Les 30 avancées qui ont marqué le bâtiment durable (2/4)

PARTIE 2 : Gestion intelligente et énergies renouvelables pour des bâtiments performants
Dans notre premier volet, nous avons exploré les innovations liées aux matériaux durables et aux outils numériques, des avancées essentielles pour poser les bases d’une construction plus respectueuse de l’environnement. Ce deuxième volet met l’accent sur les technologies et solutions destinées à optimiser la performance énergétique des bâtiments tout au long de leur cycle de vie.
Dans ce deuxième volet, nous aborderons les solutions énergétiques intégrées, telles que les panneaux solaires intégrés au bâtiment et les microgrids, ainsi que des outils favorisant une gestion intelligente des bâtiments, comme les systèmes de gestion énergétique (BEMS) et les capteurs IoT. Enfin, nous explorerons les stratégies de décarbonation des chantiers, incluant l’électrification des équipements et l’adoption de carburants alternatifs.
Ces innovations, regroupées autour de la performance énergétique et de la réduction des impacts environnementaux, façonnent une nouvelle ère dans la conception et l’exploitation des bâtiments durables.
Solutions énergétiques intégrées
Panneaux solaires intégrés au bâtiment (BIPV)
Les panneaux photovoltaïques intégrés au bâtiment (BIPV) représentent une avancée significative dans la conception de bâtiments durables. Contrairement aux systèmes photovoltaïques traditionnels, les BIPV s'intègrent directement aux éléments architecturaux tels que les façades, les toitures et les vitrages, remplissant ainsi des fonctions esthétiques et structurelles tout en produisant de l'énergie renouvelable. Cette intégration permet non seulement de réduire la dépendance aux sources d'énergie fossiles, mais aussi d'améliorer l'efficacité énergétique globale des bâtiments en optimisant l'utilisation de l'espace disponible.
Selon une revue publiée dans Energy and Buildings, les systèmes BIPV offrent des avantages énergétiques notables, notamment en termes de performance thermique et électrique. L'étude souligne que l'intégration de modules photovoltaïques dans l'enveloppe du bâtiment peut améliorer l'isolation thermique, réduire les besoins en climatisation et contribuer à une meilleure gestion de la lumière naturelle. De plus, les avancées technologiques récentes ont permis d'accroître l'efficacité des cellules photovoltaïques intégrées, rendant les BIPV de plus en plus compétitifs par rapport aux solutions photovoltaïques classiques. Cependant, des défis subsistent, notamment en ce qui concerne les coûts initiaux d'installation et la nécessité d'une planification minutieuse pour assurer une intégration harmonieuse tant sur le plan esthétique que fonctionnel. [1]
Microgrids et stockage énergétique
Un microgrid est un réseau électrique local intégrant des sources d’énergie distribuées, des systèmes de stockage et des technologies de gestion intelligente, permettant une alimentation énergétique flexible et optimisée. Ces systèmes maximisent l’autoconsommation et réduisent la dépendance aux réseaux électriques conventionnels en favorisant l’intégration des énergies renouvelables. Ils offrent également une résilience accrue en garantissant un approvisionnement continu en électricité, notamment en cas de coupure du réseau principal. Grâce à des stratégies avancées de contrôle et d’optimisation, les microgrids permettent de mieux gérer la demande énergétique des bâtiments et de réduire les coûts d’exploitation. [2]
Le stockage énergétique joue un rôle central dans cette optimisation en assurant une meilleure utilisation des ressources locales. L’intégration de batteries, notamment lithium-ion, ainsi que de solutions de stockage thermique, permet de stocker l’excès de production renouvelable pour une redistribution lors des pics de consommation. Cette approche améliore la stabilité du réseau local et réduit les pertes liées au transport d’électricité. Toutefois, des défis subsistent, notamment en matière de coût d’investissement initial et de durabilité des batteries sur le long terme. En combinant production renouvelable, stockage et gestion intelligente, les microgrids s’imposent comme une solution efficace pour améliorer la performance énergétique des bâtiments et réduire leur empreinte carbone.
