La maison communicante s’appuie sur l’utilisation de la domotique et du multimédia au sein de l’habitat pour constituer un réseau domestique numérique intelligent. L’amélioration des technologies électriques toujours plus innovantes et la mise au point d’équipements fiables, durables et économes se déclinent en une grande diversité de solutions avec les fabricants d’équipements énergétiques.

Les technologies de l’habitat ont le potentiel pour fournir aux utilisateurs une gamme très riche de services d’éco-efficacité énergétique, allant du suivi des consommations, à leur pilotage, et enfin à la gestion et au pilotage de la production locale (voire du stockage). Ces trois types de services sont synthétisés dans le schéma suivant.

Chaque catégorie de services peut être déclinée de façon plus ou moins détaillée. Mais ces catégories sont également progressives : ainsi, des offres de pilotage peuvent-elles venir compléter des offres d’information/alertes.

Aussi le service le plus riche et complet est-il celui d’optimisation automatisée entre production locale, consommation voire stockage, et qui peut avantageusement être couplé à la gestion de la demande.

1. Services de suivi des consommations

•    Informer le client sur sa consommation globale

Aujourd’hui, grâce aux compteurs évolués, le client peut connaitre sa consommation d’électricité et adapter au mieux ses habitudes de vie en ayant la possibilité de visualiser directement leurs conséquences sur sa facture. Avant, à moins de relever régulièrement son compteur, le client n’avait pas accès à ces informations.

Informer, voire alerter le client sur sa consommation globale d’énergie, ou sur son niveau de puissance instantanée (sa vitesse de consommation), lui permettre de se comparer avec son historique, avec des prévisions individualisées, avec consommateurs similaires (voisinage), etc., et cela à différentes échelles de temps sont les premiers services d’efficacité énergétique. Ils permettent à la fois au client de mieux prendre conscience de sa consommation au jour le jour, et de gérer cette consommation. Toutes les études montrent qu’une meilleure connaissance de leur consommation par les consommateurs permet des économies d’énergie importantes à l’échelle d’un pays.

Cette information peut être donnée au client sur différents supports : site Web, smartphone, tablettes, afficheurs dédiés, ou encore sur un support plus innovant (assistants vocaux, et enceintes connectées, etc.). Plusieurs fournisseurs d’énergie permettent par exemple aux consommateurs d’accéder à leurs factures et leurs consommations en interagissant simplement avec leur assistant personnel à commande vocale.

•    Une consommation détaillée qui donne au client les moyens d’arbitrer

Une information plus détaillée du client sur ses principaux postes de consommation (chauffage électrique, ballon d’eau chaude, climatisation), voire sur l’ensemble de ses appareils peut lui donner davantage de compréhension sur l’origine de ces consommations et donc de moyens de les réduire.

Les clients commencent à savoir que les appareils en veille, et notamment les équipements multimédias, sont responsables d’une part notable de consommation mais n’apprécient pas toujours ce que cela représente dans leur cas et si l’effort supplémentaire pour les supprimer vaut le coup (ou le coût). Cela est valable pour d’autres usages, pour lesquels le client voudra pouvoir arbitrer : l’information détaillée des consommations donne au client les moyens de cet arbitrage.

Cette information détaillée peut être fournie par des moyens variés :

• les équipements eux-mêmes, une fois rendus communicants ;
• des prises gigognes dites intelligentes peuvent permettre de mesurer et de communiquer et/ou afficher la consommation et la puissance électrique de l’appareil qui y est branché. Ces prises permettent également en général d’allumer ou éteindre l’appareil à distance ;
• pour les appareils qui ne sont pas raccordés par l’intermédiaire d’une prise électrique (sur laquelle il serait possible d’installer une prise gigogne), tels les convecteurs électriques, ballons d’eau chaude ou fours électriques, des modules similaires aux prises intelligentes peuvent être placés au tableau électrique ou dans le boîtier de raccordement, sur les départs correspondants, moyennant, cependant, l’intervention d’un électricien ;
• extraire cette information détaillée de l’information de consommation globale issue du compteur pourrait permettre d’économiser les coûts de ces installations et équipements supplémentaires. C’est l’objet des travaux de décomposition de la courbe de charge individuelle qui cherchent, par des approches combinant statistique et traitement du signal à donner une valeur approchée des principaux postes de consommation à partir des données de puissance globale.

