Construction numérique

UNE APPROCHE THÉMATIQUE DES PROJETS DE VILLE INTELLIGENTE

Thématique Bâtiment

L’immobilier doit jouer un rôle majeur dans la réduction de la consommation d’énergie, puisque les bâtiments sont responsables de 40 % de la consommation d’énergie totale en Europe, et de 36 % des émissions de gaz à effet de serre 7.

Les bâtiments font face à des enjeux majeurs pour diminuer leur consommation énergétique dans le neuf et le bâti existant, mais aussi pour produire de l’énergie de manière décentralisée, afin de favoriser une consommation locale. Le cadre bâti est confronté à des défis en termes d’évolution des usages, mais aussi aux évolutions des attentes nécessitant une réversibilité, mixité et flexibilité croissante des bâtiments. Une problématique centrale du cadre bâti réside dans le choix des matériaux utilisés, tout au long du cycle de vie du bâtiment, de la construction à la déconstruction. Ces enjeux impliquent aussi de

nouvelles fonctions pour le bâtiment , notamment en termes d’énergie et de réseaux (voir thématique Énergie et réseaux urbains).

I – Le cadre bâti face au défi énergétique et à l’évolution des usages

Face à ces enjeux, différentes solutions peuvent être mises en place en employant des éléments intelligents. L’efficacité énergétique d’un bâtiment, à la fois passive (emploi de matériaux isolants) et active (gestion de l’énergie, régulation) doit être améliorée. Pour ce faire, l’autoconsommation, peut être utilisée ainsi que l’effacement. Le repositionnement sur le « Building as a Service », proposé par Schneider Electric constitue également une innovation, puisqu’il envisage les immeubles comme une coquille vide, un squelette offrant « un bouquet de services à la carte pour ses occupants ». De plus, l’ économie circulaire peut être source d’opportunités, pour éviter des gaspillages de matériaux et favoriser le recyclage (exemple D). La ville intelligente implique de nouvelles collaborations avec un large spectre d’acteurs, et notamment avec le secteur du numérique (recours au Building Information Modeling), en phase de conception notamment ou des entreprises de réseaux (pilotage de l’énergie).

A – Conception et construction durables

Le déploiement de dispositifs pour la ville intelligente doit être pensé dès la conception des bâtiments, afin d’en améliorer l’efficacité énergétique dès la construction, dans le sillage par exemple des quartiers à énergie positive. Afin de faire face aux défis auxquels sont confrontés les bâtiments, il apparaît indispensable d’intégrer des éléments intelligents pour tous les nouveaux projets, car certains services connectés ne peuvent être installés que s’ils ont été prévus au cours de la construction. Les possibilités en termes d’effacement et d’ auto-consommation, au niveau du bâtiment ou de l’îlot, sont également plus facilement mises en place si elles sont envisagées dès la conception. Toutefois, l’enjeu porte principalement sur l’existant puisque le parc immobilier se renouvelle lentement (environ 2 % par an en France).

Exemple : Lyon Smart Community piloté par le Grand Lyon et NEDO (voir étude de cas Lyon) : projet Hikari premier îlot lyonnais à énergie positive

Le projet Hikari implique la construction d’un îlot mixte à énergie positive avec notamment une production photovoltaïque, et de la cogénération chaleur-électricité à l’huile de colza. L’îlot Hikari inclut un Building Energy Management System pour piloter la gestion de l’énergie. Ce projet est issu d’une coordination franco-japonaise. Une coopération entre cabinets d’architectes français et japonais est mise en place pour la conception du bâtiment. Le savoir-faire en termes de bâtiments est supervisé par Bouygues Immobilier (maîtrise d’ouvrage), assisté par des entreprises lyonnaises et des sociétés de conseil sur l’efficacité énergétique du bâtiment (Manaslu Ing). Toshiba coordonne le système central de production d’énergie, avec l’appui de firmes japonaises pour la domotique. Des entreprises plus spécialisées coordonnent les différentes interventions ponctuelles (Setec concernant l’électricité, Ingélux pour l’éclairage, Tecsol pour le photovoltaïque, et Ijenko pour le home management).

