Minimiser l’empreinte écologique des systèmes énergétiques du bâtiment

Les conséquences environnementales de l’adéquation entre la demande en énergie d’un bâtiment et l’empreinte écologique des possibles sources d’approvisionnement restent peu étudiées. Un outil permet désormais d’établir différentes stratégies pour mieux dimensionner les installations énergétiques d’un bâtiment et de les faire ensuite fonctionner de manière optimisée. L’outil renseigne également sur les sources d’énergie les plus vertes pour chacune des variantes explorées.

En Suisse, mais pas seulement, la demande énergétique est très inégale au fil des heures et des saisons. Un pic de consommation est atteint en hiver en début de soirée lorsque chauffage et appareils ménagers fonctionnent simultanément. En été, si la demande en énergie est généralement moindre, sa production par contre atteint en début d’après-midi un pic grâce aux panneaux solaires. Cette inadéquation entre consommation et production est problématique, d’autant que stocker l’énergie à l’heure actuelle a aussi un impact sur l’environnement.

Un outil pour concevoir des systèmes énergétiques plus performants
Didier Vuarnoz, collaborateur scientifique au sein du groupe de recherche EPFL Building 2050 du smart living lab, s’est concentré sur les possibilités d’intégration des énergies renouvelables et de son stockage, dans le contexte du bâtiment, afin de limiter son empreinte environnementale.

L’équipe de recherche qu’il a dirigée a mis sur pied un outil versatile de simulations. Cet outil permet d’évaluer les performances des systèmes énergétiques d’un bâtiment sur une base multicritères (émission de carbone, autonomie, minimisation des pertes par stockage, etc.). Ainsi, les différentes possibilités de dimensionnement et des technologies produisant ou stockant de l’énergie peuvent être rapidement comparées pour en extraire les meilleures variantes.

Pour modéliser ces différents cas de figure, des aspects fondamentaux à appréhender ont été déterminés :

- les caractéristiques propres du bâtiment ;
- les utilisateurs et leurs comportements au sein du bâtiment ;
- le potentiel des utilisateurs à consommer de l’énergie en dehors des pics de demande afin de contribuer à lisser la consommation ;
- les impacts environnementaux des énergies traditionnelles ;
- les impacts des énergies renouvelables et de leur stockage.

De la prédiction des besoins à l’optimisation de l’exploitation d’un bâtiment
Un cas d’étude a été défini pour tester la méthodologie développée : le smart living building, futur centre de recherche et développement qui accueillera les collaborateurs et chercheurs du smart living lab. Sur la base d’une étude conduite sur 1600 chercheurs et collaborateurs du milieu académique (et donc représentatifs des futurs utilisateurs), les besoins de cette population ont été identifiés. A partir de ces résultats, la consommation énergétique du bâtiment et de ses futurs utilisateurs a été simulée durant une année, heure par heure, en prenant en compte les conditions environnementales et climatiques spécifiques au site de blueFACTORY, où le smart living building sera érigé. « Grâce à cette démarche, des prévisions permettront notamment de mieux dimensionner l’infrastructure énergétique du smart living building. », explique Didier Vuarnoz.

Une fois que le bâtiment sera habité, l’équipe envisage de renseigner les utilisateurs sur l’empreinte carbone de leur propre consommation en leur indiquant à quel moment l’énergie utilisée a le moins d’impact environnemental. L’idée est de consommer "mieux" en s’approvisionnant directement en énergie renouvelable produite par le bâtiment quand celle-ci est en suffisance. « En informant les usagers d’une manière adéquate, nous pourrions sans diminution de confort, réduire les émissions de gaz à effet de serre qui sont associées à l’utilisation de l’énergie », commente le chercheur.

Quantifier l’empreinte carbone des énergies à disposition
Un bâtiment peut tirer son énergie de différentes sources. Cette énergie peut provenir du réseau (env. 1/3 de centrales nucléaires, env. 1/3 d’hydrauliques, env. 1/3 d’imports et un peu d’énergies renouvelables), mais également de la production sur site (par exemple, des panneaux solaires sur le bâtiment) avec possibilité de stockage. Ces différentes sources d’énergie n’ont pas le même impact environnemental. L’équipe a donc déterminé quelle serait l’empreinte carbone de toutes ces énergies à disposition du futur smart living building, y compris celle du réseau traditionnel. Or, calculer l’impact environnemental heure par heure du réseau électrique suisse est une première. « Ceci permettra d’utiliser pleinement le potentiel dynamique des variations temporelles de la qualité des énergies à disposition afin de diminuer l‘impact des bâtiments sur notre environnement. »

Un outil formidable pour calculer l’impact environnemental de l’énergie
Une fois que l’équipe a pu mettre des chiffres sur les volumes de consommation, de production et leurs impacts environnementaux, l’outil créé sur mesure permet de choisir en temps réel quelle source d’énergie doit privilégier le bâtiment afin de minimiser son empreinte écologique. Ainsi, les différentes variantes de conception de systèmes énergétiques du bâtiment peuvent être rapidement analysées et comparées entre elles. « Cet outil est une aide inédite à la décision, mais ne propose pas de stratégie ultime. En effet, construire (ou rénover) un bâtiment implique de prendre en compte les critères environnementaux et énergétiques, mais pas uniquement. D’autres aspects entrent en jeu tels que des contraintes financières, des choix esthétiques et les volontés politiques. », conclut Didier Vuarnoz.

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