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De la maison communicante au bâtiment intelligent

Introduction

Les inventions relatives à la maison intelligente sont très anciennes. Ainsi, les Carnets de Léonard de Vinci ont montré qu’il avait déjà conçu une lampe de table munie d’un variateur d’intensité et des portes s’ouvrant et se fermant automatiquement au moyen de contrepoids.

Le caractère automatique est, en effet, la pierre angulaire du concept de bâtiment intelligent. Ainsi le mot domotique est formé du mot latin « domus », la maison, le bâtiment et du suffixe « - tique » pour automatique. Concept né dans les années 1980, la domotique consiste à mettre en réseau, à coordonner et à automatiser le fonctionnement des équipements électriques d’une maison ou d’un bâtiment, afin de permettre des économies d’énergie, d’améliorer le confort et la sécurité dans le bâtiment.

Or, la généralisation de la domotique, qui avait été annoncée comme imminente et inévitable lors de son apparition dans les années 1980, n’a pas eu lieu. Ce demi-échec est en partie du à l’inertie propre aux changements dans les modes de vie, mais également à des attentes trop fortes du côté des consommateurs que les techniques et technologies de l’époque n’ont pas su satisfaire. En outre, les bâtiments ayant une durée de vie très longue, l’impulsion du changement dans ce domaine est nécessairement très lente. L’inertie du patrimoine immobilier français est forte, celui-ci n’étant renouvelé que d’environ 1% par an.

Les premiers signes visibles de cette évolution vers un bâtiment intelligent apparaissent aujourd’hui, trente ans plus tard, en raison du développement des nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC), du contexte réglementaire, des objectifs environnementaux et de l’apparition du compteur communicant, interface entre les réseaux publics d’électricité et le réseau privé du bâtiment, qui ouvre des perspectives d’innovations majeures en aval du compteur.

Le terme de bâtiment intelligent recouvre à la fois la notion de maison communicante individuelle (Smart home) et de bâtiment à énergie positive (Smart building).

Éléments de contexte

Le développement du télétravail, le maintien ou le retour à domicile des personnes âgées ou handicapées et la généralisation de l’informatique, des technologies numériques, mais aussi l’augmentation de la consommation d’énergie et le développement des énergies de sources renouvelables bouleversent les modes de vie et de consommation. En outre, le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d’énergie parmi les différents secteurs économiques français. Sa consommation représente 42,5 % de la consommation énergétique française et environ 68 millions de tonnes d’équivalent pétrole (Source : Ministère de l’Écologie, du Développement durable, des Transports et du Logement).

Face à ces évolutions et afin de répondre aux préoccupations environnementales ainsi qu’aux évolutions réglementaires et sociétales, le bâtiment d’aujourd’hui doit s’adapter. Il doit prendre en compte les contraintes réglementaires (3e paquet climat-énergie, lois Grenelle 1 et 2, Réglementation Thermique 2012), les évolutions techniques (avènement des NTIC, émergence et intégration des énergies de sources renouvelables), et les nouveaux aspects sociétaux (environnement, efficacité énergétique, mobilité à faibles émissions de CO2).

Concernant les contraintes réglementaires, le 3e paquet climat-énergie de l’Union européenne impose aux pays membres d’améliorer leur efficacité énergétique et donc la performance énergétique des bâtiments. Les lois Grenelle 1 et 2 exigent également de concevoir et de construire des bâtiments plus sobres énergétiquement pour réduire la consommation d’énergie. Il s’agit de généraliser, dans la construction neuve, les bâtiments basse consommation à l’horizon 2012 et les bâtiments à énergie positive (capables de produire plus d’énergie qu’ils n’en consomment), à l’horizon 2020 (article 4 de la loi Grenelle 1), afin d’économiser 150 GWh et jusqu’à 35 millions de tonnes de CO2 d’ici 2020.

La mise en œuvre à grande échelle du programme de réduction des consommations énergétiques des bâtiments prévu par le Grenelle de l’environnement réduira durablement les dépenses énergétiques et les inégalités qui en découlent, améliorera le pouvoir d’achat des ménages et contribuera à la réduction des émissions de CO2.

Afin de généraliser les bâtiments basse consommation d’ici à 2012, la réglementation thermique Grenelle Environnement 2012 prévoit que toutes les constructions neuves devront présenter, en moyenne, une consommation d’énergie primaire (avant transformation et transport) inférieure à 50 kWh/m²/an (contre plus de 150 kWh/m²/an actuellement dans les cas extrêmes). Cet objectif sera atteint en donnant la priorité à la qualité de conception du bâti et à un bouquet énergétique équilibré, faisant une large place aux énergies de sources renouvelables.

