergie. Le revêtement multifonctionnel de Mitrex combine esthétique et efficacité, imitant des matériaux comme le bois ou le granit tout en produisant de l'énergie, ce qui le rend idéal pour les grands immeubles commerciaux et résidentiels.
Dans les zones où le vent complète l’ensoleillement, des éoliennes légères comme celles d’Airiva fournissent une source d'énergie renouvelable supplémentaire. Ces éoliennes sont facilement installées sur les façades ou les toits, même dans les zones urbaines densément peuplées. Par ailleurs, les panneaux géothermiques modulaires d’Enerdrape exploitent les sources de chaleur souterraines, comme les stations de métro et les parkings, pour offrir un chauffage et un refroidissement durables.
Un cycle d'énergie circulaire peut également être créé en réutilisant la chaleur résiduelle provenant d'autres sources. Par exemple, les centres de données, qui ont consommé environ 460 térawattheures (TWh) d’électricité en 2022 (soit environ 2 % de la consommation mondiale), devraient doubler leur consommation d'ici 2026(1). Infomaniak IV relève ce défi en alimentant ses centres de données avec de l'énergie renouvelable et en utilisant l'air ambiant pour le refroidissement. De plus, il capture et réutilise 100 % de la chaleur résiduelle générée, la redirigeant pour chauffer les bâtiments voisins, pouvant potentiellement desservir plus de 6 000 foyers par an. Des projets immobiliers comme Cully 360 utilisent également le refroidissement gratuit et exploitent le potentiel thermique du lac Léman pour alimenter des pompes à chaleur, créant des réseaux énergétiquement efficaces pour des bâtiments interconnectés.
Stockage d'énergie
Le stockage d'énergie est essentiel pour équilibrer l'offre et la demande, garantir une utilisation efficace de l'énergie et réduire la dépendance aux sources non renouvelables. En capturant l'énergie excédentaire provenant de sources intermittentes comme le solaire et l'éolien, les systèmes de stockage permettent de disposer d'énergie lorsque la production baisse ou que la demande augmente.
Parmi les dernières avancées, la technologie des Batteries en béton intègre de petites quantités de fibre de carbone dans les matériaux de construction, transformant les structures en béton en mégabatteries — une solution idéale pour les grands projets. Sun2Wheel utilise les batteries de véhicules électriques, permettant de stocker et de récupérer l'énergie des VE pour l'alimentation des bâtiments, une intégration parfaite pour les environnements urbains dotés d'infrastructures pour VE.
Pour un stockage à plus long terme, le système à hydrogène de Picea convertit l'électricité excédentaire en hydrogène, stocké dans des bouteilles de gaz pour une utilisation en hiver, ce qui le rend idéal pour les maisons équipées de panneaux solaires recherchant une indépendance énergétique tout au long de l'année. Pour les systèmes de plus grande envergure, le stockage thermique dans des batteries à sable de Polar Night Energy conserve la chaleur pendant des mois avec une perte minimale, offrant une option efficace pour les petits quartiers. Pour les maisons individuelles ou les rénovations, Hydrobag offre un stockage thermique flexible dans de l'eau, s'intégrant dans des espaces restreints comme les vides sanitaires pour une solution compacte mais efficace.
Économiser l'énergie grâce à la construction
La construction écoénergétique répond à la demande croissante de bâtiments durables en utilisant des matériaux avancés et des conceptions qui améliorent l'isolation, les performances thermiques et la ventilation naturelle. Cela réduit la dépendance aux systèmes de chauffage et de refroidissement mécaniques, rendant les bâtiments plus économes en énergie et plus résilients.
Par exemple, le bâtiment 2226 fonctionne sans systèmes de chauffage ou de refroidissement traditionnels en utilisant intelligemment la chaleur résiduelle, l'inertie thermique naturelle et des évents contrôlés par capteurs pour maintenir des températures confortables toute l'année. De même, l'Ecole Simone Veil utilise des murs isolés en paille de 47 cm d'épaisseur et une sur-ventilation pendant la nuit, offrant une solution écologique et low-tech idéale pour les espaces publics dans les climats chauds.
