Bâtiment Durable et Énergie Renouvelable

Le secteur résidentiel et tertiaire représente 23% des émissions de gaz à effet de serre françaises. L'industrie du bâtiment se tourne alors de plus en plus vers les énergies renouvelables comme moyen de réduire l'empreinte carbone des constructions et d'améliorer leur efficacité énergétique. Selon une publication du Panorama de l’électricité renouvelable, les énergies renouvelables couvrent 30% de la consommation électrique française et le secteur du bâtiment couvre 27% de sa consommation par les énergies renouvelables.

Les solutions innovantes en matière d'énergie solaire, éolienne, et géothermique sont désormais à l'avant-garde de la conception des bâtiments durables. Cet article explore comment ces technologies révolutionnent le secteur, tout en jetant un regard sur l'avenir prometteur de l'énergie renouvelable dans le secteur du bâtiment.

Solutions Solaire 

L’énergie solaire se positionne comme un pilier essentiel de la transition énergétique dans le secteur du bâtiment, selon Enedis en 2021 c’est 110 000 foyers qui profitent de production électrique solaire. En 2021, la capacité globale de production d'énergie solaire photovoltaïque a atteint approximativement 714 GW comparé à seulement 40 GW en 2010 selon l’Agence internationale de l’Energie (AIE). Cette nette augmentation marque une tendance mondiale vers des sources d'énergie plus propres et renouvelables.

Principes et technologies :

L'énergie solaire est captée de deux manières principales : le photovoltaïque (PV), qui convertit la lumière solaire en électricité, et le solaire thermique, qui utilise la chaleur du soleil. La technologie PV domine, grâce à sa flexibilité et à son application large, des toits résidentiels aux vastes parcs solaires. Le solaire thermique, bien que moins répandu, joue un rôle crucial dans le chauffage de l'eau et des espaces, ainsi que dans certains processus industriels. 

Avantages et Applications :

Le principal avantage de l'énergie solaire réside dans son abondance et sa disponibilité presque illimitée. Contrairement aux combustibles fossiles, elle n'émet pas de CO2 lors de la production d'électricité, ce qui la rend essentielle pour réduire les émissions globales de gaz à effet de serre. De plus, l'énergie solaire peut être produite localement, réduisant ainsi la dépendance aux importations d'énergie et favorisant la sécurité énergétique.  

En 2020, les systèmes solaires photovoltaïques (PV) résidentiels ont représenté environ 40% de toute la capacité solaire installée dans l'Union Européenne selon Eurostat.

Défis et Solutions : 

Malgré ses nombreux avantages, l'énergie solaire fait face à des défis, notamment en termes de variabilité et de besoin en surfaces importantes. La production d'énergie solaire est directement dépendante des conditions météorologiques et de l'ensoleillement, ce qui peut entraîner des fluctuations dans la production d'électricité. Pour surmonter ce défi, le développement de systèmes de stockage d'énergie plus efficaces et abordables est crucial. De plus, l'innovation continue dans les matériaux photovoltaïques promet d'augmenter l'efficacité des panneaux solaires et de réduire leur impact environnemental, notamment par le recyclage. Aujourd’hui les panneaux PV utilisés ont un rendement situé entre 6% et 24%. L'intégration de l'énergie solaire dans les bâtiments, via les panneaux solaires intégrés aux toitures ou les façades solaires, représente une solution prometteuse pour augmenter la densité de production d'énergie tout en minimisant l'empreinte au sol.

Energie Eolienne

L'énergie éolienne représente une composante essentielle du mixe énergétique mondial. En 2020, la capacité mondiale installée d’énergie éolienne a dépassé 743 GW, marquant une augmentation significative par rapport à la décennie précédente, où elle était estimée à environ 200 GW en 2010 selon le Global Wind Energy Council. Le secteur du bâtiment tire moins profit de cette source qui est majoritairement utilisée à grande échelle cependant elle reste une solution et un axe d’innovation important.

Principes et technologies :

L'énergie éolienne est produite par la conversion de l'énergie cinétique du vent en électricité, grâce à des turbines. Il existe 2 types de production : terrestres et offshore. Dans le secteur du bâtiment, le offshore est très peu voire pas utilisé car il représente les turbines utilisées en mer. Cependant, les turbines peuvent être installées sur les toits ou être intégrées dans la structure même des bâtiments. Ces systèmes, souvent de plus petite taille par rapport à leurs homologues destinés aux parcs éoliens, sont conçus pour exploiter les flux d'air urbains. Ces éoliennes sont généralement d’une puissance inférieure à 10 kW pour être installées principalement en toiture.

