Le monde s’oriente de plus en plus vers la numérisation grâce à des technologies telles que la réalité virtuelle, l’informatique périphérique, l’intelligence artificielle (IA), etc. L’utilisation de ces technologies pour fonctionner de manière autonome avec une dépendance humaine minimale est désormais qualifiée « d’intelligente »; les smartphones, les montres connectées et les villes intelligentes en sont quelques exemples courants. Et lorsque l’on parle de villes, la première chose qui vient à l’esprit sont les bâtiments, le besoin le plus essentiel pour tout être humain. Cela crée une demande incessante de ressources pour faire fonctionner les bâtiments aussi longtemps que des personnes y vivent.
Aujourd’hui, avec l’introduction du concept de villes intelligentes, les bâtiments sont considérés comme la principale structure qui doit être numérisée pour devenir intelligente. D’autre part, avec l’expansion rapide de la numérisation et des projets de développement, la demande d’énergie augmente également à un rythme plus rapide. Dans la société moderne, les bâtiments résidentiels et commerciaux sont l’un des domaines les plus énergivores, car ils doivent répondre à des exigences de performance plus complexes que jamais. Dans les pays développés, l’énergie consommée par les seuls bâtiments représente entre 20 et 40 % de l’énergie totale consommée. Cela en fait un contributeur majeur à la production de gaz à effet de serre, à cause desquels le réchauffement de la planète atteint aujourd’hui un niveau alarmant.
En utilisant la numérisation encore une fois, cette fois pour économiser l’énergie, des mesures plus efficaces sur le plan énergétique peuvent être prises dans un bâtiment. Grâce à des technologies telles que l’IoT (Internet des objets) et les sources d’énergie renouvelables, les bâtiments neufs ou existants peuvent être transformés en bâtiments à énergie quasi nulle (NZEB). Ces bâtiments sont capables de produire localement la majeure partie de l’énergie nécessaire en utilisant des sources alternatives, ce qui a un impact moindre ou nul sur l’environnement. Cela crée une gigantesque opportunité pour les économies d’énergie, et différentes approches sont déjà en place. L’IoT est l’une des technologies les plus importantes pour réduire la consommation d’énergie et atteindre les objectifs de développement durable.
Comprendre l’intégration de l’IoT dans les bâtiments
L’objectif premier de tout dispositif IoT est de fournir une connectivité internet sans faille, quel que soit l’endroit où il est déployé. Cela pourrait permettre une interaction transparente entre les gadgets et les appareils dans les espaces intelligents, avec ou sans intervention humaine. La connectivité à Internet devenant facilement accessible, même dans des endroits reculés, ces dispositifs intelligents sont désormais présents partout, qu’il s’agisse de simples capteurs, d’appareils ménagers ou de smartphones. Les bâtiments intelligents sont constitués de nombreux composants qui peuvent être rendus « intelligents » grâce à l’IoT dans le but de réduire la consommation d’énergie et de rendre le bâtiment plus écologique.
Les solutions IoT permettent d’utiliser efficacement l’énergie renouvelable placée dans les bâtiments à l’aide d’algorithmes intelligents et de technologies basées sur le Cloud via Internet. Les utilisateurs bénéficient ainsi d’une certaine souplesse, ce qui contribue au développement de villes intelligentes et durables. Selon la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments (EPBD), le terme « bâtiments intelligents » désigne des bâtiments dont la consommation d’énergie est presque nulle et qui sont équipés de systèmes de capteurs permettant une surveillance intelligente, un contrôle automatisé, des diagnostics, la détection de pannes et une supervision qui réagissent aux facteurs environnementaux et aux demandes des utilisateurs.
