Smart grids et smart buildings : pour des bâtiments au service de la ville et de l’intelligence de l’Homme

Parce qu’ils composent la ville, les bâtiments en sont les premiers piliers. La transition vers la smart city nécessite de développer des bâtiments intelligents, connectés par des réseaux intelligents. Il faut dès lors repenser l’architecture des réseaux d’énergie, d’eau, de chauffage, de mobilité, pour se tourner vers des systèmes plus résilients. Or, si les solutions technologiques existent, la filière smart française semble avoir des difficultés à se structurer. Entretien avec Etienne Wurtz, directeur de recherche du commissariat à l’énergie Atomique et aux énergies alternatives à l’Institut National de l’Énergie Solaire, en charge du service bâtiment et systèmes thermiques, et Emmanuel François, président de Smart Buildings Alliance for Smart Cities.

Quelle est votre conception du « smart » ?

Etienne Wurtz : Je répondrais par un premier postulat qui paraphrase la prise de position d’un grand industriel de la fourniture électrique : « il n’y a pas de bâtiment intelligent, mais des Hommes intelligents qui les occupent ». Pour moi, un bâtiment intelligent est donc une construction qui permet à l’intelligence de l’Homme de s’exprimer. Il ne s’agit pas du tout de développer un ensemble d’accessoires domotiques. On voit bien que cela ne correspond pas aux attentes dans la majeure partie des cas. Les études montrent que les occupants veulent être à l’origine des actions dans un bâtiment.

Emmanuel François : Si on se penche sur l’étymologie du mot intelligent, on remarque qu’il est formé de deux mots latins, « inter » et « ligere », ce qui veut dire « lié ensemble ». Pour moi, c’est cela, un bâtiment intelligent, et même une ville intelligente. C’est le fait que les bâtiments soient liés, connectés, à la fois avec les autres bâtiments, mais aussi avec leur environnement, ainsi que les besoins des utilisateurs en énergie, en mobilité, en lumière. L’important, c’est que cela se fasse en temps réel. Grâce au numérique, on superpose un monde virtuel au monde réel, qui vont interagir. Attention cependant, faire du smart pour du smart n’a aucun sens. Le smart doit servir de support pour répondre aux enjeux de la société. Il s’agit de permettre un meilleur respect de l’environnement, de créer du lien social et de développer un système économique qui soit en mesure de fournir un maximum de services et de confort pour le plus grand nombre.

En quoi le bâtiment intelligent répond aux enjeux de la ville durable ?

Emmanuel François : Il faut réfléchir au-delà de l’échelle du bâtiment et faire le lien avec la ville. Les bâtiments intelligents, une fois connectés entre eux, permettent de mutualiser les différents équipements à l’échelle d’un quartier, voire d’une ville. Il devient alors possible d’optimiser les différents échanges de flux entre les bâtiments. Prenons le cas de la mobilité. La très grande partie des véhicules sont à l’arrêt 96 % du temps, ce qui occupe un grand espace. En optimisant les transports de personnes, grâce à des services de covoiturage intelligents, il serait possible de diminuer le nombre de véhicules, donc de l’espace consommé. Les bâtiments intelligents pourraient également permettre de mieux identifier et utiliser les espaces vides au sein même des bâtiments, afin d’éviter de construire des nouveaux en mutualisant les usages. Cela offre de multiples opportunités pour réduire l’extension urbaine. Il faut nous en saisir.

À l’échelle même d’un bâtiment, le recours au « smart » permet de mieux contrôler le chauffage et le refroidissement, donc d’optimiser leur utilisation. Il est plus facile de consommer l’énergie dont on a réellement besoin, et de réaliser des économies sur la facture énergétique tout en limitant le rejet d’émissions carbones. Enfin, à l’échelle de la ville, le « smart » offre un gain évident de proximité. Grâce au développement de l’E-learning, de l’E-santé et du télétravail, les déplacements et les flux pendulaires sont fortement réduits. Les distances parcourues sont moins importantes. Il y a donc moins de voitures qui circulent en ville. De plus, la proximité encourage à produire et consommer localement. Et je ne parle pas seulement de biens ou de produits issus de l’agriculture. Cela peut très bien concerner l’énergie, l’eau et de traitement des déchets, dont la gestion peut être contrôlée localement grâce aux bâtiments intelligents et aux réseaux intelligents développés entre eux.