B – Le bâtiment entre mixité et flexibilité des usages

Face aux évolutions des modes de travail, l’immobilier tertiaire doit s’adapter aux nouveaux usages des immeubles de bureaux, qui se réorganisent au profit de modes de travail et d’organisation plus collaboratifs, flexibles et collectifs, comme le flex-desk ou le coworking et le corpoworking.

Exemple : Une entreprise spécialisée dans le partage de bureaux, WeWork

Entreprise américaine, WeWork s’installe en France et propose des espaces de travail selon différentes formules, incluant des bureaux privés à abonnement mensuel, la location de salles de réunion, la location d’un poste de travail fixe ou non au sein d’un espace collectif. Ces locations sans engagement sont accessibles tous les jours 24h/24 et ont vocation à fournir un espace de travail flexible, avec services compris (internet, imprimantes, etc.) et organisation d’événements (happy hours, networking, etc.). L’entreprise propose 139 bureaux dans 34 villes dans le monde entier. Le 3 avril, le premier espace parisien a ouvert rue Lafayette à Paris, prêt à accueillir 2 400 personnes. D’ici fin 2017 d’autres ouvertures sont à prévoir, dont une deuxième à Paris dans le Marais. Outre la flexibilité, WeWork valorise la dimension Communauté.

Ces bâtiments peuvent également offrir une mixité d’activités au sein d’un même immeuble, entre espace résidentiel, de travail et de loisirs, avec différents services (sport, restauration, etc.). Intégrer la possibilité de mutation ou de divers usages du bâtiment dès la conception permet de réduire les coûts d’adaptation au moment de changement d’usage, et d’adapter le bâti aux nouvelles attentes, sans démolition.

Exemple B : Les Grands Voisins dans le XIVe, à Paris : une utilisation temporaire des bâtiments vacants

Les Grands Voisins est un projet qui utilise temporairement l’ancien hôpital Saint- Vincent-de-Paul pour loger des personnes en situation d’urgence, accueillir des porteurs de projets associatifs, solidaires et culturels ainsi que du public extérieur 5 jours par semaine. En 2018 commenceront les travaux pour un futur éco-quartier. Le projet des Grands Voisins propose donc une mixité des usages pour des publics variés. La gestion du site a été confiée à l’association Aurore, spécialisée dans l’hébergement d’urgence et l’accueil de personnes vulnérables. Les associations « Plateau urbain » et « Yes we camp » viennent en appui pour l’accueil des associations, la coordination de l’occupation des lieux et l’animation (organisation d’activités régulières, programmation culturelle, aménagement d’espaces de convivialité, etc.).

C – Objectif rénovation : améliorer l’efficience énergétique et répondre aux nouvelles attentes

La rénovation des bâtiments permet d’améliorer leur efficacité énergétique par l’emploi de matériaux plus isolants et durables mais aussi avec l’implantation d’éléments connectés comme les systèmes de pilotage et de gestion technique des bâtiments. Par ailleurs, une rénovation peut permettre de s’adapter aux nouvelles attentes de ses occupants. Toutefois, les rénovations ont un impact carbone très élevé, notamment lorsqu’elles impliquent une démolition partielle. En effet, il est estimé qu’il faut environ 35 ans pour compenser l’impact carbone d’un chantier de rénovation d’un bâtiment de bureaux grâce à l’amélioration de l’efficacité énergétique selon Maxime Lanquetuit, vice-Président de l’Observatoire de l’immobilier durable (OID) 8. Par conséquent, les acteurs doivent veiller à ce que les coûts (financier et environnemental) de la rénovation ne soient pas supérieurs à ses gains, ce qui requiert notamment un plus grand recours à des matériaux réutilisés ou recyclés.

