Swiss Competence Center for Energy Research Future Energy Efficient Buildings & Districts - Feuille de route recherche et innovation
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Swiss Competence Center for Energy Research Swiss Competence Center for Energy Research Future Energy Efficient Buildings & Districts Feuille de route recherche et innovation Date: 31 mars 2015 © SCCER FEEB&D, Mars 2015
Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research Table des matières INTRODUCTION ........................................................................................................... 4 PT,1,ENVELOPPE,DES,BATIMENT ........................................................................... 7 AP,2,GESTION,DE,L’ENERGIE,DES,BATIMENTS ................................................. 10 AP,3,SYSTEMES,ENERGETIQUES,URBAINS,DECENTRALISES ........................ 13 PT,4,DIFFUSION,SUR,LE,MARCHE,ET,IMPLEMENTATION,DES, TECHNOLOGIES ........................................................................................................ 16 ©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$2$/$18$
Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research
Résumé
En Suisse, le parc immobilier est responsable de près de 50% de la consommation d’énergie finale. Un
chiffre qui, selon les objectifs de la Stratégie énergétique 2050, doit être nettement diminué. En tant
que centre de compétence pour la recherche énergétique centrée sur l’efficacité énergétique des bâ-
timents et des quartiers, le Swiss Competence Center for Energy Research "Future Energy Efficient
Buildings and Districts" (SCCER FEEB&D) s’efforce, en commun avec des partenaires majeurs de
l’industrie et de la science, de trouver des solutions à ce défi.
Pour cela, le SCCER FEEB&D développe de nouveau matériaux, composants, systèmes et concepts qui
doivent permettre de réduire d’un facteur 5 les besoins en énergie du parc immobilier suisse au cours
des prochaines décennies. L’accent des travaux du SCCER FEEB&D porte sur les matériaux isolants
hautement efficaces, les concepts de vitrage modernes, l’utilisation de la lumière du jour, le recours
aux énergies renouvelables et la gestion énergétique efficiente des bâtiments ainsi que leur intégra-
tion dans des réseaux multi-énergie locaux. Pour compléter cette approche globale, des questions
socio-économiques qui découlent de la mise en pratique de ces nouveaux concepts seront étudiées.
La présente Feuille de route Recherche et Innovation décrit les objectifs des quatre paquets de travail
(PT 1–4) Enveloppe des bâtiments, Gestion énergétique des bâtiments, Systèmes énergétiques urbains
décentralisés et Diffusion et implémentation des technologies ainsi que leur contribution aux objectifs
supérieurs de la Stratégie énergétique 2050.
Future%Energy%Efficient%Buildings%and%Districts
PT%3
Systèmes%
PT%2
énergétiques%
urbains%
PT%1 Gestion%de%
décentralisés%
l’énergie%
Enveloppe% dans%les%
SCCER%AP%3
des% bâtiments
bâtiments%
PT%4
Diffusion%sur%le%marché%et%implémentation%
des%technologies%%
Partenaires%de%coopération,%industrie,% etc.
Applications,%projets
©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$3$/$18$Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research
Introduction
La Feuille de route du Swiss Competence Center for Energy Research “Future Energy Efficient Buildings
& Districts" (SCCER FEEB&D) expose la planification stratégique des activités de ce SCCER ces pro-
chaines années pour atteindre les objectifs et les résultats visés. Le cadre de cette feuille de route est
1-2
fixé par la Stratégie énergétique 2050 et la vision du SCCER FEEB&D exposée dans la proposition de
création de ce centre de compétence du 17 mars 2014.
Cette feuille de route a été élaborée lors de plusieurs ateliers de travail auxquels ont participé des
partenaires de l’industrie et de la science. Au besoin, cette feuille de route sera adaptée, ceci avant
tout dès qu’une décision définitive sur la Stratégie énergétique 2050 sera intervenue au niveau poli-
tique.
La Stratégie énergétique 2050 et le parc immobilier suisse
Le tableau 1 donne une vue générale des objectifs de la Stratégie énergétique 2050 pour les bâti-
ments, complétée par l’indication des émissions de CO2 correspondantes. Ces chiffres permettent de
déduire la progression possible du tournant énergétique pour le parc immobilier suisse, représentée
sur la figure 1. Un des éléments clés de la Stratégie énergétique 2050 est l’amélioration de l’efficacité
énergétique, mesurée sous forme des besoins d’énergie rapportés à la surface de référence énergé-
2
tique (in kWh/m ), ainsi qu’une intensité de carbone réduite de l’approvisionnement en énergie ex-
primée en g CO2 eq/kWh. Ces deux grandeurs forment les deux axes du graphique, d’où il ressort clai-
rement combien il est nécessaire d’accélérer le tournant énergétique ces prochaines années pour at-
teindre les objectifs fixés.
Vision et mandat du SCCER FEEB&D
Notre vision est une réduction d’un facteur 5 des besoins énergétiques du parc immobilier suisse au
cours de ces prochaines décennies. Le SCCER FEEB&D crée les conditions pour la réalisation de cette
vision par
•$ le développement de nouveaux matériaux, composants et systèmes pour la réduction des be-
soins énergétiques de bâtiments individuels (paquet de travail PT 1 Enveloppe des bâtiments),
•$ l’optimisation de l’exploitation des bâtiments et l’accroissement de leur efficacité énergétique
grâce au recours aux techniques les plus modernes de gestion prédictives des bâtiments, à
des systèmes d’éclairage autarciques et à l’utilisation du courant continu produit par les ins-
tallations solaires propres des bâtiments (PT 2, Gestion énergétique des bâtiments),
•$ l’évaluation du potentiel de systèmes de distribution d’énergie alternatifs pour accroître
l’utilisation de supports énergétiques produits localement à l’aide de hubs et de réseaux mul-
ti-énergie au niveau des quartiers (PT 3 Systèmes énergétiques urbains décentralisés),
•$ l’évaluation de la viabilité économique des technologies et concepts développés dans les PT
1–3 et l’analyse des facteurs socio-économiques liés à ces nouvelles solutions qui exercent
une action facilitatrice ou freinatrice au niveau des entreprises tout comme au niveau de la
société dans son ensemble. (PT 4 Diffusion et implémentation des technologies).