Etienne Wurtz : Il faut bien sûr parler de ville plutôt que de bâtiment, puisque les bâtiments composent la ville. Personnellement, je préfère remplacer l’adjectif intelligent par durable. L’intelligent est au service du durable. Aujourd’hui l’usager est soumis à la complexité de la ville. Celle-ci doit donc se mettre à son service et ainsi agir pour limiter son empreinte carbone dans des opérations simples, comme plus complexes : de l’éclairage à la qualité de l’air délivrés où l’usager est présent à l’énergie, l’eau et les déchets. Je suis d’accord avec Emmanuel François sur ce point. Et pour cela, les bâtiments doivent communiquer à la fois entre eux et avec la ville. Ils doivent être en mesure de faire des échanges de données, d’énergie, de chaleur.

Quelles technologies préconisez-vous dans les bâtiments intelligents ?

Emmanuel François : Il est difficile d’isoler une technologie en particulier. Il faut plutôt rechercher un ensemble de technologies cohérentes. Au niveau de la communication, il me semble absolument essentiel d’avoir un réseau unique à l’échelle de la ville et des bâtiments, avec des protocoles filaires et non-filaires standards, à la fois ouverts et interopérables. Ce réseau doit être la véritable épine dorsale du bâtiment intelligent et de la ville. Il relie les ascenseurs, le chauffage, les caméras, ou encore les bornes de recharge. Faire converger tous ces éléments vers un unique réseau permet un gain économique conséquent, de faciliter la mise en place d’un système de sécurité et de simplifier le recours aux éléments.

Aujourd’hui, les réseaux et bâtiments sont alimentés en courant alternatif, qui nécessite de passer par des transformateurs. Cela consomme beaucoup d’énergie et augmente le risque de panne et de pertes. Il faut passer en courant continu, grâce aux batteries. Avec un réseau en courant continu, le bilan carbone est bien meilleur et les pannes diminuent. Ensuite, il me semble fondamental d’utiliser l’Intelligence Artificielle. Mais elle doit être de préférence hébergée uniquement dans les bâtiments. Ainsi, les données restent à l’échelle du bâtiment, le cloud n’a qu’une fonction de lien.

Enfin, je pense qu’il est nécessaire d’utiliser la technologie du BIM. Cela permet de contextualiser les données en temps réel dans le bâtiment, donc de mieux les comprendre. Et puis, le BIM est primordial pour suivre les matériaux de construction et faciliter la déconstruction d’un bâtiment.

Etienne Wurtz : Je mettrais un bémol, le smart ne peut répondre tout seul à tous les enjeux du bâtiment durable. Prenons en compte un simple constat sur l’énergie : certes, il est possible d’économiser 20 % de consommation énergétique grâce à une gestion smart. Mais c’est surtout l’enveloppe du bâtiment qui engendre la surconsommation d’énergie et du chauffage. On estime que 80 % de la consommation énergétique liée au chauffage part dans l’enveloppe, dont 10 % par les vitrages et 70 % par les parois opaques. Pour diminuer sa consommation énergétique, le plus important est donc de rénover efficacement les bâtiments.

Ensuite, si l’on s’intéresse au système d’un bâtiment, on se rend compte que le chauffage et l’ECS sont plutôt bien gérés en résidentiel. Dans le tertiaire en revanche, il semble y avoir une difficulté à utiliser le potentiel extérieur pour réguler l’énergie et le chauffage consommé. Dans certains cas, le confort estival commence même dès février. À la Défense, par exemple, il n’est pas rare de devoir climatiser dès que la température extérieure dépasse les 5°C. Cependant, les choses vont évoluer avec la RE2020. Il existe des éléments simples à mettre en place pour optimiser la consommation d’énergie dans les bâtiments, comme la détection de personnes dans les bâtiments, afin de ne chauffer ou climatiser que quand cela est nécessaire. Ou encore, la détection efficace de pannes qui impliquent une surconsommation. Cela demande néanmoins de mettre en place une interface Homme-machine simple et fonctionnelle. On en revient à mon postulat de départ : un bâtiment intelligent est une construction qui permet à l’intelligence de l’Homme de s’exprimer.

Existe-t-il aujourd’hui une vraie synergie entre tous les « smart » : building, grid, city ?