Avantages et Applications :

L'intégration de l'énergie éolienne dans le bâtiment offre plusieurs avantages. Comme le solaire,  elle permet de réduire la dépendance au réseau électrique traditionnel et de diminuer les émissions de gaz à effet de serre associées à la consommation énergétique des bâtiments. De plus, dans certaines configurations, elle peut contribuer à l'esthétique architecturale et au profil durable de l'édifice. Dans l’application des solutions éoliennes pour le bâtiment, on peut distinguer 2 types d’éoliennes : HAWT (axe horizontal) et VAWT (axe vertical).  Les éoliennes à axe horizontal offrent de meilleures performances (25% selon une étude comparative universitaire), mais sont plus bruyantes, adaptées à des gammes de vent limitées et difficiles à orienter face au vent. À l'opposé, les éoliennes à axe vertical, plus silencieuses et facilement intégrables sur les bâtiments, montrent des performances inférieures et nécessitent un dispositif de démarrage.

Défis et Solutions :

L’utilisation de l’énergie éolienne dans le bâtiment reste moindre comparé au solaire ou à la géothermie cependant elle reste un axe d’innovation dans le secteur du bâtiment. Son intégration s'accompagne de défis comme la gestion des turbulences du vent, l’impact visuel et sonores des turbines ainsi que le coût initial de l’installation et de maintenance. De plus, comme le solaire, l’éolien est une source d’énergie variable dépendante des conditions météorologiques. Le développement de systèmes de stockage d'énergie plus efficaces et abordables est alors crucial pour surmonter ces défis.

Géothermie

La géothermie, qui signifie littéralement « chaleur de la Terre », est une source d'énergie renouvelable provenant de la chaleur stockée sous la surface terrestre. Cette énergie inépuisable peut être exploitée pour produire de l'électricité, chauffer des bâtiments, et bien d'autres applications. En 2021, la production totale d'énergie géothermique en France a atteint 2,3 TWh, dont la majorité (2,2 TWh) a été utilisée pour la production de chaleur selon les chiffres du gouvernement français. En 2010, la production d’énergie géothermique comptait environ pour 1 TWh.

Principes et technologies :

La géothermie repose sur l'exploitation de la chaleur interne de la Terre. Cette chaleur provient de plusieurs sources, y compris le déclin radioactif des minéraux et le flux thermique résiduel depuis la formation de la planète. Les systèmes géothermiques utilisent des puits forés dans le sol pour accéder à des réservoirs d'eau chaude ou à de la vapeur, qui peuvent ensuite être utilisés pour alimenter des turbines génératrices d'électricité ou pour des applications de chauffage direct. Cependant, les systèmes de géothermie peuvent aussi produire du froid et du frais en utilisant des pompes à chaleur (PAC) géothermiques réversibles, permettant ainsi une utilisation du sous-sol comme source de froid pour le bâtiment. Cette technologie, connue sous le nom de géocooling, offre une solution particulièrement économique et écologique pour le refroidissement des bâtiments en été. Les puits climatiques représentent une autre approche, utilisant la température relativement stable du sous-sol pour rafraîchir ou préchauffer l'air extérieur introduit dans le bâtiment selon la saison.

Avantages et Applications : 

L'un des principaux avantages de la géothermie est sa faible empreinte carbone par rapport aux combustibles fossiles, contribuant ainsi à la lutte contre le changement climatique. De plus, contrairement à d'autres sources d'énergie renouvelable comme le solaire et l'éolien vu précédemment, la géothermie offre une production d'énergie constante, indépendante des conditions météorologiques. La géothermie trouve également son application dans la production simultanée de chaud et de froid, ce qui est particulièrement adapté au secteur du bâtiment.

Défis et Solutions :

Malgré ses nombreux avantages, la géothermie fait face à des défis. Les coûts initiaux sont élevés notamment pour un forage géothermique sur sondes, les coûts peuvent aller de 2 700€ à 11 000€ pour l'étude, et de 75 à 115€ par mètre linéaire pour le forage d'essai. Les pompes à chaleur peuvent coûter de 195 à 645€ par kW. Ces coûts reflètent l'importance de l'investissement initial dans les projets géothermiques, mais aussi le potentiel d'économies à long terme avec un retour sur investissement moyen de 7 à 8 ans sur le chauffage du bâtiment selon Geo Green.

Conclusion

L'utilisation des énergies renouvelables est non seulement essentielle pour réduire les émissions de gaz à effet de serre mais également bénéfique pour l'efficacité énergétique des bâtiments. Les solutions solaires, éoliennes, et géothermiques offrent des opportunités prometteuses pour l'avenir du secteur du bâtiment. Malgré les défis, notamment les coûts initiaux et la variabilité de la production, les innovations et les politiques de soutien jouent un rôle clé dans l'accélération de leur adoption. 

Pour en savoir plus sur la manière dont vous pouvez intégrer les énergies renouvelables dans vos projets de construction ou de rénovation, contactez-nous dès aujourd'hui !