1
„Die Energieperspektiven für die Schweiz bis 2050“, Prognos, 2012
2
Message relatif au premier paquet de mesures de la Stratégie énergétique 2050,
Conseil fédéral, 2013
©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$4$/$18$Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research
C’est de la nouvelle politique énergétique de la Suisse et des efforts internationaux pour réduire les
émissions des gaz à effet de serre que résulte cette chance unique d’élaborer une stratégie à long
terme pour le renouvellement durable du parc immobilier suisse et d’assurer ainsi pour les décennies
à venir le confort et la sécurité désirables de l’approvisionnement énergétiques. Le mandat du SCCER
FEEB&D est de faire que cette chance se transforme en un capital au bénéfice de l’ensemble de la
société.
1
Tableau 1 Objectifs de la Stratégie énergétique 2050 (scénario «Nouvelle politique énergétique»)
Année 2000 2010 2020 2035 2050
Besoins d’énergie finale [PJ] $ $ $ $ $
Chauffage 270,8 301,5 249,7 165,4 107,9
Eau chaude 44,7 45,7 45,5 41,9 38,6
Eclairage 24,9 26,8 20,6 14,7 11,5
Ventilation, climatisation, énergie auxiliaire techniques
du bâtiment 19,2 22,1 24,4 26,9 37,8
TIC, radio/TV 8,4 10,3 9,9 9,2 8,4
Total [PJ] 368 406,4 350,1 258,1 204,2
2
Surface de référence énergétique [Mio m ] 624 709 799 884 937
Besoins d’énergie totaux par unité de surface énergétique 100% 97,2% 74,3% 49,5% 37%
Emissions de CO2 [Mio t CO2] 25,6 25,6 18,9 10,2 6,0
300
250 2000
2010
Intensité de carbone
[g CO2 eq/kWh]
200
2020
150
2035
100 2050
50
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Efficacité énergétique [kWh/m2]
Figure 1 Courbe possible du tournant énergétique pour le parc immobilier: efficacité énergétique
2
(besoins d’énergie finale en kWh rapportés à la surface de référence énergétique en m )
et intensité de carbone de l’approvisionnement en énergie (besoins d’énergie finale en
CO2 eq/kWh)
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Feuille de route du SCCER FEEB&D
Le SCCER FEEB&D est subdivisé en quatre paquets de travail qui reflètent l’approche stratégique du
SCCER (voir figure 2). Les chapitres qui suivent exposent l’importance de chacun de ces paquets de
travail pour la Stratégie énergétiques 2050 avec une analyse des facteurs facilitateurs ou freinateurs.
En outre, les objectifs quantitatifs et qualitatifs pour la période 2014-2016 sont présentés avec un
aperçu des objectifs pour 2017-2020 et pour la période ultérieure.
Dans la première phase, un accent sera mis sur le développement et la validation de nouvelles solu-
tions dans ces quatre domaines. Dans la deuxième phase, une attention accrue sera portée à
l’implémentation et à l’optimisation. En outre, on procédera à une quantification de la contribution
des nouvelles solutions aux objectifs de la Stratégie énergétique 2050. Les résultats obtenus durant la
première phase déboucheront certainement sur de nouvelles questions pour la recherche qui elles
aussi devront être prises en compte.
Future%Energy%Efficient%Buildings%and%Districts
PT%3
Systèmes%
PT%2
énergétiques%
urbains%
PT%1 Gestion%de%
décentralisés%
l’énergie%
Enveloppe% dans%les%
SCCER%AP%3
des% bâtiments
bâtiments%
PT%4
Diffusion%sur%le%marché%et%implémentation%
des%technologies%%
Partenaires%de%coopération,%industrie,% etc.
Applications,%projets
Figure 2 Structure organisationnelle du SCCER FEEB&D avec ses quatre paquets de travail Enve-
loppe des bâtiments, Gestion énergétique des bâtiments, Systèmes énergétiques urbains
décentralisés et Diffusion et implémentation des technologies.
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PT 1 Enveloppe des bâtiment
Motivation et importance pour la Stratégie énergétique 2050
Les besoins d’énergie totaux pour le chauffage doivent être réduits de 39% par rapport au niveau de
l’année 2000 (voir tableau 1), alors que pour l’éclairage la réduction visée est de 41%. D’où la nécessité
de recourir à des matériaux et des concepts innovateurs possédant de meilleures propriétés pour
l’enveloppe des bâtiments.
