Article paru
dans CEA Techno(s) n° 94

La révolution énergétique est en marche

Les bâtiments neufs d'aujourd'hui différent peu, à première vue, de ceux d'hier. Pourtant, dans les laboratoires comme dans les entreprises, une véritable mutation s'opère : avec leurs dispositifs de communication sophistiqués, leur efficacité énergétique optimale et leur confort accru, les logements et bureaux de demain proposeront un cadre de vie radicalement nouveau.

Responsable de 45 % de nos consommations énergétiques et de 22 % des émissions de gaz à effet de serre*, le bâtiment est devenu une cible de choix de la chasse aux gaspis. Sous l'impulsion d'un formidable courant d'innovations (et d'une réglementation très incitative), il est annonciateur de changements de vie et d'habitudes décisifs .

Des parts de marché à conquérir très vite

Oubliées les passoires thermiques des années 70 : en 2020, la réglementation imposera aux nouveaux logements de produire plus d'énergie qu'ils n'en consomment. Les dispositifs photovoltaïques seront même obligatoires ! Ce n'est pas tout : le bâtiment du futur s'adaptera à l'usage en temps réel ? inutile de chauffer et d'éclairer des pièces vides ? sera doté de capteurs électroniques pour mesurer, réguler et soigner notre confort, déploiera de nouveaux automatismes pour combiner différentes sources d'énergie. Le développement durable sera pris en compte grâce aux matériaux recyclables... “Ce n'est pas une révolution spectaculaire car le taux de renouvellement des logements ne dépasse pas 3 % par an, explique Jean-Louis Six, responsable du programme Smart Building du CEA. Mais dans les entreprises, l'effervescence est à son comble : il faut réagir vite pour prendre des parts de marché, ce qui impose de découvrir des métiers peu connus au CEA”. C'est le cas, par exemple, pour le marché en plein essor du solaire intégré (lire en page 5). Le CEA est bien armé pour relever ce défi grâce aux apports complémentaires de trois de ses instituts. Avec le Liten et en particulier, l'Institut national de l'Energie Solaire (Ines), il n'a pas d'équivalent en France sur les problématiques de production d'énergie, d'éclairage, de gestion thermique ou de consommation énergétique du bâtiment. Du banc d'essai pour chauffe-eau solaire à la maison expérimentale grandeur nature, il dispose d'un parc de plateformes exceptionnel. A ses côtés, le Léti fait figure de référence en matière de capteurs, d'intelligence embarquée et de systèmes communicants. Dans un bâtiment, tout se mesure et s'exploite : la température, l'hygrométrie, le niveau lumineux, la qualité de l'air et de ses flux, la présence ou l'absence de personnes. Ce flot de données, bien exploité, permet d'optimiser la gestion des énergies. A condition de rendre tout cela discret, fiable, abordable et efficace...

Bâtiment, énergie, télécoms... partenariats tous azimuts

Enfin, le LIST apporte à la corbeille son expertise en algorithmique, outils logiciels et leur intégration dans les systèmes. Car la modélisation est indispensable pour prédire les phénomènes thermiques et aérauliques au sein d'un logement, analyser un bâtiment ancien avant de le rénover, comparer des solutions techniques. De même, la gestion intelligente du flot de données évoqué plus haut passe par des algorithmes complexes, clé de voûte de programmes de régulation capables de gérer finement les apports et consommations d'énergie. “Jusqu'à une époque récente, nous avancions sur un mode plutôt opportuniste, reconnaît Jean-Louis Six. Aujourd'hui, la structuration des efforts est en marche. Nous recensons les compétences et les moyens d'essais, nous identifions les experts, nous préparons une feuille de route technologique. Nous allons créer une plateforme, baptisée Hélios, qui agrégera toutes les problématiques du bâtiment. La possibilité de proposer à certains industriels un guichet unique de R&D est à l'étude”. Mais surtout pas une offre monolithique : les nombreuses entreprises qui collaborent déjà avec le CEA ont apporté des problématiques diverses. Tout d'abord, des industriels du bâtiment soucieux d'innover. Ils fabriquent des toits ouvrants, des matériaux d'isolation, des équipements thermiques, aérauliques ou électriques, voire des bâtiments complets ; et ils veulent y intégrer plus d'intelligence et/ou de nouvelles énergies. Ensuite, plus inattendu, des industriels impactés par la crise et en quête de nouveaux marchés : le CEA conseille notamment des équipementiers automobiles sur la possible adaptation de leur outil industriel pour produire des sous-ensembles destinés au bâtiment. Il faut ajouter à cela les producteurs d'énergie, désireux de choisir les bons matériels pour de futures centrales solaires ; les industriels des télécoms, en quête d'applications et de services nouveaux tels que le pilotage écolo-confortable du logement, le calcul en temps réel de la facture d'énergie ou l'optimisation de la revente du kW/h produit par le bâtiment. Et enfin, les assureurs et fonds de capital-risque, qui se tournent vers le CEA pour cerner les contours de ce nouveau marché. “Dans la phase actuelle de difficultés économiques, nous proposons à nos partenaires industriels, quelque soit leur taille, de les accompagner en complétant nos propositions de collaborations R&D d'outils du type ingénierie financière (recours au Crédit Impôt Recherche, montages de dossiers Oséo Anvar, FUI...) et analyse marketing, susceptibles de les aider dans leur démarche d'innovation. A ce titre, notre expert en stratégie de financement est souvent associé au montage des dossiers. Autre souci partagé : la recherche de compétitivité. Le concept de maison à énergie positive tel que commercialisé en Allemagne, par exemple, n'est en mesure d'intéresser qu'une clientèle fortunée. Notre objectif, en phase avec le marché, se situe aux alentours de 1 000 euros le m² ”, énumère Jean-Louis Six.