Exemple : Lyon Smart Community piloté par le Grand Lyon et NEDO (voir étude de cas Lyon) : ConsoTab, une nouvelle approche de la rénovation

Ce projet prévoit l’installation d’un système de suivi des consommations énergétiques sur tablette au sein de la Cité Perrache (275 logements sociaux) qui permet aux locataires de connaître leur consommation en temps réel, afin qu’ils puissent optimiser leur usage, et est ensuite suivi d’une éco-rénovation. Il s’agit d’une coopération pilotée par Grand Lyon Habitat, le bailleur social, assisté par le bureau d’études Matte. L’ingénierie du projet est gérée par la société CSD ingénieurs. Toshiba Tokyo Meter systems fournit les capteurs et le système de gestion.

D – Le cadre bâti et l’économie circulaire : vers des villes sans déchets ?

L’économie circulaire est une économie fonctionnant en boucle, sans notion de déchet, afin de refermer le cycle de vie des biens et services et de faire face à la raréfaction des ressources naturelles. Cela permet une diminution du gaspillage et favorise l’utilisation de ressources locales, notamment des matériaux présents dans les bâtiments précédents détruits ou rénovés. Cette dimension est à prendre en compte par les acteurs dès les phases de conception et construction pour employer des matériaux recyclés et/ou recyclables et réutilisables mais aussi pour anticiper les éventuelles rénovations et démontages du bâtiment.

Exemple : le quartier Buiksloterham à Amsterdam : la mise en place d’une charte de la ville circulaire

Dans ce quartier, ancienne zone industrielle polluée, les habitants se sont fixés pour objectif de n’utiliser que des matériaux recyclés et recyclables. La municipalité vend des terrains à prix modérés aux nouveaux résidents construisant eux-mêmes leur maison selon les principes du développement durable. Le bailleur social de Alliantie construit également avec des matériaux recyclés, avec l’appui de l’entreprise de consulting Metabolic, spécialisée dans les « clean techs ». La ville d’Amsterdam a décidé de mettre en avant ce quartier comme « Livin-gLab », soit un espace d’expérimentation dans le cadre d’une charte de la ville circulaire, qui prévoit 3 500 maisons et 200 000 m2 d’espaces de travail autosuffisants et en matériaux recyclés.

II – Exploitation et gestion des bâtiments : piloter et réutiliser l’énergie

L’« Internet of Things » dans la ville intelligente peut permettre d’améliorer l’exploitation et la gestion des bâtiments, au service de bâtiments plus durables, notamment par des outils de mesures et de gestion de l’énergie.

Une des principales problématiques concerne la sécurisation des réseaux et données afin d’en garantir la fiabilité. Par ailleurs, trouver des acteurs partenaires pour monter un tel projet intelligent est complexe face à l’évolution permanente du secteur.

De plus, les acteurs pouvant intervenir dans l’exploitation des bâtiments étant extrêmement divers, un temps d’apprentissage de la collaboration et de construction d’un langage commun est nécessaire. Cela requiert aussi l’accès à des données fiables. Les collectivités ont donc un rôle à jouer dans l’ouverture des données, pour permettre aux associations et entreprises de développer différentes applications intelligentes (disponibilité de vélos en libre-service, etc.).

A – Mesurer la consommation d’énergie, premier pas de son optimisation

La mesure de la consommation est un préalable à toute stratégie d’optimisation de la consommation énergétique, pour établir une référence et un niveau d’objectif. Pour cela, les bâtiments peuvent intégrer des capteurs, pour mesurer l’utilisation d’énergie selon différents scénarios (saisons, heures de la journée, etc.). Pour cela, une mesure fiable et représentative de l’énergie est nécessaire, comme la courbe de charge par exemple. Grâce à l’analyse des courbes de consommation d’électricité, elle permet de comparer facilement deux périodes de consommation d’électricité afin d’identifier des sources d’économies potentielles. En effet, la mesure permet aux occupants de prendre conscience de leur consommation et de l’améliorer si nécessaire, mais aussi de repérer les éventuels écarts entre prévisions de consommation et consommation effective, et ainsi d’identifier des fuites énergétiques ou problèmes d’utilisation.