Pompes à chaleur géothermiques
Les pompes à chaleur géothermiques exploitent la température stable du sol pour chauffer et refroidir les bâtiments de manière efficace. En transférant la chaleur entre le sol et l'intérieur du bâtiment, ces systèmes réduisent significativement la consommation d'énergie nécessaire au chauffage et à la climatisation. Cette technologie permet non seulement de diminuer les coûts énergétiques, mais aussi de réduire les émissions de gaz à effet de serre associées aux systèmes de chauffage traditionnels. De plus, les pompes à chaleur géothermiques offrent une durabilité accrue et nécessitent moins d'entretien comparé aux systèmes conventionnels, contribuant ainsi à une meilleure efficacité énergétique globale des bâtiments. [3]
Gestion intelligente des bâtiments
IoT et capteurs intelligents
L’Internet des Objets (IoT) et les capteurs intelligents révolutionnent la gestion énergétique des bâtiments en permettant un suivi en temps réel de la consommation d’énergie. Ces technologies collectent et analysent en continu des données sur l’utilisation des équipements, identifiant les inefficacités et optimisant la performance énergétique. Grâce à ces outils, il devient possible d’automatiser la régulation des systèmes de chauffage, de ventilation et d’éclairage, améliorant ainsi l’efficacité énergétique tout en réduisant les coûts d’exploitation.
Selon une étude publiée dans Sustainability, l’intégration de capteurs IoT dans les bâtiments intelligents permet une réduction significative de la consommation d’énergie en facilitant une meilleure prise de décision basée sur l’analyse des données en temps réel. L’étude souligne que ces technologies favorisent la détection précoce des anomalies et permettent une maintenance prédictive, minimisant ainsi les pertes énergétiques inutiles. Toutefois, des défis persistent, notamment en matière de cybersécurité et de gestion des grandes quantités de données collectées. Malgré ces contraintes, l’IoT s’impose comme un levier essentiel pour optimiser la consommation énergétique des bâtiments et accélérer leur transition vers des pratiques plus durables. [4]
Systèmes de gestion énergétique (BEMS)
Contrairement aux capteurs IoT qui collectent des données en temps réel, les Systèmes de Gestion Énergétique des Bâtiments (BEMS) exploitent ces informations pour optimiser automatiquement la consommation énergétique. En intégrant des algorithmes intelligents, ils ajustent en continu le chauffage, la ventilation ou l’éclairage afin de réduire les pertes d’énergie et d’améliorer le confort des occupants.
Selon une étude publiée dans le World Journal of Advanced Research and Reviews, les BEMS permettent une gestion proactive de l’énergie en analysant les tendances de consommation et en anticipant la demande. Leur efficacité repose sur l’automatisation et l’intelligence artificielle, mais leur adoption reste freinée par des coûts d’investissement et des défis d’interopérabilité. Néanmoins, ils constituent une solution clé pour rendre les bâtiments plus intelligents et durables. [5]
Smart Grids
Un smart grid, ou réseau électrique intelligent, est une infrastructure énergétique qui intègre des technologies numériques et des solutions d'automatisation pour optimiser la distribution et la consommation d’électricité. Contrairement aux réseaux traditionnels, les smart grids permettent une communication bidirectionnelle entre les producteurs et les consommateurs d’énergie, favorisant ainsi une gestion plus flexible et efficace des ressources. Ils facilitent l’intégration des énergies renouvelables, améliorent la stabilité du réseau et optimisent la consommation grâce à des systèmes avancés de contrôle et de gestion de la demande.
