Bâtiments intelligents et IoT
Dans un monde en constante évolution, l'innovation technologique joue un rôle crucial dans le développement de solutions durables. Les bâtiments intelligents et l'Internet des Objets (IoT) représentent une avancée significative vers une construction plus respectueuse de l'environnement. En intégrant des technologies de pointe, ces bâtiments permettent une gestion optimisée des ressources, réduisant ainsi les coûts énergétiques et l'empreinte carbone.
En 2023, le marché global de l’IoT était évalué à 595,73 milliards USD et devrait atteindre 4 062,34 milliards USD d’ici 2032 avec un taux de croissance composé de 24,3%.
Cet article explore les définitions et principes des bâtiments intelligents et de l'IoT, l'intégration de l’IoT dans le secteur du bâtiment, ainsi que les stratégies du bâtiment intelligent pour un avenir plus durable.
Définitions et Principes
Définition des Bâtiments Intelligents
Selon la Commission Européenne, l'intelligence d'un bâtiment se réfère à sa capacité à détecter, interpréter, communiquer et répondre activement de manière efficace aux conditions changeantes en relation avec le fonctionnement des systèmes techniques du bâtiment, l'environnement externe (y compris les réseaux énergétiques) et les demandes des occupants du bâtiment.
Pour aller au-delà de cette définition, un bâtiment intelligent intègre divers systèmes et technologies de pointe qui permettent une gestion optimisée des ressources et des opérations. Ces systèmes incluent des capteurs (Bosch, Siemens, Schneider Electric), des réseaux de communication (Cisco, Huawei, LoRa Alliance), des algorithmes d'apprentissage automatique et des plateformes d'analyse de données (IBM Watson IoT, Microsoft Azure IoT, Google Cloud IoT) faisant partie du monde de l’IoT. En plus de l'amélioration de l'efficacité énergétique, ces technologies permettent également une meilleure gestion du confort et de la sécurité des occupants.
Définition de l'Internet des Objets (IoT)
L’internet des Objets (IoT) englobe tous les maillons de la production et de l’utilisation des milliards d’objets en réseau comprenant : conception et fabrication des objets connectés, collecte des données, serveurs de stockage privés ou publics, analyse des données des objets et systèmes de transmission. Dans le cadre du bâtiment, on peut définir l’IoT comme un réseau de dispositifs interconnectés qui recueillent et échangent des données en temps réel pour optimiser les opérations du bâtiment, améliorer le confort des occupants, et gérer l'utilisation des ressources de manière efficace. Par exemple, des capteurs IoT peuvent surveiller la consommation d'énergie, détecter les anomalies et ajuster automatiquement les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) pour maximiser l'efficacité énergétique. Le capteur Bosch BME680 par exemple permet de mesurer la qualité de l’air grâce notamment à une détection des composés organiques volatiles (COV), la température, l’humidité et la pression barométrique, ce qui en fait un capteur optimale pour la gestion de la qualité des environnements intérieurs.
Principes de Base
L’évaluation des bâtiments intelligents se fait grâce au SRI (Smart Readiness Indicator), un indicateur du potentiel d'intelligence des bâtiments développé par la Commission Européenne. Cet outil évalue la capacité d’un bâtiment à :
Optimiser son efficacité énergétique : Utilisation de technologies intelligentes pour réduire la consommation d'énergie et minimiser les coûts opérationnels.
S’adapter aux besoins des occupants : Assurer le confort, la santé et le bien-être des occupants grâce à des systèmes intelligents de gestion de l'air, de la lumière et de la température.
Interagir avec les réseaux d’énergie : Offrir une flexibilité énergétique en ajustant la consommation en fonction des signaux du réseau et en intégrant des sources d'énergie renouvelables.
L’utilisation du SRI est soutenue par des initiatives et des projets pilotes dans plusieurs pays européens pour promouvoir l'adoption des technologies de bâtiment intelligent. Il définit bien les principes de base du bâtiment intelligent qui doit s’adapter à son environnement et ces occupants de la manière la plus efficace possible.
Intégration de l'IoT dans les Bâtiments Intelligents
Aujourd’hui, les technologies de l’IoT sont présentes et intégrées partout dans notre quotidien et sont devenues indissociables des bâtiments intelligents. Nous profitons de ces technologies sans même nous en rendre compte. Il est devenu normal d’appuyer sur un bouton ou de regarder un écran pour obtenir l’action ou l’information désirée, ou de voir notre environnement intérieur s’adapter automatiquement aux conditions d'éclairage, de chauffage ou autres.