Exemple : Deepki, la data au service de l’efficacité énergétique

Deepki collecte et analyse les données existantes des bâtiments (données patrimoniales, techniques, énergétiques) afin d’une part de digitaliser la gestion immobilière et d’autre part, de détecter des économies d’énergies et de charges à l’échelle du parc. Grâce au data-analytics, Deepki propose des plans d’actions concrets de réduction de la consommation d’énergie et aide à fluidifier les processus de gestion immobilière. Les analyses sont effectuées à distance, sans installation de compteurs ou réalisation d’audit.

B – Les nouveaux smart grids : vers un pilotage décentralisé de l’énergie

Les pics de consommation d’énergie surviennent l’hiver, en période de froid, au moment où la production des énergies renouvelables intermittentes (notamment photovoltaïque) est faible (voir thématique Énergie et réseaux urbains). Face à cette dissociation entre pics de consommation et pics de production, mieux gérer la consommation d’électricité est indispensable. Les systèmes de gestion de l’énergie et les smart grids permettent ainsi de diminuer la consommation à un instant donné, via un pilotage directement par les usagers ou par un contrôle centralisé en temps réel. Ces systèmes peuvent prévoir les niveaux de production et de consommation (en combinant données météorologiques, architecturales, énergétiques, etc.) et réorienter les flux énergétiques entre différents bâtiments, favorisant l’intégration d’énergies renouvelables intermittentes. La gestion décentralisée et locale de ces réseaux pourrait être favorisée par la blockchain. Appliquée à la gestion de l’énergie dans l’immobilier, elle permet une gestion décentralisée et automatique de la répartition de l’énergie, et donc pourrait révolutionner le secteur.

Exemple : Brooklyn MicroGrid à New York, les blockchains au service du partage décentralisé d’énergie

Les blockchains sont des bases de données décentralisées qui exécutent des logiciels et qui ne peuvent pas être rétroactivement modifiées, c’est-à-dire qu’elles font office d’intermédiaires de confiance pour une transaction, sans opérateur central. Lorsque les conditions sur lesquelles deux parties d’un contrat se sont accordées sont réunies, alors l’échange a lieu automatiquement selon le protocole défini, en toute transparence. La coopérative énergétique TransActive Grid à Brooklyn a mis au point un smart grid basé sur la blockchain pour rendre possible l’échange local d’énergie solaire. Lorsque les maisons équipées de panneaux solaires n’utilisent pas cette énergie, celle-ci est redirigée vers les autres maisons de la coopérative, permettant donc d’adapter ressources locales et besoins. TransActive Grid regroupe Lo3 Energy pour le domaine des réseaux d’énergie et ConsenSys pour les aspects touchant au Bitcoin.

C – Chauffage, climatisation et eau chaude entre les bâtiments : vers la réutilisation des déperditions thermiques

La gestion de la température au sein des bâtiments est un domaine gourmand en énergie, dans lequel de nombreuses économies sont possibles. En effet, afin de mieux s’adapter aux variations de températures extérieures et de garantir le confort des occupants, le chauffage, la climatisation et l’eau chaude peuvent intégrer des éléments intelligents à la fois pour améliorer leur utilisation mais aussi pour effectuer des économies d’énergie dès leur production. Des dispositifs particulièrement novateurs sont employés dans ce domaine, comme la réutilisation des déperditions thermiques, permettant d’envisager une économie circulaire pour éviter les pertes de chaleur, voir même la thalassothermie à plus grande échelle (voir thématique Énergie et réseaux urbains).