Selon une étude publiée dans Energy and Buildings, l’intégration des bâtiments intelligents aux smart grids, à travers plusieurs projets de démonstration en Chine, a permis de réduire la consommation énergétique de plus de 15 % grâce à l’usage combiné d’énergies renouvelables, de systèmes de stockage et de gestion de l’efficacité énergétique. Ces projets montrent également que les smart grids permettent d’améliorer la proportion d’électricité verte utilisée et de contribuer à l’équilibrage du réseau via des stratégies comme le lissage des pics de consommation (peak shaving) et le stockage pendant les périodes de faible demande (valley filling). En plus de réduire les émissions de carbone, ces solutions améliorent le confort et la flexibilité énergétique des bâtiments, confirmant ainsi l’efficacité et la fiabilité des smart grids pour accélérer la transition vers des infrastructures urbaines durables. [6]
Décarbonation des chantiers
Électrification des équipements de chantier
L’électrification des équipements de chantier vise à remplacer les machines fonctionnant aux carburants fossiles par des alternatives électriques afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre et la pollution sonore. Cette transition suit la dynamique d’autres secteurs, notamment celui du transport lourd, où l’électrification des camions et engins industriels progresse pour limiter l’impact environnemental des opérations. En plus de réduire la consommation d’énergies fossiles, cette transformation permet d’optimiser l’efficacité énergétique, de limiter les nuisances sonores sur les chantiers urbains et d’améliorer les conditions de travail des opérateurs.
Selon une étude publiée dans Applied Energy, l’électrification des poids lourds en Californie montre que les véhicules de classe 2B-7 pourraient assurer entre 62 et 76 % des trajets grâce aux technologies actuelles, tandis que les camions de classe 8 nécessitent encore des avancées pour une adoption généralisée. Ces résultats sont particulièrement pertinents pour le secteur de la construction, où l’utilisation de pelleteuses, grues et autres engins électriques pourraient offrir des bénéfices similaires. L’adoption progressive de batteries haute capacité et de solutions de recharge adaptées aux cycles d’utilisation des machines de chantier permettra de surmonter les défis actuels. Cette approche constitue un levier essentiel pour réduire l’empreinte carbone des chantiers et aligner le secteur avec les objectifs de décarbonation. [7]
Carburants alternatifs
Face aux défis environnementaux, l’utilisation de carburants alternatifs pour les engins lourds de construction apparaît comme une solution efficace pour limiter les émissions de CO₂ et la pollution atmosphérique. Les biocarburants, l’hydrogène et les carburants synthétiques offrent des performances similaires au diesel tout en réduisant l’impact écologique des chantiers. En complément de l’électrification, ces alternatives permettent d’améliorer l’efficacité énergétique des équipements tout en assurant une transition progressive vers des pratiques plus responsables.
Une étude récente publiée dans Resources, Conservation & Recycling met en avant le potentiel des combustibles dérivés des déchets (Refuse Derived Fuel - RDF) pour substituer partiellement les carburants fossiles dans les secteurs énergivores. Les plastiques et pneus usagés, en raison de leur haute valeur calorifique, pourraient être intégrés dans la production de carburants pour les engins de chantier, favorisant ainsi une économie circulaire. Toutefois, leur utilisation nécessite des technologies avancées de traitement des émissions afin de limiter la pollution. L’étude souligne également que l’association du RDF avec d’autres sources d’énergie renouvelable améliorerait son rendement et sa viabilité économique. Cette approche offre ainsi une piste complémentaire pour décarboner les chantiers et renforcer leur durabilité. [8]
Systèmes autonomes d'éclairage et ventilation
Les systèmes autonomes d’éclairage et de ventilation reposent sur l'utilisation de capteurs intelligents capables d’adapter en temps réel la gestion énergétique des bâtiments. Ces technologies détectent des paramètres tels que la luminosité, la qualité de l’air ou l’occupation des espaces afin de réguler automatiquement l’éclairage et la ventilation. En ajustant ces paramètres en fonction des besoins réels, ces systèmes permettent une réduction significative de la consommation d’énergie, tout en améliorant le confort des occupants.