L'intégration des systèmes IoT dans les bâtiments intelligents est un processus complexe qui inclut l'installation de capteurs, de réseaux de communication et de systèmes de gestion avancés. Ces technologies permettent de collecter et d'analyser des données en temps réel, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle. L'intelligence artificielle (IA) joue également un rôle crucial dans l'analyse de ces données et l'optimisation des processus. Selon une étude d'IBM, l’implémentation avancée des technologies IoT et IA dans les bâtiments a aidé à réduire la consommation d’énergie de 40 % et les coûts opérationnels de 10 à 30%. Un rapport de Deloitte indique que l’implémentation de technologies intelligentes via l’IoT a entraîné une économie d’énergie de 70% en 3 ans.
Installation de capteurs :
Les capteurs IoT sont installés pour surveiller divers paramètres comme la consommation d'énergie, la qualité de l'air, la température et l'humidité ou encore contrôler la sécurité du bâtiment. Ces capteurs fournissent des données en temps réel essentielles pour la gestion technique du bâtiment (GTB). Ils permettent par exemple de :
Surveiller la Consommation d'Énergie : Identifier les pics de consommation et optimiser l'utilisation des équipements.
Améliorer la Qualité de l'Air : Détecter les niveaux de CO2 et ajuster les systèmes de ventilation pour garantir un environnement sain.
Réguler la Température et l'Humidité : Assurer un confort optimal pour les occupants tout en réduisant la consommation d'énergie.
Pour en savoir plus sur la GTB, rendez-vous sur la page dédiée ici.
Analyse des Données :
L’analyse des données est le cerveau du bâtiment intelligent, une fois les informations collectées elles doivent être traitées pour pouvoir faire les meilleurs choix pour améliorer répondre et anticiper les besoins et le confort des occupants, l’efficacité énergétique, la réponse à la demande et autres paramètres. Les systèmes de GTB et les algorithmes d’IA analysent les données collectées pour détecter des motifs, prévoir des anomalies et recommander des actions optimales. Par exemple, l'IA peut prédire les besoins en chauffage ou en climatisation en fonction des prévisions météorologiques et des habitudes d'utilisation. Les avantages de l'analyse par l'IA incluent :
Détection Prédictive des Pannes : Identifier les anomalies avant qu'elles ne deviennent des problèmes majeurs, réduisant ainsi les coûts de maintenance.
Optimisation des Systèmes Énergétiques : Ajuster automatiquement les systèmes pour maximiser l'efficacité énergétique.
Gestion de l'Occupation : Analyser les schémas d'occupation pour optimiser l'utilisation des espaces et des ressources.
Un exemple de l’utilisation de l’IA dans le bâtiment intelligent est l'entreprise britannique Grid Edge avec le développement du système Flex2X qui utilise des algorithmes d’IA pour optimiser la gestion d’énergie dans les bâtiments commerciaux. Flex2X utilise des algorithmes d'IA pour prévoir la consommation énergétique du bâtiment 24 heures à l'avance en se basant sur les données historiques et actuelles. Le système ajuste ensuite l'utilisation de l'énergie en fonction du coût et de l'intensité carbone de l'électricité disponible en temps réel. Par exemple, il peut décider d'augmenter ou de réduire la charge électrique du bâtiment en fonction des prix de l'électricité ou de sa composition en sources renouvelables, transformant ainsi le profil de charge du bâtiment en une charge flexible. Ce système à permis une réduction des coûts énergétiques sur site de plus de 10% par an et une réduction des émissions de carbone estimée jusqu’à 40%.
Réseau de Communication
Des réseaux robustes et sécurisés sont nécessaires pour assurer la transmission des données entre les capteurs, les systèmes de gestion et autres dispositifs. Les réseaux sans fil comme le Wi-Fi, le Zigbee ou le LoRaWAN sont couramment utilisés pour garantir une communication fiable et sécurisée. Ces réseaux permettent :
Transmission de Données en Temps Réel : Assurer que les informations des capteurs sont disponibles instantanément pour une prise de décision rapide.
Sécurité des Données : Protéger les données sensibles des occupants et des opérations du bâtiment contre les cyberattaques.
Évolutivité : Permettre l'ajout de nouveaux dispositifs sans nécessiter de modifications majeures de l'infrastructure existante.
Stratégies du Bâtiment Intelligent
Après avoir exploré l'intégration de l'IoT comme outil aux bâtiments intelligents, nous allons nous concentrer sur les stratégies intelligentes mettant en place ces outils pour rendre nos constructions plus durables.
Gestion énergétique avancée
La gestion énergétique avancée dans les bâtiments intelligents repose sur l'utilisation de technologies de pointe pour surveiller, contrôler et optimiser la consommation d'énergie :
Systèmes de Gestion de l'Énergie (SGÉ) : Les SGÉ collectent et analysent des données en temps réel provenant de divers capteurs installés dans le bâtiment. Ces systèmes permettent de suivre la consommation énergétique, de détecter les inefficacités et de recommander des actions correctives. Par exemple, le SGÉ de Schneider Electric EcoStruxure ADMS permet de surveiller, gérer et contrôler les systèmes énergétiques en temps réel (chauffage, ventilation, climatisation, éclairage, sécurité, etc.).