Exemple C : Stimergy et la réutilisation de la chaleur

Stimergy utilise la chaleur produite par les serveurs informatiques pour chauffer l’eau, afin d’éviter le gaspillage de chaleur et d’assurer le refroidissement sans climatisation. Elle propose la création de « chaudières numériques » composées de serveurs informatiques performants d’entreprises pour en recycler la chaleur, au sein de logements collectifs pour le chauffage central ou pour produire de l’eau chaude. Stimergy fait donc office d’interface entre utilisateurs de ressources informatiques (stockage et traitement de la donnée) et gros consommateurs de chaleur, comme les universités pour les douches (gymnase de Lyon 3), les piscines (la Butte-aux-Cailles à Paris), ou les bâtiments résidentiels collectifs (Nantes Métropole Habitat et OPAC 38).

Conclusion : penser l’intégralité du cycle de vie des bâtiments

Les défis auxquels fait face le secteur de l’immobilier dans la ville intelligente amènent les bâtiments à remplir de nouvelles fonctions et à faire intervenir de nouveaux acteurs. Cela concerne particulièrement la production d’énergie (pour favoriser l’auto-consommation ou le recours à une énergie disponible localement), la mixité des usages afin de répondre aux nouvelles attentes des occupants et éviter la vacance ainsi que la conception Building as a service, le bâtiment offrant un bouquet de services à ses locataires.

La ville intelligente amène à considérer le bâtiment dans la durée , car au-delà des questions de réduction des consommations d’énergie en exploitation, envisager le bâti dans tout son cycle de vie est nécessaire. Cela est encouragé par l’économie circulaire (matériaux recyclés et recyclables) et les bâtiments bas carbone. Éviter la déconstruction est également un enjeu majeur au vu de ses conséquences en termes de production de déchets et de gaspillage, et pour cela la question de la réversibilité des bâtiments doit être considérée, afin d’adapter le bâti à l’usage qu’en font ses occupants.

Thématique Énergie et réseaux urbains

Aujourd’hui plus de la moitié de la population mondiale est concentrée dans les villes, représentant les deux-tiers de la demande d’énergie mondiale et 70 % des émissions de gaz à effet de serre 9. De plus, dans l’ Union Européenne la production d’électricité et de chaleur représente 42 % des émissions totales des combustibles brûlés 10. Dans ce contexte, la mise en place d’outils intelligents dans les réseaux urbains est un enjeu central de la décarbonisation des villes. Les principaux objectifs sont d’assurer des réseaux à faibles émissions de carbone, en intégrant des énergies renouvelables, ainsi que de créer des réseaux efficaces, c’est-à-dire permettant la réduction de la consommation et des pertes d’énergie.

I – Les dispositifs intelligents dans la production et le pilotage de l’énergie

Les énergies renouvelables décentralisées permettent de mettre en avant la participation active des citoyens non seulement comme consommateurs mais aussi comme producteurs d’énergie, c’est-à-dire en tant que « prosumers ». Les villes aspirent à réduire les coûts d’électricité et lutter contre la précarité énergétique en se reposant sur un mix entre réseau national et réseaux complémentaires locaux. Un défi majeur est le renforcement du réseau de distribution d’électricité afin d’assurer l’intégration d’énergies renouvelables, notamment intermittentes à l’aide de systèmes blockchains (voir thématique Bâtiments) et de réseaux supportant les flux bidirectionnels.

Les réseaux actuels de distribution d’électricité ne sont pas prévus pour recevoir un flux d’énergie bidirectionnel, crucial pour les énergies intermittentes comme le photovoltaïque, puisque la production locale peut excéder la consommation locale à un instant donné. Les réseaux doivent donc transmettre l’électricité dans un sens opposé. Ces enjeux sont à étudier pour permettre la consommation d’énergie locale intermittente.

A – Vers des réseaux de l’énergie décentralisés et responsables : le photovoltaïque

Le potentiel technique des toitures photovoltaïques solaires est énorme : elles peuvent fournir jusqu’à 32 % des besoins urbains en électricité 11, permettant aux individus de devenir prosumers.