Assainissement de l’enveloppe des bâtiments
Au cours des dix dernières années, le législateur a nettement durci les normes d’isolation pour les
bâtiments. Avec les solutions conventionnelles, ces exigences accrues impliquent des épaisseurs
d’isolation plus élevées. Toutefois, les limites imposées par l’épaisseur de l’enveloppe des bâtiments
sont un des obstacles principaux pour un assainissement énergétique, plus particulièrement pour les
bâtiments anciens ou classés monuments historiques. Des matériaux isolants hautement efficaces à
base d’aérogel offrent pour une épaisseur deux fois moindre des propriétés thermiques sensiblement
égales à celles des matériaux isolants conventionnels. Ils permettraient ainsi de réduire les besoins
d’énergie pour le chauffage ou la réfrigération d’un bâtiment tout en conservant son aspect extérieur
et son esthétique
Vitrages dynamiques
Des fenêtres d’un type nouveau avec une régulation dynamique de l’apport thermique du rayonne-
ment solaire peuvent contribuer à une utilisation optimale de l’énergie et de la lumière du jour dans
les bâtiments. Actuellement, sur la grande majorité des fenêtres installées, il n’est pas possible de faire
varier le coefficient de transmission d’énergie globale g, avec de plus une variation comparativement
faible selon l’angle d’incidence du rayonnement, et donc guère de différence entre l’été et l’hiver. Par
contre s’il était possible de faire varier le coefficient g, en été sa réduction permettrait d’éviter une
surchauffe, alors qu’en hiver son augmentation permettrait de tirer largement profit de l’énergie so-
laire en augmentant l’apport de chaleur. Pour l’essentiel, deux approches sont ici possibles: avec des
vitrages d’un type nouveau présentant une transmission de chaleur sélective en fonction de l’angle
d’incidence du rayonnement solaire ou avec le développement de fenêtres «intelligentes commu-
tables». La régulation du coefficient g peut se combiner avec une amélioration de l’utilisation de la
lumière du jour et une protection solaire avec conservation totale de la transparence.
Feuille de route Recherche et Innovation Vue générale du PT 1
Stratégie
Réduction de 63% des besoins d’énergie finale des bâtiments Réduction de 58% des émissions de CO2 des bâtiments
énergétique 2050
Stratégie Doublement du taux d’assainissement Réduction de 39% des besoins d’énergie Bâtiments et quartiers avec bilan zéro
énergétique 2035 à 2% par année de chauffage, 41% pour l’éclairage (net) ou fournisseurs d’énergie
Objectifs de la Production de masse industrielle de Optimisation et aptitude à la
2 e phase nouveaux types d’aéroglels Modules d’assainissement producton de masse de concepts de
(2017-2020) vitrage
Développement de composants Développement d’un vitrage Développement et évaluation d’un
Objectifs de la hautement isolants à base d’aérogels dynamique avec transmission nouveau vitrage électrochrome à
1 e phase avec conductibilité thermique < d’énergie modulable en fonction de corps solide (propriétés optiques,
(2014-2016) 0.015 W/mK et coût de production l’angle d’incidence du rayonnement rendu des couleurs , temps de
< 200 CHF/m3 solaire commutation)
Question pour Comment pouvons-nous produire des matériaux hautement Commnent produire des systèmes de vitrage qui utilisent au maximum
recherche & isolants peu coûteux et adaptés aux concepts architcuraux les le rayonnement solaire en hiver, protègent de la surchauffe été et
innovation plus variés ? réduisent le recours aux source d’éclairage internes?
Facteurs Demande de nouveaux matériaux qui réduisent la consommation d’énergie, accroissent le confort et laissent une liberté maximale dans la
facilitateurs conception architecturale
Facteurs
Coût des matières premières et aptitude à la production de masse des procédés de laboratoire
freinateurs
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Facteurs facilitateurs et facteurs freinateurs
La large utilisation des matériaux isolants hautement efficaces à base d’aérogels est actuellement frei-
née par le coût élevé des aérogels. De nouvelles approches qui pourraient éventuellement abaisser
nettement les coûts de production sont actuellement développées. Il reste cependant encore à vérifier
que ces approches sont aussi adaptées à une production industrielle de masse.
Par le passé, des vitrages possédant des propriétés dynamiques ont déjà été offerts sur le marché
mais ils n’ont pas pu s’y imposer du fait de leur prix et de leur longévité insuffisante. Des approches
radicalement nouvelles, qui ont recours à des nano- et microtechnologies, ouvrent de nouvelles
chances mais il reste encore à les valider et à les rendre aptes à une production industrielle.
La demande de nouveaux matériaux et composants pour l’enveloppe des bâtiments est principale-
ment dictée par la nécessité de réduire la consommation d’énergie des bâtiments. A cela vient
s’ajouter le fait que les utilisateurs, les propriétaires et les architectes recherchent des solutions pour
accroître le confort sans pour autant limiter la liberté de conception des bâtiments.
Objectifs et étapes de la première phase (2014-2016)
Assainissement de l’enveloppe des bâtiments
Une technologie de production monotope (procédé «one-pot») nouvellement développée pour les
aérogels de silice à partir de matières premières bon marché est actuellement testée avec des charges
3
de 20 kg. Ce procédé permet de produire des aérogels présentant une masse volumique de 0.1 kg/m
et une conductibilité thermique < 0.014W/mK. Ces tests sont utilisés pour la caractérisation
d’échantillons alors que simultanément des travaux sont effectués sur une nouvelle méthode de pro-
duction des substances de départ pour les aérogels de silice à partir de matières premières bon mar-
ché.
Pour ce qui est des applications, de nouveaux concepts d’assainissement énergétique, tenant comte
des interactions entre la température et l’humidité ainsi que l’absorption d’eau par capillarité des cré-
pis aérogels, seront développés. A cette fin, une «boîte à outils» pour la modélisation numérique sera
créée et validée. Parallèlement à cela, dans des projets de développement direct (p.ex. CTI), de nou-
veaux produits et systèmes d’assainissement seront développés avec un accent sur les produits de
consistance pâteuse tels que les crépis isolants aérogels ou les bétons aérogels.