Maison à énergie positive pour 1 000 €/m2

Les travaux du CEA visent en priorité la performance globale du bâtiment : efficacité énergétique, gestion optimale des énergies électrique et thermique, dispositifs solaires intégrés au bâtiment, matériaux durables et recyclables... Plus complexe qu'il n'y parat ! Ainsi, la maison du futur devra proposer à l'usager, sous une forme simple, des stratégies de production ou de consommation tenant compte des contraintes météorologiques locales à court ou moyen terme, et de ses prévisions de consommation électriques ou thermiques. Autre exemple : comment produire, stocker et utiliser au mieux, selon le moment et l'usage, l'électricité issue du panneau solaire en toiture ou celle du réseau ? Ou associer au mieux un chauffage solaire et une chaudière gaz, le jour et la nuit, par froid intense ou modéré (lire ci-contre) ? “Rien n'est simple. Tout doit être comparé, combiné, optimisé au cas par cas”. Second axe prioritaire de travail, la qualité des environnements intérieurs : confort thermique, qualité de l'air, qualité de l'éclairage. Là encore, pas d'approche simpliste. Le confort thermique, par exemple, dépend de facteurs comme la température, l'humidité, la ventilation ou les apports passifs du soleil. L'industrie automobile a beaucoup approfondi le sujet pour améliorer le confort dans l'habitacle et l'un de ses spécialistes en la matière a récemment rejoint le Liten pour travailler à l'échelle du bâtiment.

Des technologies sophistiquées ... mais faciles à utiliser

La qualité de l'air intérieur est également un sujet à entrées multiples. L'air transporte le chaud, le froid, les polluants, l'humidité ; la VMC, pourtant indispensable, peut représenter 15 % des pertes thermiques d'un bâtiment. “L'importance du vecteur air s'affirme de jour en jour. Nous voulons en faire une spécialité”, précise Jean-Louis Six. Enfin, la qualité de l'éclairage couvre à la fois le domaine prometteur des LED (lire en page précédente) et la gestion de la lumière naturelle, avec des dispositifs de type puits de lumière. Le troisième axe d'amélioration, “Construction adaptée aux besoins de ses occupants”, répond à un impératif vital : les nouvelles technologies du bâtiment doivent rester utilisables par tous ! “N'oublions pas que la population vieillit, que chacun aspire à habiter chez soi le plus longtemps possible, même malade. Le bâtiment du futur doit nous faciliter la vie”, souligne le chercheur. Des exemples ? Les laboratoires du CEA planchent sur des interfaces de programmation à la portée de tous ; sur des programmes capables d'auto-apprendre le fonctionnement thermique d'un logement pour mieux piloter ses équipements de chauffage en fonction de la météo ; sur des systèmes en mesure de moduler l'intensité lumineuse d'une pièce selon les besoins du moment ; sur des capteurs de CO2 ou de présence “plug and play”, installés rapidement... Plus la technologie “masquée” sera complexe, plus sa face immergée sera simple : c'est là, certainement, le défi le plus ambitieux du bâtiment du futur.