Compteurs Intelligents : Les compteurs intelligents fournissent des données précises et en temps réel sur la consommation d'énergie, permettant aux gestionnaires de bâtiments d'identifier les tendances de consommation et de mettre en œuvre des stratégies d'économie d'énergie. Ils facilitent également l'interaction avec les fournisseurs d'énergie pour optimiser la consommation en fonction des tarifs horaires. En France, le compteur Linky installé dans tous les bâtiments et développé par ENEDIS est un compteur intelligent permettant de suivre la consommation électrique en temps réel et transmettre ces informations automatiquement au fournisseur d’énergie permettant une analyse des tendances de consommation et une gestion plus simple des contrats d’énergies et des factures grâce à des relevés précis et réguliers.
Réseaux Électriques Intelligents : Les smart grids permettent une interaction bidirectionnelle entre les bâtiments et le réseau électrique, facilitant ainsi l'intégration des sources d'énergie renouvelables et la gestion de la demande énergétique. Les bâtiments peuvent vendre de l'électricité excédentaire produite par des panneaux solaires au réseau ou bien stocker cette énergie et acheter de l'électricité à des moments où les tarifs sont plus avantageux.
Système | Stratégie | Economies d’énergie |
CVC | Variateur de fréquence | 15-50% sur l’énergie de la pompe ou du moteur |
CVC | Thermostat intelligent | 5-10% CVC |
Charge électriques | Prise intelligente | 50-60% |
Eclairage | Contrôles d’éclairage avancées | 45% |
Eclairage | Gestion intelligente de l’éclairage | 20-30% au-delà des économies des contrôles |
Ombrage | Système d’ombrage automatisé | 21-38% |
Ombrage | Verre intelligent | 20-30% |
Automatisation du bâtiment | GTB | 10-25% pour l’ensemble du bâtiment |
Gestion intelligente de l’eau
La gestion intelligente de l’eau dans les bâtiments intelligents repose sur l’utilisation de technologies avancées pour optimiser l’utilisation de cette ressource précieuse. Les systèmes de gestion de l’eau intègrent des capteurs IoT pour surveiller la consommation d’eau en temps réel, détecter les fuites et mesurer la qualité de l’eau. Par exemple, des capteurs peuvent être placés sur des conduites d’eau pour identifier immédiatement toute anomalie, permettant ainsi de réduire les gaspillages et les coûts associés aux fuites non détectées. En outre, l’optimisation de l’irrigation grâce à des systèmes intelligents utilisant des capteurs de sol et des prévisions météorologiques permet d’adapter l’arrosage des espaces verts aux conditions actuelles, réduisant ainsi la consommation d’eau tout en maintenant des paysages sains. Les systèmes de réutilisation des eaux grises, qui traitent les eaux usées légèrement contaminées des douches et des lavabos pour les réutiliser dans les toilettes ou pour l’irrigation, contribuent également à la réduction de la demande en eau potable. Pour en savoir plus sur l’importance de la gestion de l’eau et les stratégies intelligentes, rendez-vous sur cet article !
Gestion de la qualité de l’environnement intérieur
La gestion de la qualité de l’environnement intérieur est essentielle pour le confort et la santé des occupants des bâtiments intelligents. Les systèmes de ventilation intelligents jouent un rôle clé en ajustant automatiquement les niveaux de ventilation en fonction des concentrations de CO2, de l’humidité et d’autres polluants détectés par les capteurs IoT. Ces systèmes garantissent un apport constant d’air frais tout en optimisant la consommation d’énergie. De plus, les purificateurs d’air intégrés aux systèmes de ventilation éliminent les particules fines, les allergènes et les contaminants, améliorant ainsi la qualité de l’air intérieur. L’installation de capteurs sophistiqués permet de surveiller la présence de polluants tels que les composés organiques volatils (COV), le radon et les particules fines (PM2.5). Ces capteurs permettent de prendre des mesures correctives immédiates, comme l’augmentation de la ventilation ou l’activation des systèmes de purification. Cela garantit un environnement intérieur sain et confortable pour les occupants.
Conclusion
Les bâtiments intelligents, grâce à l'Internet des Objets (IoT), représentent une avancée majeure vers une construction durable et respectueuse de l'environnement. En intégrant des technologies de pointe, ces bâtiments optimisent la gestion de l'énergie, de l'eau et de la qualité de l'air intérieur, réduisant ainsi les coûts et l'empreinte carbone tout en améliorant le confort et la sécurité des occupants. En adoptant ces stratégies, les bâtiments deviennent plus autonomes, éco-responsables et capables de s'adapter aux besoins changeants de leurs occupants.
Vous souhaitez implémenter ce type de stratégie dans votre bâtiment? Contactez-nous !
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