Vitrages,dynamiques,et,enveloppes,de,bâtiments,multifonctionnelles,,
La faisabilité du concept d’un vitrage multifonctionnel statique microstructuré permettant le redirec-
tionnement de la lumière du jour et assurant une protection solaire sera démontrée. Dans des travaux
antérieurs, un nouveau concept a déjà été testé dans des simulations et validé pour ce qui est du redi-
rectionnement (pour la lumière du jour, la protection contre l’éblouissement et la transparence). Il
s’agira maintenant de fabriquer des prototypes. Pour la validation et des études ultérieures, les résul-
tats fournis par les outils de simulation seront comparés avec les données de mesure des prototypes.
Ces outils de simulation seront aussi utilisés pour l’évaluation des performances des variantes propo-
sées.
Pour les fenêtres électrochromes, dans une première phase l’objectif est de produire un dispositif
électrochrome solide. Pour cela, un nanocomposite multicouche formé de matériaux électrochromes
et de conducteurs d’ions solides sera développé. Ses propriétés optiques, telles que la transmission à
l’état opaque ou transparent, l’absorption ainsi que le rendu des couleurs seront étudiés. On détermi-
nera aussi sur un dispositif à petite échelle son comportement et ses performances, tels que la vitesse
de commutation et la consommation de courant pour la commutation.
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Objectifs et étapes de la deuxième phase (2017-2020) et ultérieurement
Assainissement de l’enveloppe des bâtiments
Dans la deuxième phase, dans un projet pilote, l’implémentation du procédé «one-pot» sera élargie à
3
une échelle semi-industrielle avec une capacité d’au minimum 5’000 m d’aérogel de silice. Parallèle-
ment, des concepts pour l’intégration de processus bon marché de préparation de la silice seront
étudiés afin de proposer une variante de processus préférentielle pour ce projet pilote. Des études de
marché seront effectuées pour le lancement de nouveaux produits aérogels en Suisse. Parallèlement à
cela, les travaux de recherche fondamentale se concentreront sur la poursuite du développement de
procédés chimiques simples pour rendre hydrofuges les produits aérogels et améliorer leurs proprié-
tés par un renforcement approprié de la structure du gel.
Les nouveaux produits et solutions d’assainissement à base d’aérogel seront simultanément testés sur
3
la plateforme NEST et sur d’autres objets de démonstration à visibilité levée. Le développement de
produits se concentrera davantage sur des modules d’assainissement préfabriqués. De plus, une at-
tention particulière sera accordée au développement de technologies d’applications 3D en apportant
la preuve de la faisabilité du concept de l’intégration des matériaux dans la fabrication et la construc-
tion à l’aide de procédé d’impression 3D. Pour cela de nouvelles coopérations actives seront recher-
chées principalement en vue d’une intégration des aérogels dans le NCCR Digital Fabrication.
Vitrages dynamiques
Dans la deuxième phase, on procédera à un ajustement fin de la fonctionnalité des microstructures.
Pour les fenêtres électrochromes, il s’agira d’améliorer encore les caractéristiques de commutabilité et
la durabilité du dispositif. Les procédés de production seront rendus aptes à une fabrication de masse
en étroite collaboration avec l’industrie.
Partenaires
Partenaires scientifiques: Empa, EPFL-LESO
Partenaires industriels: Fixit, Agitec, Flumroc, SwissINSO, BASF Schweiz
3
NEST est une plateforme modulaire de recherche et de démonstration pour les technologies d’avenir de la
construction et des bâtiments qui se trouve au centre du campus Empa-Eawag (http://nest.empa.ch).
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AP 2 Gestion de l’énergie des bâtiments
Motivation et importance de la Stratégie énergétique 2050
La demande d’énergie totale par mètre carré provoquée par l’exploitation des bâtiments (chauffage et
électricité) doit être réduite de moitié d’ici 2035 par rapport à l’année 2000. Dans une première étape,
les besoins d’énergie de base doivent être réduits avec l’accroissement de l’efficacité énergétique de
l’enveloppe des bâtiments. Dans une deuxième étape, il faudra toutefois avoir recours à une gestion
active de l’énergie et à des stratégies de régulation intelligente pour assurer une utilisation optimale
de l’énergie à disposition.
Gestion active de l’énergie des bâtiments: dans les bâtiments modernes, la gestion active de
l’énergie est source de défis et de chances considérables pour ce qui est de l’efficience énergétique et
de la mise à disposition de l’énergie. Les énergies renouvelables ouvrent des options supplémentaires
pour l’approvisionnement en énergie. Et la possibilité d’une gestion coopérative de l’énergie dans des
hubs multi-énergie permet d’optimiser l’utilisation des ressources d’énergie locales et l’offre locale
d’énergie.
Systèmes d’éclairage autarciques: de tes systèmes sont réalisables avec le recours aux technologies
les plus modernes d’utilisation de la lumière du jour associées à des source de lumière à haut rende-
ment lumineux (LED), à des moyens d’éclairage ayant une efficacité énergétique élevée et à des sys-
tèmes de régulation intelligents pour les protections solaires et l’éclairage électrique. Des logiciels
d’éclairage permettent de plus de favoriser leur diffusion pour les usages domestiques.
Intégration des systèmes du bâtiment: Grâce à de nouvelles applications et à une intégration opti-
male, la part des supports énergétiques renouvelables participants à l’approvisionnement en énergie
global des bâtiments peut continuer à augmenter (part qui était déjà de 2,8% pour
l’approvisionnement électrique en 2013). Des solutions esthétiques peuvent assurer que ces nouvelles
technologies rencontrent une large acceptation dans le public, ce qui est favorable à leur promotion
en général.