Les solutions de rénovation, comme l'isolant en cellulose Isofloc, fabriqué à partir de journaux recyclés, offrent une option durable et efficace pour la rénovation thermique en étant injecté dans les murs existants. Pour les nouvelles constructions, le mélange de laine de mouton et de terre cuite de Capo 425 Lana propose un matériau polyvalent offrant à la fois solidité structurelle et isolation thermique. Enfin, les matériaux à changement de phase (PCM) de Nanolope, qui absorbent et libèrent la chaleur, réduisent significativement les besoins en refroidissement, ce qui les rend adaptés à une intégration dans les murs et les plafonds.
Les stores intelligents SolarGaps génèrent de l'énergie solaire tout en réduisant la consommation d'énergie. Ces stores ajustent automatiquement leur angle pour capter la lumière solaire et fournir de l'ombre, contribuant ainsi à la régulation des températures intérieures. De même, les fenêtres SageGlass utilisent du verre teinté électroniquement pour éliminer le besoin de stores traditionnels. Ces fenêtres s'adaptent aux conditions environnementales, limitant la chaleur ou le froid entrant dans l'espace, ce qui réduit la dépendance aux systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation.
Le chauffage de l'eau représente environ 18 % de la consommation d'énergie des ménages(2). Le système de douche Luniwave répond à ce besoin en réduisant la consommation d'eau de 30 % et en appliquant des principes de sciences comportementales. Il encourage les utilisateurs à se fixer des objectifs et à se surpasser pour réduire leur consommation d'eau, transformant ainsi la conservation en un défi motivant plutôt qu'en une contrainte imposée. Le système est doté d'un écran de contrôle facilement montable et d'un élément discret sous le mitigeur de la douche. De manière similaire, le chauffe-eau compact et intelligent de Gecko recycle la chaleur des eaux usées pour préchauffer l'eau froide entrante via une technologie d'échangeur de chaleur brevetée. Ce système peut être installé directement dans les salles de bains, offrant une solution de rénovation simple et efficace pour réduire la consommation d'énergie liée au chauffage de l’eau.
Refroidir les espaces de manière efficace
Les solutions high-tech ne sont pas toujours nécessaires pour maintenir les espaces au frais. Une conception architecturale réfléchie peut considérablement améliorer la durabilité tout en réduisant la dépendance aux systèmes de refroidissement énergivores.
Par exemple, l'école Rajkumari Ratnavati dans le désert du Thar conserve un environnement naturellement frais sans climatisation, en utilisant de hauts plafonds, des capteurs de vent et des fenêtres bien placées pour faire circuler l'air. De même, les Siamese Towers utilisent une façade à double peau qui crée un effet de cheminée, éliminant naturellement la chaleur par effet Venturi, ce qui en fait une solution idéale pour les immeubles de grande hauteur en milieu urbain. CoolAnt, un système de refroidissement par évaporation composé de pots en terre cuite et d'eau qui s'égoutte, offre une autre façon innovante de rafraîchir les bâtiments de manière naturelle, en particulier dans les régions chaudes et arides.
Rénovation des bâtiments anciens
La rénovation des bâtiments anciens est un moyen clé d'améliorer l'efficacité énergétique sans nécessiter de reconstruction majeure. Des améliorations telles qu'une meilleure isolation et des systèmes modernes peuvent réduire considérablement la consommation d'énergie, diminuer les coûts et minimiser l'impact environnemental.
Une solution efficace est l'utilisation de films pour fenêtres. Ceux-ci permettent une meilleure pénétration de la lumière naturelle et une gestion thermique sans devoir remplacer les fenêtres entières. Par exemple, les 3M window films redirigent la lumière du soleil plus profondément dans les pièces, améliorant la qualité de la lumière tout en réduisant les coûts énergétiques. À un niveau plus avancé, les films électrochromes EnOB.FLEX permettent aux utilisateurs d'ajuster la quantité de chaleur et de lumière traversant les façades vitrées, réduisant ainsi de manière significative le besoin de chauffage ou de climatisation.