Etienne Wurtz : La réponse est assez simple : non ! Il y a un véritable décalage entre les objectifs et les moyens mis en œuvre pour y arriver. Au CEA, par exemple, nous avons compris que décarboner l’énergie à l’horizon 2030 nous demande une réorganisation interne conséquente. Le réseau énergétique va au-delà des frontières des agglomérations, au-delà de l’échelle de l’habitat. Nous avons besoin d’avoir une connaissance globale de ce réseau énergétique pour pouvoir le changer. Faire du zéro carbone implique notamment de bien connaître la consommation des utilisateurs. Cette connaissance permettra, entre autres, d’optimiser l’utilisation des énergies renouvelables selon les besoins précis identifiés. Mais aujourd’hui, personne ne connaît le fonctionnement du réseau, c’est beaucoup trop complexe. Alors qu’il nous faut pouvoir faire des prédictions pour réduire les variables d’ajustement du réseau. Nous avons donc besoin d’une vraie synergie et une vision globale qui transcende les frontières de l’énergie, de la ville et du bâtiment.

Emmanuel François : Je suis d’accord avec Etienne Wurtz, d’autant que sur les énergies renouvelables, il existe déjà une diversité qui permet une décentralisation d’une partie de la production. Le modèle du gaz est également intéressant avec des modèles centralisés et décentralisés qui cohabitent déjà sur les territoires. Pour moi, il est essentiel de se tourner vers des réseaux et des productions de proximité, de profiter des ressources locales. Cela permettrait une meilleure synergie à cette échelle et une simplification de la structure des réseaux grâce à la décentralisation. Je pense que nous devons viser à horizon 2030 un modèle composé de réseaux hybrides DC en local et AC en production externe centralisée.

Quel est l’état de la filière « smart » en France ? Quels sont ses atouts et limites ?

Emmanuel François : En fait, la filière smart n’existe pas vraiment. C’est pourtant une nécessité. Elle doit être transverse pour accompagner toutes les filières qu’elle touche et les pousser plus loin. De plus, à l’heure où nous parlons, les pouvoirs publics ne semblent pas avoir compris les enjeux d’une synergie entre eux, la recherche et les industriels. Rien ne se passe, alors qu’il faudrait mettre en place des chairs entre les pouvoirs publics et les différents acteurs du smart. C’est un problème dans le jeu de la concurrence mondiale. On voit bien aujourd’hui que nos technologies d’échange de données viennent des États-Unis ou de Chine et les débat sur la souveraineté font rage concernant celles-ci. A l’échelle européenne un projet comme Gaia, premier cloud souverain pour l’Europe, est intéressant, mais il faut qu’il soit opérationnel dans les deux ans pour pouvoir rester dans la course.

Etienne Wurtz : La filière smart est très pauvre en France. Il y a une pauvreté des ambitions et des réalisations. Malheureusement, les différents acteurs ne discutent pas ensemble. Chacun reste dans son silo. On se contente de proposer que la lumière s’allume en claquant des mains, alors que l’essentiel est ailleurs. La technique existe, maintenant il faut prendre en compte l’aspect sociologique, réfléchir aux évolutions de la ville et du bâtiment, et accompagner les habitants au quotidien.

Emmanuel François : Je suis tout à fait d’accord, on continue sur le gadget, c’est justement ce qui a tué le smart. La domotique c’est le 20e siècle. Mais on est au 21e ! Aujourd’hui au travers d’un label comme le R2S on propose de préparer le bâtiment au traitement de la donnée et des utilisations formidables que l’on peut en faire. En faisant bien attention de respecter la confidentialité, bien entendu.

Quelles innovations technologiques vous paraissent importantes en ce moment ?

Emmanuel François : Tout ce qui a trait à la protection de données me semble important. Je pense notamment qu’il faut généraliser la distinction entre deux systèmes : le BOS, Building Operating System et le DOS, District Operating System. Ces systèmes doivent être utilisés distinctement, mais de façon complémentaire. Il y a énormément de solutions technologiques disponibles. Il faut choisir en étant à l’écoute de l’usager, ou bien laisser faire l’IA quand cela devient trop complexe.

Etienne Wurtz : La plus grande innovation, c’est d’écouter l’usager, même s’il ne va pas dans votre sens. Par exemple, nous avions prévu de mettre en place des capteurs vidéo pour détecter des anomalies dans le sommeil, dans le cadre d’un programme d’hospitalisation à domicile de personnes âgées. Nous nous sommes heurtés à un refus général ! Les personnes concernées avaient l’impression que cela nuisait à leur liberté. Nous les avons écoutées et ces capteurs n’ont pas été installés. Aujourd’hui, je suis plutôt enthousiaste sur le développement de la maintenance prédictive dans les bâtiments. Cela peut permettre de réduire les surconsommations, ou encore d’identifier précisément les endroits à isoler, pour peu que l’on sache communiquer les informations de la bonne manière et aux bonnes personnes.