Feuille de route recherche et innovation Vue générale du PT 2
Stratégie
Réduction de 63% des besoins d’énergie finale des bâtiments Réduction de 58% des émissions de CO2 des bâtiments
énergétique 2050
Bâtiments et quartiers avec bilan Doublement du taux
Stratégie Réduction de 50% des besoins Réduction de 43% -des émission
zéro (net) ou fournisseurs d’assainissement à 2% par
énergétique 2035 d’énergie finale des bâtiments de CO2 des bâtiments
d’énergie année
Objectifs de la
Gestion de l’énergie centrée sur les Systèmes de régulation complexes Implémentation des résultats de la 1e
2 e phase
utilisateurs pour de grandes zones phase dans des projets phares
(2017-2020)
Systèmes de régulation tenant Développement de modules CIGS
Systèmes d’éclairage autarciques en
Objectifs de la compte des variations et des intégrés au bâtiment (BiPV) pour
énergie avec utilisation de la lumière
1 e phase incertitudes sur l’occupation, des façades solaires adaptatives avec
du jour et de la technique
(2014-2016) conditions météorologiques, des raccordement au réseau local de
d’éclairage électrique
coûts et de l’offre des énergies. courant continu
Peut-on mettre en œuvre dans les
Comment peut-on améliorer le bilan
Question pour quartiers des stratégies de régulation Comment améliorer le confort visuel
énergétique net des bâtiments par
recherche & adaptative avec une gestion tout en réduisant simultanément les
des façades participant à la
innovation coopérative de l’énergie dans des besoins d’énergie pour l’éclairage?
production d’énergie?
réseaux multi-énergie?
Facteurs Des directives plus sévères (MoPEC 2014) et de nouveaux développements techniques (internet des objets) ouvrent de nouvelles
facilitateurs possibilités pour l’e xploitation des bâtiments.
Facteurs Le bas prix de l’énergie et l’incertitude sur le potentiel technique et économique des nouvelles technologies empêchent leur pénétration
freinateurs rapide sur le marché.
©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$10$/$18$Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research
Facteurs facilitateurs et facteurs freinateurs
Les prix peu élevés de l’énergie font obstacle à l’introduction des nouvelles technologies qui possè-
dent un potentiel pour contribuer à une utilisation plus efficace de l’énergie et à une intégration op-
timale des énergies renouvelables dans les bâtiments. De plus, du fait de leur complexité, les solutions
techniques actuellement disponibles exigent un haut degré de professionnalité pour leur planification
et leur implémentation. De nouvelles approches plus robustes doivent encore faire la preuve de leur
potentiel technique et économique. L’introduction du «Modèle de prescriptions énergétiques des
cantons» (MoPEC 2014), va provoquer un accroissement important de la demande pour les systèmes
de gestion active de l’énergie pour les bâtiments et pour les possibilités intelligentes de régulation de
l’offre et de la demande d’énergie ainsi que pour l’amélioration du confort au niveau des bâtiments.
Par ailleurs un nombre croissant de composants des bâtiments sont reliés à «l’internet des objet» et
sont en mesure de nous fournir des données en temps réel sur le comportement d’un bâtiment. Ceci
ouvre à nouveau de nouveaux horizons pour une technique de gestion intelligente des bâtiments. Les
consommateurs deviennent de plus en plus ce qu’on appelle des «prosommateurs», qui couvrent une
partie de leurs besoins en énergie par leur propre production et participent simultanément par là au
marché de l’énergie. Ceci demande à nouveau des systèmes de gestion active des bâtiments et aussi
de nouvelle méthode d’intégration des énergies renouvelables dans les bâtiments.
Objectifs et étapes de la première phase (2014-2016)
Gestion,active,de,l’énergie,dans,les,bâtiment,,
La gestion active de l’énergie dans les bâtiments demande des données fiables sur le comportement
des bâtiments et de leurs utilisateurs. Pour les bâtiments, ces données seront recueillies à l’aide de
méthodes semi-automatiques avec lesquelles on établira une «empreinte énergétique» du bâtiment.
A côté de cela, on développera des instruments permettant de déterminer et de prévoir le comporte-
ment des utilisateurs. Ces données permettront à leur tour d’alimenter des systèmes de gestion intel-
ligente des bâtiments qui tiennent en plus compte des prévisions météorologiques, des variations de
la charge du réseau électrique et du prix des énergies. L’architecture des systèmes de gestion doit être
conçue de manière à pouvoir intégrer de nombreux supports énergétiques, et à se connecter à des
hubs et à des réseaux multi-énergie.
Systèmes,d’éclairage,autarciques,en,énergie,,
Le confort visuel est un critère important, en particulier dans les bâtiments commerciaux. Le dévelop-
pement de régulateur d’éclairage à haute plage dynamique pour les protections solaires et l’éclairage
artificiel doivent permettre d’améliorer le confort visuel des utilisateurs des bâtiments. Simultanément
ce genre de système de commande est capable de réduire considérablement la consommation de
2 2
l’électricité pour l’éclairage de 20-30 kWh/m à 5 kWh/m et il deviendra ainsi possible de couvrir ces
besoins restants à l’aide de systèmes photovoltaïques intégrés au bâtiment (BiPV). L’amélioration des
logiciels d’éclairage pourrait améliorer la diffusion des techniques d’éclairage modernes dans les pro-
fessions concernées qui deviendraient ainsi les meilleurs promoteurs d’un éclairage efficace en éner-
gie.