Selon une étude publiée dans Energy & Buildings, l'implémentation de systèmes de détection et de diagnostic des défauts (AFDD - Automated Fault Detection and Diagnosis) joue un rôle essentiel dans l'amélioration des performances des équipements de CVC (chauffage, ventilation et climatisation). L'analyse des données issues de capteurs avancés permet d’identifier rapidement les dysfonctionnements et d’optimiser l’efficacité des installations. Cependant, l’étude souligne que des défis persistent, notamment en termes de coût initial d’installation et d’intégration avec les systèmes existants. Malgré ces obstacles, ces technologies s’imposent comme un levier essentiel pour atteindre une gestion plus durable et intelligente des bâtiments. [9]
Conclusion
Les innovations abordées dans ce deuxième volet illustrent le rôle central des technologies intelligentes et des énergies renouvelables dans l’évolution du bâtiment durable. Des panneaux solaires intégrés (BIPV) aux microgrids, en passant par les systèmes de gestion énergétique (BEMS) et l’électrification des chantiers, ces solutions contribuent à une meilleure maîtrise de la consommation énergétique et à une réduction significative des émissions carbone. En associant production locale d’énergie, stockage optimisé et gestion automatisée, ces avancées permettent aux bâtiments de devenir plus autonomes, plus performants et plus résilients face aux défis énergétiques de demain.
Mais au-delà de l’efficacité énergétique, la durabilité du secteur repose également sur une approche circulaire des ressources et une intégration harmonieuse de la nature dans le cadre bâti. Dans notre prochain volet, nous explorerons comment l’économie circulaire et les infrastructures vertes transforment la construction. Nous verrons comment les matériaux de réemploi, les quartiers à énergie positive et les certifications ESG façonnent un secteur plus responsable. Enfin, nous nous intéresserons aux innovations technologiques telles que les robots de construction et l’IA prédictive, qui réinventent les méthodes de conception et d’exploitation des bâtiments.
Rendez-vous la semaine prochaine pour découvrir ces stratégies pionnières qui placent la durabilité et l’économie circulaire au cœur du bâtiment du futur.
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[1] Martín-Chivelet, N., Kapsis, K., & Wilson, H. R. (2022). Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) products and systems: A review of energy-related behavior. Energy and Buildings, 262, 111998. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2022.111998.
[2] Fontenot, H., & Dong, B. (2019). Modeling and control of building-integrated microgrids for optimal energy management – A review. Applied Energy, 256, 113572. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.113572.
[3] Cheekatamarla, P., Sharma, V., & Shrestha, S. (2022). Energy-efficient building technologies. In Advanced Nanomaterials and Their Applications in Renewable Energy (pp. 3–33). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-99877-2.00019-9.
[4] Cano-Suñén, E., Martínez, I., Fernández, Á., Zalba, B., & Casas, R. (2023). Internet of Things (IoT) in Buildings: A Learning Factory. Sustainability, 15(16), 12219. https://doi.org/10.3390/su151612219.
[5] Numoipiri Digitemie, W., & Ekemezie, I. O. (2024). A comprehensive review of Building Energy Management Systems (BEMS) for improved efficiency. World Journal of Advanced Research and Reviews, 21(3), 829–841. https://doi.org/10.30574/wjarr.2024.21.3.0746.
[6] Xiaogang Jin, Hengxing Bao, Yuanjun Luo, Xiaofang Wang, Technical research and demonstration projects of the intelligent building for smart grid in China,
Energy and Buildings, Volume 307, 2024, 113987, ISSN 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2024.113987.
[7] Kate Forrest, Michael Mac Kinnon, Brian Tarroja, Scott Samuelsen, Estimating the technical feasibility of fuel cell and battery electric vehicles for the medium and heavy duty sectors in California, Applied Energy, Volume 276, 2020, 115439, ISSN 0306-2619, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115439.
[8] Wan Melissa Diyana Wan Normazlan, Archina Buthiyappan, Farahin Mohd Jais, Abdul Aziz Abdul Raman, Exploring the potential of industrial and municipal wastes for the development of alternative fuel source: A review, Process Safety and Environmental Protection, Volume 194, 2025, Pages 904-926, ISSN 0957-5820, https://doi.org/10.1016/j.psep.2024.11.102.
[9] Kamilla Heimar Andersen, Simon Pommerencke Melgaard, Hicham Johra, Anna Marszal-Pomianowska, Rasmus Lund Jensen, Per Kvols Heiselberg, Barriers and drivers for implementation of automatic fault detection and diagnosis in buildings and HVAC systems: An outlook from industry experts, Energy and Buildings, Volume 303, 2024, 113801, ISSN 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2023.113801.
Written by Mehdi BELAHOUCINE
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