Par Sébastien Jacques, Enseignant-chercheur, Université de Tours

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En France, le bâtiment, qu’il soit tertiaire ou résidentiel, reste de loin le plus gros consommateur d’énergie devant les transports, l’industrie et l’agriculture.

Selon les derniers chiffres du ministère de la Transition écologique et solidaire, cela représente près de 45% de la consommation finale d’énergie. Paradoxalement, le bâtiment est l’un des secteurs les moins émetteurs de gaz à effet de serre (20%). L’industrie (29%) et les transports (28%) sont de bien plus mauvais élèves.

Répartition de la consommation finale d’énergie en France par secteurs d’activités. Ministère de la Transition écologique et solidaire.

Dans un contexte de transition énergétique – qui vise notamment à préparer « l’après-pétrole » – et pour faire face aux enjeux d’approvisionnement en énergie, à l’épuisement des ressources, à l’augmentation des prix et aux impératifs de la protection de l’environnement, il est primordial que chacun d’entre nous parvienne à mieux gérer sa consommation d’électricité.

Quels sont les moyens pour y parvenir ? On peut commencer chez soi !

Les systèmes de gestion de l’électricité

Les systèmes de gestion de l’énergie électrique offrent aujourd’hui la possibilité de maîtriser de manière dite « intelligente » aussi bien la consommation d’un bâtiment que le coût de cette consommation.

Ces systèmes ont pour but d’économiser l’électricité et d’optimiser le confort des usagers en adaptant le fonctionnement des équipements. Par exemple, lorsque le bâtiment est inoccupé, le système peut arrêter le chauffage de manière automatique ou le ralentir durant la nuit. Ces actions « intelligentes » peuvent intervenir en toute transparence pour les usagers afin de donner de la priorité de fonctionnement à certains équipements.

Cette hiérarchisation du fonctionnement des appareils permet de diminuer la puissance appelée par l’installation électrique et ainsi soulager le réseau de distribution lors des pointes de consommation.

Un exemple concret de gestion « intelligente »

Dans le cadre du projet « ECCO » financé par la région Centre Val-de-Loire, le groupe de recherche en matériaux, microélectronique, acoustique et nanotechnologies de l’Université de Tours (GREMAN) travaille sur l’optimisation du coût de la consommation d’électricité dans l’habitat individuel.

Ce dispositif est réalisé à l’aide d’un système de stockage (des batteries), d'un convertisseur d’énergie, des capteurs (de température, de présence, etc.), d'un système de prédiction et de gestion de l’électricité (un algorithme informatique est mis en œuvre) ainsi que des prises « intelligentes » pour piloter tous les équipements présents dans la maison.

Deux objectifs sont ici visés : « effacer » la consommation électrique ou la reporter via un système de stockage.

Durant les périodes « creuses », l’utilisateur fait fonctionner ces équipements électriques directement sur le réseau de distribution. Durant les périodes de pointe de consommation, le système de stockage « soulage » le réseau de distribution.

Ce système permet ainsi de garantir, à tout instant, un équilibre entre la production d’électricité et sa consommation. Le dialogue entre le système de stockage et le réseau de distribution est réalisé dans ce cas par l’intermédiaire d’un convertisseur statique d’énergie. Ce dernier est bidirectionnel, car l’électricité doit pouvoir transiter dans les deux sens : du système de stockage vers le réseau de distribution et du réseau de distribution vers le système de stockage.

Système de prédiction et de gestion de la consommation d’électricité proposé par le groupe de recherche en matériaux, microélectronique, acoustique et nanotechnologies (GREMAN) de l’université de Tours.

Des prises « intelligentes »

Dans ce système mis au point par les chercheurs du GREMAN, le pilotage des appareils électriques d’un logement peut être réalisé à l’aide d’un petit appareil, appelé « prise intelligente » (ou smart plug), que l’on branche directement sur les prises électriques « classiques ». Son utilisation ne nécessite aucune modification de l’installation électrique de la maison.

L’ordre de commande de cette prise « intelligente » provient du système de prédiction et de gestion de l’électricité. Le smart plug doit donc pouvoir être commandé à distance de deux façons.

Dans un premier cas, l’utilisateur donne lui-même l’ordre de pilotage à partir d’une application installée sur son smartphone ou sa tablette numérique. Il pourra par exemple créer une ambiance sonore, baisser les volets roulants de sa chambre ou encore simuler une présence en allumant et en éteignant une lumière à des intervalles de temps réguliers.

Dans un second cas, l’usager n’intervient pas dans la gestion du coût de la consommation d’électricité. Lors des périodes de pointe par exemple (notamment entre 19h et 22h), le réfrigérateur pourra s’éteindre quelques minutes, sans que son utilisateur s’en aperçoive, pour diminuer la puissance appelée à ce moment-là par l’installation électrique.

Les défis scientifiques

La mise en œuvre des systèmes « intelligents » de gestion de l’électricité ne repose pas uniquement sur les prises « intelligentes ». Trois défis scientifiques doivent être aujourd’hui relevés.

Il y a d’abord la maîtrise du stockage de l’électricité à des coûts d’installation raisonnables pour l’usager ; celle du système de prédiction et de gestion de l’électricité ; enfin, la mise au point d’un convertisseur bidirectionnel à hautes performances énergétiques.

L’équipe du GREMAN tente d’apporter des solutions pour répondre à ces défis. Et la maquette d’une maison « intelligente » a été présentée au public cette année par les chercheurs lors de la 27e édition de la Fête de la science.

Démonstrateur d’une maison connectée « intelligente ».