Intégration,des,systèmes,photovoltaïques,dans,les,bâtiments,,
Les modules solaire GIGS à couche mince flexibles à haut rendement ouvrent de nouvelles perspec-
tives pour l’intégration des systèmes photovoltaïques dans les bâtiments (CIGS BiPV). Raison pour
laquelle il faudra développer des outils de simulation pour les systèmes CIGS-BiPV et les façades so-
laires adaptatives (ASF). En plus de cela, on analysera et quantifiera aussi le potentiel de l’utilisation
directe du courant solaire des systèmes BiPV dans des réseaux locaux de distribution de courant con-
tinu.
©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$11$/$18$Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research Objectifs et étapes de la deuxième phase (2017-2020) et ultérieurement Les résultats de la première phase seront mis en pratique dans des projets phares afin de recueillir des informations supplémentaires sur les performances de ces nouvelles approches. De plus, une attention particulière sera accordée aux systèmes de gestion de l’énergie domestique centrés sur les utilisateurs ainsi que sur les stratégies de gestion complexes à l’échelle de quartiers entiers. Les partenaires indus- triels auront rapidement accès aux réalisations issues de ces travaux de recherche pour en accélérer la commercialisation par les moyens appropriés. Partenaires Partenaires scientifiques: EPFL-LESO, ETHZ-IfA, ETHZ-SuAT, HSLU Partenaires industriels: Siemens Building Technologies, Misurio, BKW, BASF Schweiz, Regent Ligh- ting, Relux Informatik, FLISOM, SwissINSO ©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$12$/$18$
Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research
AP 3 Systèmes énergétiques urbains décentralisés
Motivation et importance pour la Stratégie énergétique 2050
L’objectif de la décentralisation de l’approvisionnement en énergie de la Stratégie énergétique 2050
est l’utilisation effective des énergies renouvelables et des ressources de la chaleur perdue locales
ainsi qu’une gestion efficace de l’énergie englobant la production, la distribution, le stockage et la
consommation au niveau de quartiers de tailles diverses. La prise en considération de zones entières
au lieu de bâtiments individuels doit permettre d’accroître l’efficacité énergétique globale en tirant
profit des synergies découlant des différences de comportement entre les bâtiments et par un abais-
sement des coûts d’investissement globaux. Une telle zone ou quartier peut ainsi présenter un bilan
énergétique net égal à zéro ou aussi offrir son énergie excédentaire à la région avoisinante ou à
d’autres systèmes énergétiques décentralisés (SED). L’intégration globale de tels SED dans le système
d’approvisionnement en énergie global devrait entraîner réduction de la demande d’énergie finale et
des émissions de CO2 en Suisse.
Feuille de route recherche et innovation Vue générale du PT 3
Stratégie
Réduction de 63% des besoins d’énergie finale des bâtiments Réduction de 58% des émissions de CO2 des bâtiments
énergétique 2050
Doublement du taux Bâtiments et quartiers avec bilan
Stratégie Réduction de 50% des besoins Réduction de 43% -des émission
d’assainissement à 2% par zéro (net) ou fournisseurs
énergétique 2035 d’énergie finale des bâtiments de CO2 des bâtiments
année d’énergie
Développement de scénarios de transformation pour des installations SED nouvelles ou de projet de post-équipement
Objectifs de la avec divers participants
2 e phase
(2017-2020)
Combinaison de l’aproche SED avec d’autres SCCER Evaluation et diffusion des résultats importants des projets phares
Evaluation sur la base de 3-4 régions modèles communes avec différents types de SED
Objectifs de la
1 e phase Guide de bonne pratique pour les
Base de donnée SIG pour l’aide à la Plateforme de simulation pour la planification
(2014-2016) hubs et les réseaux multi-énergie, y
planification spatiale et à et l’optimisation des SED et pour leur
compris les aspects techniques et
l’implantation des SED comparaison avec les stratégies usuelles
économiques
Quel est le potentiel des énergies Comment planifier, évaluer et Comment maximiser et faire
renouvelables, de la récupération de optimiser les SED selon des aspect connaître les bénéfices économiques,
Question pour écologiques et sociaux des systèmes
chaleur et des ressources locales, et économiques, écologiques et
recherche & énergétiques décentralisés? Quel est
où se situe ce potentiel? Commnet sociaux? Comment se positionnent
innovation le potentiel des SED de différentes
utiliser au mieux les ressources les SED par rapportaux autres
locales ? stratégies énergétiques tailles en Suisse?
Facteurs
Déplacement croissant vers une production décentrlaisée de l’énergie à partir de ressources renouvelables
facilitateurs
Facteurs
Manque de données quantitatives sur le potentiel technique et économique des systèmes énergétiques décentralisés
freinateurs
Facteurs facilitateurs et facteurs freinateurs
Le concept des systèmes d’énergie décentralisés (SED) rencontre actuellement un vif intérêt auprès
des communes. Toutefois les plans de réalisation sont souvent remis à plus tard voire totalement
abandonnés, ceci principalement du fait du manque de connaissances sur la taille idéale et la configu-
ration d’un tel système, des risques financiers et des coûts d’investissement élevés ainsi que des con-
ditions cadres du marché de l’énergie qui favorisent encore un approvisionnement centralisé. La ten-
dance aux petites sources d’énergie décentralisées qui sont la propriété de personnes privées aug-
mente la conscience et le désir d’une autarcie accrue dans les maisons individuelles et dans les quar-
tiers avoisinants. Des normes environnementales plus strictes et la libéralisation du marché de
l’électricité pourraient ouvrir de nouvelles chances pour les SED, particulièrement à la lumière de
l’urbanisation croissante.