2. Pilotage et gestion de la consommation des équipements et de la charge

•    La gestion classique du chauffage, de l’eau chaude sanitaire

Le chauffage électrique et l’eau chaude sanitaire, qui sont les deux principaux postes de consommation d’électricité des clients qui en sont équipés et qui ont un rôle important dans l’équilibre du système électrique français, ont été l’objet de dispositifs de pilotage spécifiques. Le relais d’asservissement du ballon d’eau chaude lui-même raccordé au compteur, permet de ne l’autoriser à fonctionner que pendant les périodes les moins chères, par exemple aux heures creuses.

Dans les logements équipés de chauffage électrique, les outils de gestion d’énergie permettent :

• d’équilibrer la charge appelée par l’ensemble des convecteurs, apportant un meilleur confort ;
• d’asservir le niveau de confort aux périodes tarifaires, à la manière du ballon d’eau chaude ;
• de programmer le niveau de fonctionnement selon les présences et absences dans le logement et de gérer les éventuelles dérogations à cette programmation.

•    Le pilotage et la gestion avancée des principaux usages

Automatiser la programmation du chauffage électrique via des capteurs de présence et d’absence ou en captant et mémorisant les habitudes de réglage de confort des clients, a également été investigué dans certains projets de recherche et donné lieu à la réalisation de gestionnaires d’énergie prototypes, à programmation automatisée.

Le pilotage d’une pompe à chaleur, par ailleurs, offre des opportunités analogues et même plus étendues, grâce à l’adjonction d’un ballon d’eau chaude de stockage. La mise en route de la pompe à chaleur peut alors être différée par rapport au besoin de chauffage du logement, de façon à la faire fonctionner en dehors des périodes de pointe ou encore aux périodes de la journée où les conditions de température sont optimales pour ses performances.

Des dispositifs d’automatisation pourraient aussi équiper les systèmes de climatisation, de plus en plus répandus en France. Cependant, le pilotage du confort d’été peut et doit même être fait de façon plus évoluée que par un simple pilotage de climatisation, en agissant également sur :

• les stores ou volets, pour empêcher le rayonnement direct dans les pièces ;
• la ventilation, de préférence naturelle via le pilotage des ouvrants, ou forcée.

Les critères de pilotage et de confort ne se résument pas non plus à la seule température, mais doivent prendre en compte l’intensité et l’orientation du rayonnement solaire, l’humidité intérieure, la luminosité intérieure, la présence ou absence d’occupants dans les pièces.
Enfin, la recharge du véhicule électrique ou hybride rechargeable, est également amenée à jouer un rôle important et à donner lieu à pilotage en particulier pour permettre au client de bénéficier d’heures creuses, ou encore gérer la concomitance de cette recharge avec d’autres usages ou avec la disponibilité de production locale d’énergie. Dans l’habitat collectif par exemple, les gestionnaires de recharge pilotent la recharge des grappes de VE pour réduire la facture. Pour cela, les VE sont rechargés principalement pendant les heures creuses et tous les VE ne sont pas chargés simultanément pour optimiser la puissance souscrite.

•    Le pilotage généralisé à tous les équipements

Il devient envisageable d’ajouter un peu plus de communication, d’intelligence ou de commodité dans le pilotage de la plupart des équipements, en vue de réduire la consommation d’énergie ou de mieux la gérer. Ainsi, avec un bouton de commande « Je pars/J’arrive », associé à des équipements communicants ou, à défaut et quand c’est possible, à des prises intelligentes qui les pilotent, c’est l’ensemble des appareils de la maison qui peut s’adapter au fait que le logement soit vide ou occupé : volets, chauffage ou climatisation, comme cité plus haut, mais aussi veille des appareils multimédia, et des appareils de cuisson (plaques, fours, micro-onde)…