Pour la rénovation de la ventilation, le système passif de Ventive offre une solution intéressante en utilisant de petits modules faciles à installer qui offrent chauffage et refroidissement avec récupération de chaleur. Cozy de Radiator Labs s'attaque également à l'efficacité du chauffage en améliorant la distribution de chaleur des radiateurs existants grâce à des housses et ventilateurs adaptés, réduisant les coûts de chauffage jusqu'à 30 %.
Maximiser le potentiel des toits
Les toits sont souvent sous-utilisés, bien qu'ils offrent un énorme potentiel pour la production d'énergie et l'efficacité énergétique. Des panneaux solaires, des éoliennes et même des toits végétalisés peuvent y être intégrés, transformant ces espaces en atouts productifs.
Les modules solaires à suivi solaire de Solskin en sont un excellent exemple : ils suivent le soleil tout au long de la journée pour maximiser la production d'énergie. Ces modules légers peuvent être installés dans des emplacements non conventionnels, comme des toits inclinés ou ceux qui ne peuvent pas supporter des systèmes traditionnels. PowerNEST, qui combine des panneaux solaires avec des lames éoliennes verticales, amplifie la production d'énergie jusqu'à six fois, ce qui en fait une solution idéale pour les régions avec des vents forts et un ensoleillement abondant. Chaque unité, mesurant 7,2 x 7,2 x 4,8 mètres (L x l x H) et pesant 7,5 tonnes, est conçue pour une installation facile, ce qui la rend adaptée aux projets industriels de grande envergure.
En outre, les toits végétalisés — déjà reconnus pour leurs effets de refroidissement — peuvent désormais être installés sur des surfaces inclinées grâce aux tuiles vertes de Mygreentop, permettant à plus de maisons et de bâtiments de bénéficier de l'isolation naturelle. Le projet Symbiose combine l'énergie solaire avec des serres bioclimatiques sur les toits, capturant la chaleur solaire pour préchauffer l'eau domestique, une installation efficace pour les immeubles résidentiels multifamiliaux.
Gestion de l'énergie
La gestion de l'énergie complète d'autres stratégies d'efficacité en utilisant des données et des technologies intelligentes pour affiner l'utilisation de l'énergie. Ces systèmes aident à réduire le gaspillage et à optimiser les performances, soutenant ainsi les efforts de durabilité d'un bâtiment.
EGreen utilise des systèmes basés sur les données pour surveiller efficacement la consommation d'énergie, la consommation d'eau et la gestion des déchets, permettant aux propriétaires de réduire leurs factures de services jusqu'à 20 %. Cela est rendu possible grâce à des stratégies telles que le coaching personnalisé des résidents et l'organisation de jeux engageants qui encouragent les pratiques durables de manière ludique et interactive. De même, les prises intelligentes Sapient Industries analysent le comportement des utilisateurs en examinant les données provenant des prises pour optimiser la consommation d'énergie en temps réel, les rendant idéales pour les espaces commerciaux et résidentiels. Wattblock propose des solutions énergétiques pour les bâtiments multi-locataires, en utilisant des analyses pour identifier le gaspillage et suggérer des intégrations d'énergies renouvelables. Ils assistent dans le processus de sélection, les options de financement, les règlements et la mesure et vérification des résultats.
Romande Énergie propose une approche innovante de la gestion communautaire de l'énergie avec ses communautés d'autoconsommation. Ces systèmes permettent aux résidents d'un bâtiment ou d'un quartier de partager l'énergie solaire produite localement, réduisant leur dépendance aux réseaux externes et abaissant les coûts énergétiques pour tous.
L'avenir de la gestion de l'énergie dans les bâtiments repose sur une combinaison de conception efficace, de production d'énergie et de solutions de stockage innovantes. En optimisant les toits, en rénovant les structures existantes et en adoptant des technologies de pointe, les bâtiments peuvent devenir des actifs générateurs d'énergie tout en réduisant la consommation d'énergie. Ces innovations ouvrent la voie à des communautés plus durables et indépendantes sur le plan énergétique. Grâce à la gestion intégrée de l'énergie et aux technologies avancées, nous pouvons préparer les bâtiments pour l'avenir.
(1) Source: Data Center Dynamics, Global data center electricity use to double by 2026 - IEA report, 26 janvier, 2024.
(2) Source: ENERGY.GOV, Water Heating.