Exemple A : Le projet Solaire d’ici avec Energ’Y Citoyenne

La SAS Energ’Y Citoyennes s’est fixée pour objectif de développer la production d’énergies renouvelables sur le territoire de la métropole grenobloise, grâce à l’investissement participatif citoyen. Son premier projet, Solaire d’ici, ambitionne d’installer des capteurs solaires de production d’électricité photovoltaïque, sur une centaine de toitures de bâtiments publics et privés. Il a été officiellement lancé en septembre 2016 par un collectif citoyen, soutenu par la métropole Grenoble Alpes Métropole, plusieurs communes, Enercoop Rhône-Alpes, l’Agence Locale de l’Énergie et du Climat, et quelques entreprises.

Afin de faciliter l’installation de panneaux photovoltaïques et thermiques, les acteurs mettent en place un cadastre solaire, cartographie d’une ville ou région, permettant de connaître le potentiel de production solaire de chaque bâtiment, comme le fait l’Atelier Parisien d’Urbanisme pour Paris 12. Cette cartographie aide à connaître la rentabilité énergétique et économique du système solaire thermique ou photovoltaïque. Au-delà des toitures solaires, des centrales photovoltaïques au sol sont également déployées.

Exemple : Une route solaire en Normandie

La coopération entre l’entreprise de travaux publics Colas (groupe Bouygues), l’Institut national de l’énergie solaire (INES), le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), l’Université de Savoie et la société Solar Roadways ont permis l’installation d’une route solaire d’environ 1 km dans la commune normande de Tourouvre-au-Perche, dans l’Orne. Les 2 800 m2 de dalles photovoltaïques assurent l’équivalent de l’éclairage public d’une ville de 5 000 habitants.

B – Smart grids et pilotage intelligent : favoriser une appropriation par les citoyens

Les smart grids permettent de mieux coordonner l’offre et la demande d’électricité (voir thématique Bâtiments), pour limiter les coûts financiers et environnementaux, puisque satisfaire une hausse ponctuelle de la demande nécessite parfois le recours à des solutions qui émettent beaucoup de gaz à effet de serre. Ainsi, les smart grids peuvent favoriser la mise en place d’un mix énergétique plus écologique, notamment si elles s’accompagnent d’une prise de conscience des citoyens de leur propre consommation. En effet, ce type de dispositifs intelligents n’atteint pleinement ses objectifs de réduction de la consommation que si les usagers adaptent leur consommation.

Exemple : GreenPlay dote la mesure énergétique d’un but pédagogique

Le projet GreenPlay vise à sensibiliser les citoyens au gaspillage énergétique à travers la mise en place d’une plateforme de suivi des consommations énergétiques en temps réel et le développement d’un serious game. Développé dans trois villes européennes de mars 2015 à février 2018, GreenPlay propose à ses utilisateurs de suivre leur consommation via une plateforme web, ainsi que de nombreux conseils afin d’optimiser l’utilisation des ressources énergétiques. La création de ce projet aura nécessité la coopération de nombreux acteurs, dont le cabinet de conseil en innovation Euroquality, le développeur de serious games Ikasplay, ainsi que l’université de Budapest et l’école d’ingénieurs ESTIA. La PME Egreen, basée à Paris, a également apporté son expertise en sensibilisation citoyenne et économie d’énergie dans les bâtiments.

II – Les réseaux urbains : déchets, éclairage et gestion de la chaleur

Les réseaux urbains sont un socle de base des services d’hygiène et de confort en ville, et sont de ce fait à la fois essentiels et très gourmands en énergie. Ainsi, de nombreux dispositifs se focalisent pour en optimiser à la fois l’usage, l’acheminement mais aussi...

Vous lisez un article de la revue Moniteur n° 5966 du 09/03/2018
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