©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$13$/$18$Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research Objectifs et étapes de la première phase (2014-2016) Datamining Il est prévu de créer des bases de données géographiques ainsi que des outils géomatiques pour la gestion temporelle et spatiale de l’offre et de la demande d’énergie. De plus, on procédera au déve- loppement de méthodes complexes pour l’exploitation de grandes quantités de données (data mi- ning) sur la demande et les ressources d’énergie avec les outils correspondants pour la saisie, le stock- age et la maintenance des données. Enfin, un systèmes d’information géographiques dynamique (SIG) sera créé comme outil de planification spatiale des SED et servir de base pour leur implantation. Modélisation et simulation Il est prévu de développer une vaste plateforme de simulation multi-modèle ouverte permettant de planifier, évaluer et optimiser différents concepts de SED. Ceci permettra de comparer leurs avantages et désavantages par rapport aux systèmes d’approvisionnement d’énergie existant et aux stratégies de production centralisée d’énergie. Le bilan énergétique et l’offre d’énergie de scénarios SED sélection- nés, incluant des réseaux multi-énergie, seront évalués à l’aide d’exemple génériques et réels. Cette évaluation clarifiera aussi les question de la vulnérabilité, de la robustesse et de la flexibilité de ces systèmes dans l’optique des facteurs facilitateurs et freinateurs exposés dans le PT4. Un calcul du coût du cycle de vie et une analyse du cycle de vie permettront d’évaluer différentes stratégies d’approvisionnement et de les optimiser sur la base de critères économiques et techniques. Directives pour l’aménagement de l’infrastructure énergétique Il est prévu d’établir un guide des bonnes pratiques pour l’intégration des SED dans les projets de nouvelles réalisations et les projets d’assainissement (pour les bâtiments individuels et les quartiers). Ces recommandations tiendront compte aussi bien des aspects techniques que des aspects écono- miques et elles seront étayées par des démonstrations en laboratoire et par des projets phares. L’ensemble du processus de développement, de la planification à l’implémentation de nouveaux con- cepts d’infrastructure doit être harmonisé et rationnalisé. Des documents, outils, installations d’essai et des projets phares doivent permettre un processus de «prototypage» rapide. Objectifs et étapes de la deuxième phase (2017-2020) et ultérieurement L’objectif général de la deuxième phase (2017-2020) sera de consolider les résultats de la première phase avec ceux des autres paquets de travail du SCCER FEEB&D et d’autres SCCER pour développer des scénarios de transformation globaux à l’échelle de sites, de communes et de quartiers de villes. Pour cela les instruments et les méthodes développés seront élargis et affinés sur la base des expé- riences faites et des résultats d’’essais recueillis et analysés avec des partenaires industriels au cours de la première phase. On tiendra également compte des nouvelles connaissances acquises au niveau des bâtiments et des quartiers en ce qui concerne les technologies (communication, commande et stock- age et transformation) et le marché de l’énergie. Les outils de simulation et les guides de bonnes pra- tiques seront intégrés dans des outils globaux d’aide à la planification pour l’industrie. Une évaluation complète et la mise à disposition des principaux résultats sur le thème des systèmes énergétiques urbains décentralisés occuperont une place importante dans cette deuxième phase. Des projets phares serviront à la vérification de concepts globaux et à inciter les principaux acteurs (état, industrie et consommateurs) à appliquer dans d’autres sites, quartiers et villes aussi les concepts dont la faisabi- lité, avec l’analyse de rentabilité qui la sous-tend, est prouvée. ©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$14$/$18$
Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research Partenaires Partenaires scientifiques: HSLU, Empa, EPFL-LESO, UNIGE, ETHZ-BP, ETHZ-SuAT, ETHZ-SusTec, FHNW. Partenaires industriels: SIG, CREM, BSF Swissphoto, Ville de Lausanne (SIL), Sorane, Ams- tein+Walthert, Bonnard et Gardel, Swisspower, Romande Energie, Stadt Zürich (Amt für Hochbauten), EWZ, Regio Energie Solothurn, BKW, energy-on/misurio. ©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$15$/$18$
Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research
PT 4 Diffusion sur le marché et implémentation
des technologies
Motivation et importance pour la Stratégie énergétique 2050
Le PT 4 évalue comment les preneurs de décision de la politique et de l’économie peuvent accélérer le
développement et l’implémentation des technologies du SCCER FEEB&D. Une diffusion et une implé-
mentation rapides des innovations sont décisives pour l’atteinte des objectifs de la Stratégie énergé-
tique 2050. Les PT 1–3 évaluent la contribution potentielle des innovations techniques à la Stratégie
énergétique 2050, telles que celle des matériaux isolants aérogels, de la photovoltaïque intégrée aux
bâtiments (BiPV), des vitrages dynamiques, de la gestion active des bâtiments ou des réseaux multi-
énergie urbains. Simultanément les PT 1–3 doivent déceler les obstacles d’origine non technique tels
que, par exemple, l’incertitude concernant la rentabilité de technologies ou la résistance aux change-
ments des consommateurs, des entreprises et des distributeurs d’énergie qui pourraient notablement
faire obstacle au développement, à la diffusion et à l’implémentation des technologies du SCCER
FEEB&D.