Cette nouvelle réglementation permettra donc d’intégrer de façon durable les nouvelles énergies de sources renouvelables. Elle devrait, en toute logique, imposer la montée en puissance des équipements permettant de valoriser ces énergies, mais aussi permettre le développement et la généralisation des produits et équipements énergétiquement très performants ainsi que l’utilisation d’équipements communicants dans une logique d’optimisation et de pilotage, local ou à distance.

Les NTIC seront ainsi l’outil indispensable pour améliorer la gestion de l’énergie dans l’ensemble des bâtiments, maisons, immeubles d’habitation et de bureaux. Déjà progressivement mises en œuvre sur les réseaux publics de distribution intelligents, ou Smart grids, les NTIC introduites sur le réseau d’électricité privé permettront de gérer intelligemment les flux d’énergie, en soutirage et en injection.

Définitions

Le bâtiment intelligent est la technologie de Smart grids appliquée au réseau privé. Il s’agit de mettre de l’intelligence sur le réseau électrique des bâtiments (maison, immeuble d’habitations ou de bureaux) pour faciliter et améliorer la gestion de l’énergie et des appareils électriques sur le réseau.

L’application des NTIC à un bâtiment tertiaire a pour nom la gestion technique des bâtiments (GTB). La GTB est un système informatique généralement installé dans de grands bâtiments ou dans des installations industrielles afin de superviser l’ensemble des systèmes qui y sont installés (alimentations en énergie, éclairage, climatisation, ventilation et chauffage, contrôle d’accès, vidéosurveillance, etc.). L’objectif est d’avoir une vue globale du bâtiment et de savoir ce qu’il s’y passe concernant notamment les états (fonctionnement d’un équipement, position, retour de commande,…), mesures (température, temps de fonctionnement, nombre de pannes,…) et les alarmes (panne, arrêt anormal, mesure dépassant un seuil,…). Un système GTB est constitué de plusieurs automates concentrateurs recueillant les informations des équipements ou des capteurs dans le bâtiment, d’un réseau reliant les concentrateurs au poste de gestion et d’un poste informatique de gestion équipé d’un logiciel de supervision (Supervisory Control and Data Acquisition – SCADA).

Lorsque ces nouvelles technologies sont appliquées à une maison, on parle de domotique. En effet, la domotique est l’ensemble des techniques et technologies (physique du bâtiment, informatique et télécommunications) permettant l’automatisation et l’amélioration des tâches au sein d’une maison, d’un appartement ou d’un ensemble de bureaux. Apparue dans les années 1980, elle vise à apporter des solutions de confort, de gestion et de maîtrise de l’énergie, de sécurité et de communication. Lorsqu’elles sont appliquées à un immeuble, on parle d’immotique.

Il s’agit donc de gérer intelligemment toutes les fonctions électriques de la maison, du chauffage à l’éclairage, en passant par les équipements électroménagers et les systèmes de surveillance. Programmation, communication et intégration sont les maîtres mots de cette gestion intelligente, grâce à l’introduction de l’informatique et des nouvelles technologies.

La maison du futur a ainsi de nombreuses fonctionnalités :

  • amélioration du confort dans la maison (chauffage, climatisation, ventilation, éclairage et volets/stores électriques : il s’agit de gérer les apports naturels en fonction de l’enveloppe thermique du bâtiment) ;
  • aide à la surveillance et sécurité dans le bâtiment ;
  • gestion de la consommation électrique et aide à la réduction de la consommation d’énergie ;
  • amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments ;

Cependant, le concept de bâtiment intelligent ne comprend pas seulement l’automatisation des tâches. En effet, deux évolutions majeures sont apparues sur les réseaux électriques qui auront un impact considérable sur la façon de gérer l’énergie dans le bâtiment : la production décentralisée d’électricité à partir d’énergies de sources renouvelables (éolien, photovoltaïque) et l’introduction du véhicule électrique.

Le bâtiment intelligent se définit donc mieux comme un bâtiment à haute efficacité énergétique, intégrant dans la gestion intelligente du bâtiment les équipements consommateurs, les équipements producteurs et les équipements de stockage de l’électricité, tels que les véhicules électriques. L’efficacité énergétique dépend également des techniques de construction du bâtiment, de l’isolation par exemple. Le concept de bâtiment intelligent correspond à l’intégration de solutions de gestion énergétique dans l’habitat et les bâtiments d’entreprise, notamment pour parvenir à des bâtiments à énergie positive.

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