Des scénarios plus complexes peuvent être élaborés, en particulier pour mettre en œuvre les fonctions citées plus haut mais l’écueil, parfois caricaturé, de la maison complètement automatisée échappant au contrôle de ses habitants ou préjugeant trop de ses habitudes doit être évité.
Par ailleurs, des fonctions spécifiques de gestion de demande au sein d’appareils électroménagers ont été expérimentées depuis plusieurs années. En cas de situation critique du réseau se traduisant par un abaissement de la fréquence du courant, ces appareils peuvent réduire, voire couper leur consommation quelques minutes : ballon d’eau chaude, mais aussi réfrigérateur, congélateur, ou sèche-linge, dont la résistance se coupe mais dont le tambour continue à tourner pour préserver le linge.

•    Le pilotage de charge et la gestion de la demande

Le pilotage de la charge ou encore gestion de la demande, consiste en un ensemble de gestes visant à transformer la demande d’énergie, soit par pilotage direct sur les usages des clients, soit indirectement via une tarification dynamique incitant le client à réagir. L’objectif est le plus souvent de limiter les pics de consommation pendant les périodes de pointe, mais certains dispositifs permettent de baisser aussi le niveau global de consommation du foyer.

Alors que, jusqu’alors, l’équilibre entre production et demande est presque uniquement assuré par l’ajustement de la production, les évolutions du système électrique pousseront à l’avenir vers plus d’intégration de la demande. Le système énergétique de l’habitat est donc à terme amené à se complexifier, en multipliant les possibilités d’arbitrage, mais aussi à posséder les moyens de communication et de traitement capables d’automatiser son optimisation. Il s’agira de minimiser la consommation, - la facture énergétique du client et son empreinte écologique (émission de gaz à effet de serre), sur la base de tarifs dynamiques amenés à tenir compte de plus en plus du coût réel de production, d’éventuels ordres d’effacement, planifiés ou non, de la production locale d’énergie (ENR) effective et prévue selon les aléas météo, voire du stockage, et enfin des consommations d’énergie et des capacités d’adaptation variables selon les usages.

En France, dans les années 90, les tarifs Tempo et Heures Creuses ont été rendus possibles grâce à l’émergence de technologies de pilotage du chauffage et des ballons d’eau chaude correspondants. De la même manière, le développement des tarifications dynamiques et de la gestion de la demande est rendue possible par l’évolution, la pénétration et la standardisation des Technologies d’Information et de Communication (TIC) dans les équipements de l’habitat en vue d’une gestion d’énergie globalisée.

Des fournisseurs d’énergie et des fournisseurs de services proposent déjà des tarifs innovants pour inciter les consommateurs à déplacer les consommations. Heures creuses weekend, heures creuses un jour par semaine pour les télétravailleurs, heures super creuses pour la recharge des VE : les initiatives sont nombreuses. Certains couplent ces tarifs à des dispositifs de pilotage présentés plus haut pour que l’usage se déclenche au bon moment. Des agrégateurs vont plus loin en pilotant la charge. Pour cela, l’agrégateur connecte des appareils tels que les radiateurs électriques, les ballons d’eau chaude ou les climatisations. En cas de déséquilibre sur le réseau, l’agrégateur met en pause et à distance ces équipements connectés pour réduire leurs consommations, tout en limitant l’impact sur le confort du client. Ces effacements sont agrégés pour répondre à des services aux réseaux. 

3. Services relatifs à la production locale d’énergie

•    Le suivi de production et les alertes

Le déploiement des EnR, en particulier des panneaux photovoltaïques sur l’habitat, peut s’accompagner de services destinés à assurer au client, qui a investi dans son installation, qu’elle fonctionne à son optimum. En France, beaucoup de production PV est aujourd’hui entièrement revendue à un fournisseur ; un éventuel dysfonctionnement de l’installation altérant cette production peut passer inaperçu de son propriétaire. Les causes peuvent être diverses : défaut des équipements (panneaux, onduleurs, etc.), défaut d’installation, défaut d’entretien (encrassage, feuilles mortes, etc.), problème lié à l’environnement des panneaux (ombre portée des arbres environnants, etc.).