Feuille de route recherche et innovation Vue générale du PT 4
Stratégie
Réduction de 63% des besoins d’énergie finale des bâtiments Réduction de 58% des émissions de CO2 des bâtiments
énergétique 2050
Bâtiments et quartiers avec bilan Doublement du taux
Stratégie Réduction de 50% des besoins Réduction de 43% -des émission
zéro (net) ou fournisseurs d’assainissement à 2% par
énergétique 2035 d’énergie finale des bâtiments de CO2 des bâtiments
d’énergie année
Objectifs de la
Développement de stratégies politique et organisationnelles pour Quantification de la contribution des technologies du SCCER
2 e phase
surmonter les obstacles décelés FEEB&D à l’atteinte des objectifs de la Stratégie énergétique 2050-
(2017-2020)
Objectif de la Détection des facteurs importants pour Détection des facteurs facilitateurs importants pour Evaluation du potentiel d’économie
1 e phase le succès de l’introduction sur le marché l’implémentation des hubs multi-énergie et guides d’énergie théorique et pratique du parc
(2014-2016) d’une technqiue des bâtiiments efficace pour le succès de leur implémentation immobiler suisse
Quelles directives et quelles Comment les réseaux d’e ntreprises et les
Quel est le potentiel réel qu’aurait
Question pour innovations au niveau des entreprises décideurs politiques peuvent surmonter les
une large application des plans
recherche & accélèrent développement et la obstacles technico-économiques et
d’assainissement sur le parc
innovation diffusion des technologies SCCER organisationnels à l’implémentation des
immobilier?
FEEB&D? systèmes énergétiques décentralisés?
Facteurs
Le soutien apporté aux technologies du SCCER FEEB&D par les mesures politiques et les activités de l’économie est important
facilitateurs
Facteurs Les obstacles principaux aux PT 1–3 (p.ex. incertitude pour ce qui est de la rentabilité des technologies, résistance au changement des
freinateurs consommateurs, des entreprises et des fournisseurs d’énergie) ne sont pas de nature technique
Facteurs facilitateurs et facteurs freinateurs
Les facteurs freinateurs à l’introduction des technologies du SCCER FEEB&D comprennent, à côté de
leur coût technologique, des facteurs d’origine non technique (p. ex. incertitude concernant la rentabi-
lité des technologies ou résistance aux changements des consommateur, des entreprises et des distri-
buteurs d’énergie). La tâche du PT 4 est de développer des mesures pour les chercheurs, les chefs
d’entreprises et les preneurs de décision au niveau politique afin de surmonter ces obstacles.
Le soutien apporté par les mesures politiques et les investissements de l’économie sont des facteurs
clés pour l’implémentation des technologies du SCCER FEEB&D. L’accent du PT 4 porte donc sur
l’étude de ces facteurs facilitateurs. Les connaissances ainsi acquises peuvent accélérer la pénétration
©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$16$/$18$Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research sur le marché de ces nouvelles technologies et contribuer ainsi de manière importante à l’atteinte des objectifs de la Stratégie énergétique 2050. Objectifs et étapes de la première phase (2014-2016) Développement,et,diffusion,de,techniques,du,bâtiment,efficaces,, L’objectif est de comprendre la dynamique technologique de techniques du bâtiment efficaces du passé qui est à la base des interdépendances entre les innovations et les acteurs clés qui participent au développement de solutions organisationnelles pour la diffusion de technologies efficaces. Ceci permettra de tirer des conclusions pour les nouvelles technologies évaluées dans les PT 1–3 et d’identifier des possibilités novatrices sur le plan organisationnel qui permettent de promouvoir les développements technologiques au niveau des entreprises. Evaluation,technicoUéconomique,et,mise,en,œuvre,socioUéconomique,des,systèmes, ,multiUénergie,décentralisés,, L’objectif est d’évaluer les performances technico-économiques des SED en tenant compte de déve- loppement dynamiques (p. ex. processus d’apprentissage technologique) et de leur environnement réglementaire. En outre, il s‘agira de mieux comprendre les conditions institutionnelles, techniques, locales et organisationnelles pour la réalisation et l’exploitation des SED. Application,à,large,échelle,de,l’efficacité,énergétique,dans,les,bâtiments,, L’objectif est d’analyser les différences de performances d’un grand nombre de cas d’assainissement de bâtiments dans leurs conditions de gestion et d’utilisation effectives et d’en déterminer les coûts réels ainsi que d’évaluer le potentiel d’économie d’énergie théorique et réel pour le parc immobilier suisse. Objectifs et étapes de la deuxième phase (2017-2020) et ultérieurement Les objectifs de la deuxième phase sont doubles: il s’agit d’une part de combler les lacunes de con- naissance constatées dans la première phase par des efforts de recherche correspondants. D’autre part, les connaissances acquises dans la première phase doivent être généralisées de manière à pou- voir en tirer des recommandations robustes pour une diffusion rapide des technologies du SCCER FEEB&D et de pouvoir quantifier leur contribution potentielle aux objectifs de la stratégie énergétique. Partant des goulets d’étranglement technologiques et des technologies clés nécessaires relevés dans la première phase, il faudra encore mettre à disposition des données plus complètes et plus détaillées pour l’évaluation de la diffusion et de la rentabilité de ces technologies. A partir des connaissances acquises dans la première phase au niveau des entreprises isolées, on testera par la recherche entre- preneuriale la transférabilité des interdépendances des technologies et les exigences d’aptitude au niveau de réseaux d’entreprises. Finalement les possibilités d’évaluation seront élargies avec des guides et des recommandations qui viendront consolider les instruments destinés à l’assainissement énergétique du parc immobilier. Partenaires Partenaires scientifiques: ETHZ-BP, EPFL-LESO, HSLU, Empa, NFP-IMES, SCCER-CREST Partenaires industriels: EWZ, SIG, BASF, Flumroc, Fixit, Amstein+Walthert, Regio Energie Solothurn ©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$17$/$18$
Swiss$Competence$Center$for$Energy$Research L’équipe du SCCER FEEB&D lors de sa Peak Session 2015 (janvier 2015, Reka Solar-Feriendorf, Blatten- Belalp VS) ©$SCCER$FEEB&D,$Mars$2015$ $ Page$18$/$18$
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