Dans les bâtiments se déroulent un nombre indéfini d’opérations qui peuvent être utilisées comme source de collecte de données pour les dispositifs IoT afin d’optimiser et de soutenir les systèmes de gestion de l’énergie des bâtiments. Par exemple, l’utilisation de systèmes de détection et de positionnement des personnes à l’intérieur peut servir à contrôler les conditions d’éclairage, la position des stores des fenêtres et l’ensemble du système de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC). Le voyant WS2812S avec puce de pilotage intégrée de Seeed Technology offre un circuit de pilotage intelligent pour le contrôle de l’éclairage et l’amplification du remodelage du signal.
En outre, la programmation architecturale peut être utilisée pour intégrer des solutions IoT à un stade précoce de la construction. Cela permet d’accroître l’efficacité du projet en réduisant les coûts et en évitant les remaniements qui sont effectués pour les bâtiments existants.
Plan type d’un bâtiment intelligent pour atteindre l’efficacité énergétique (Image : Energies 2022, 15, 5991)
Mesures visant à obtenir un bâtiment économe en énergie
Lors de l’optimisation de l’efficacité énergétique, toutes les étapes du cycle de vie du bâtiment doivent être prises en compte, car l’avenir des bâtiments durables réside dans les données de performance acquises au cours de ces étapes. Chaque type de bâtiment présente des facteurs statiques et dynamiques différents qui affectent la consommation d’énergie et qui peuvent être modélisés sur la base des données collectées. Ce modèle nous permet de quantifier les données et de proposer des stratégies pour atteindre l’efficacité énergétique. En gardant tous ces facteurs à l’esprit, les mesures suivantes peuvent aider à obtenir un bâtiment économe en énergie :
Suivi du bâtiment
Comme il n’existe pas de conception commune pour chaque bâtiment, la collecte de données telles que la consommation d’énergie, les comportements des occupants du bâtiment, l’énergie totale générée par les sources renouvelables installées, etc. devient la première étape vers l’optimisation de la consommation d’énergie. Ces données sont utilisées pour créer des modèles permettant de contrôler les appareils de manière efficace sur le plan énergétique, tout en gardant à l’esprit que le confort des occupants du bâtiment ne doit pas être compromis. Le module sans fil multicapteur MD-42688-P d’InvenSense permet une collecte et une surveillance des données adaptées aux applications IoT.
Système d’automatisation
Avec les dispositifs IoT en place, de nombreuses opérations à l’intérieur du bâtiment peuvent être automatisées à l’aide de capteurs. Des sous-systèmes comme le CVC et l’éclairage peuvent être contrôlés en fonction de la présence des occupants. Même la sécurité du bâtiment peut être améliorée en repérant les comportements indésirables ou la présence non désirée d’une personne dans une zone sécurisée. Le capteur SEN0395 de DFRobot est un de ces produits qui peut détecter la présence humaine dans un rayon de 9 mètres grâce à la technologie du radar à ondes.
Retour d’information et participation des utilisateurs
Le fonctionnement de tous ces systèmes à haut rendement énergétique tourne autour du facteur de confort des occupants ; par conséquent, le retour d’information occasionnel des utilisateurs devient également très important. Cela aide le système à ajuster son fonctionnement en permanence et permet à l’utilisateur d’être une entrée pour les systèmes sous-jacents.
Préparer l’avenir avec des conceptions écoénergétiques
De nombreuses recherches ont déjà été menées pour trouver des concepts susceptibles d’avoir un impact significatif sur la manière dont l’énergie est utilisée à l’intérieur des bâtiments. Les solutions initiales reposaient sur des outils de simulation dotés de capacités variables pour évaluer l’ensemble du cycle de vie d’un bâtiment. Par la suite, à l’aide des mesures d’efficacité énergétique évoquées ci-dessus, des infrastructures sont construites, qui pourraient parfois devenir une contrainte en termes de coût et de difficulté de déploiement. Aujourd’hui, avec les progrès de la technologie de l’IA, celle-ci est considérée comme un moyen de prendre des décisions intelligentes pour résoudre les problèmes susmentionnés. Toutes ces techniques sont les tremplins vers l’avenir des bâtiments intelligents.