Un suivi quotidien de la production, mis en regard de la production attendue compte tenu des conditions d’ensoleillement ainsi que l’émission d’alertes automatiques en cas d’écart important et identifiant la cause possible du dysfonctionnement sont donc des services très liés à la fourniture de l’installation. On peut y ajouter la mesure de l’énergie produite, revendue ou, à terme, autoconsommée, et la production automatisée de la facture de revente. 

Les moyens techniques de restitution au client du suivi ou d’alertes sont analogues à ceux du suivi de consommation globale: espace client sur internet, application, SMS ou email pour les alertes. Les informations nécessaires peuvent être issues :

• des différents compteurs de l’installation : compteur de production de l’installation, compteur d’injection sur le réseau ;
• des équipements de l’installation, et notamment de l’onduleur s’il est rendu capable de communiquer et renvoyer ses informations de fonctionnement ;
• de capteurs additionnels, notamment de capteurs solaires ;
• d’informations météo prises sur le Web, ou encore d’informations de production d’installations voisines et mises sur le Web par leur propriétaire, dans l’esprit du site BDPV.

Pour le ballon d’eau chaude solaire, des besoins similaires existent. Les installations étant le plus souvent automatisées et couplées à un appoint électrique, il n’est pas toujours facile, sans un suivi additionnel, de vérifier que l’installation solaire produit ce qui est attendu et que ce n’est pas l’appoint électrique qui fonctionne presque en permanence. Suivi et alertes permettront d’effectuer cette vérification, et aussi d’informer le client sur le stock d’eau chaude disponible sans recours à l’appoint et ainsi de le guider dans son utilisation. Que ce soit pour l’une ou l’autre des installations solaires, les services visant à aider le client ou à le débarrasser des soucis de fonctionnement de son installation peuvent donner lieu à différents modèles d’affaires. Comme évoqué ci-dessus, il peut s’agir de fournir au client des outils qui lui facilitent le suivi. Mais des opérateurs de services peuvent également proposer au client d’effectuer pour eux ce suivi à distance, au sein d’un paquet comprenant les prestations de maintenance périodique, de télédiagnostic et de dépannage ponctuels. 

•    La gestion d’énergie production/consommation

La consommation de l’énergie produite localement peut donner lieu à un certain couplage entre les équipements consommateurs et les équipements producteurs. Ainsi :

• des appareils consommateurs d’eau chaude comme le lave-vaisselle ou le lave-linge pourraient, sinon être directement asservis, du moins tenir compte de la disponibilité de cette eau chaude pour effectuer le lavage et le terminer à l’heure voulue par l’utilisateur ;
• des stockages peuvent aussi être couplés à la production locale d’une installation photovoltaïque pour utiliser l’énergie produite par le PV la nuit par exemple. Ce genre d’équipements se généralise, il est désormais possible de commander des kits à installer soi-même. De manière analogue, la batterie du VE peut être utilisée comme un moyen de stockage local, pour reporter la consommation de l’énergie produite localement. On parle dans ce cas de vehicle-to-home (V2H) ou de vehicle-to-building (V2B).

•    L’optimisation production/consommation

Au-delà du couplage direct à certains usages, la production locale, également appuyée par des moyens de stockage (incluant le véhicule électrique) peut participer à une gestion d’énergie généralisée et optimisée de l’habitat, à la fois pour en réduire le niveau de consommation et pour en gérer la demande.

Elle permet en effet, soit, via la revente, d’apporter au réseau un complément de production d’électricité, soit de moduler la demande du client selon ses propres besoins et ceux du système électrique.

Avec l’émergence des opérations d’autoconsommation collective, dans lesquels des habitats partagent des moyens de production ou de stockage, l’objectif est d’optimiser consommation et production afin de les synchroniser. En pratique, si les membres de l’opération d’autoconsommation souhaitent consommer l’énergie produite localement, il est en effet nécessaire de déplacer sa consommation au moment où les installations produisent.

L’optimisation, la synchronisation et les échanges d’énergies entre les participants peuvent se faire au moyen d’une blockchain. La blockchain permet en effet de contractualiser de manière décentralisée et sécurisée un accord entre deux parties sans l’intervention d'un tiers garant.