Notre société moderne fait face à une crise sanitaire sans précédente obligeant les États, les entreprises et les citoyens à agir de manière multilatérale pour le bien commun de tous. Une fois sortis de cette crise sanitaire, nous devrons répondre également à des enjeux majeurs qui définiront les décennies à venir : réchauffement climatique, crise énergétique et développement durable. Ces trois challenges ont une problématique commune : l’énergie.

Alors que la démographie humaine et celle des villes ne cessent de croître au point de concentrer à ce jour 55% de la population de la planète, le secteur résidentiel-tertiaire représente à lui seul près de 40% de la consommation énergétique européenne. En France, il est le premier poste de consommation énergétique devant les transports et l’industrie.

Cela s’explique par des infrastructures vieillissantes, une surconsommation parfois inutile, un réseau électrique incapable de conserver l’énergie n’ayant pas été utilisée dans la journée et tout un tas d’autres critères que je me passerai de vous citer pour ne pas vous endormir. 

Ce manque de modernité a donné des idées aux États et aux entreprises pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments et rendre nos bâtiments, quartiers et villes plus intelligentes.

Comment cela est-ce possible ? Tout simplement grâce à la mutualisation de plusieurs technologies comme l’Internet of Things qui permet de faire de rendre nos bâtiments “intelligents” (égalements appelés Smart Buildings). L’IoT permettra également de mieux gérer l’énergie électrique grâce aux Réseau Electriques Intelligents, appelés Smart Grids. Tu te sens perdu ? C’est normal ! Alors reprenons depuis le début. 

L’IoT quésaco?

L’IoT, ou Internet of Things, peut être défini comme un écosystème très large utilisant des objets communicants, des capteurs et des logiciels faisant le pont entre le monde réel et Internet dont le but est d’améliorer notre quotidien en nous proposant une expérience et une interaction différentes avec les objets de tous les jours. 

Les objets connectés peuvent ainsi agir comme des :

  • Capteurs de données et d’informations,
  • Interfaces capables de transmettre des informations,
  • Calculateurs,
  • Actionneurs pouvant agir sur leur environnement.

Les données transmissent par les objets sont ensuite récoltées et traitées sur des serveurs locaux ou externes. Ces données peuvent êtres classées en cinq étapes grâce au concept « Information Value Loop (IVL) » .

  • Créer : utiliser des capteurs pour générer des informations sur un événement ou un état physique.
  • Communiquer : transmettre l’information d’un endroit à un autre.
  • Agréger : rassembler l’information créée à des moments différents ou provenant de sources différentes.
  • Analyser : analyser les données afin de déterminer des descriptions, des prédictions ou des prescriptions d’action.
  • Agir : initier, maintenir ou modifier un événement ou un état physique.
Schéma architecture IVL
Source : Deloitte

Bon et maintenant, qu’on comprend mieux l’intérêt des objets connectés, comment mettre en place un bâtiment intelligent ou Smart Building ?

Les Smart Buildings

Les bâtiments intelligents ou Smart Buildings* sont définis comme des bâtiments à haute efficacité énergétique, intégrant des équipements de consommation, de production et de stockage de l’énergie. 

Les Smart Buildings utilisent les technologies de domotiques et des plateformes IoT (Voyez ça comme un système d’exploitation, qui permet de collecter les flux de données de l’IoT et interagir avec, un peu comme le système iOS ou Android de votre téléphone qui vous permet d’aller sur vos applications). Cela offre une optimisation de la consommation, du confort (température, luminosité…) et de la sécurité des habitants des bâtiments.

Schéma explicatif fonctionnement d’un Smart Building
Source : Intel

Les bâtiments intelligents sont également créateurs d’énergie verte et puisent une partie de leur consommation dans les panneaux photovoltaïques ou les éoliennes installés sur le site du bâtiment. Ces derniers peuvent également intégrer des dispositifs afin de stocker l’énergie produite.

Maintenant qu’on a réussi à rendre le bâtiment intelligent, il ne reste plus qu’à faire de même pour nos réseaux électriques afin d’optimiser au maximum la distribution d’énergie dans les villes. C’est à ce moment qu’entre en jeu les Smart Grids.

Les Smart Grids

La technologie Smart Grid repose sur l’intégration de capteurs aux infrastructures électriques facilitant l’analyse des flux électriques et des niveaux de consommation.

Ils permettent d’interconnecter l’ensemble des infrastructures de production, de transports et de distribution, mais rendent également possible la redistribution de l’énergie électrique créée par les consommateurs comme vous pouvez le voir dans le schéma de la Commission de la régulation de l’énergie.

Les opérateurs du réseau peuvent ainsi réorienter les flux énergétiques en fonction de la demande. Le réseau  peut également prévoir le niveau de production, de consommation et intégrer des énergies renouvelables dans le réseau en fonction de leur production. Enfin, la technologie Smart Grid permet d’améliorer la gestion énergétique des consommateurs en fournissant des informations sur leur consommation dans le but de pouvoir la réguler.

Schéma représentation du fonctionnement des Smart Grids dans le domaine de la production et la distribution d’électricité
Source :  Commission de régulation de l’énergie

Couplés aux Smart Buildings et équipés d’une bonne plateforme IoT, les Smart Grids vous permettront d’obtenir des quartiers et des villes intelligentes à plus grande échelle.

Et concrètement ça donne quoi ?

Prenons un exemple concret avec celui du projet de modernisation de l’Institut Royal de Technologie (RMIT) de Melbourne en Australie. Le projet visait à moderniser les 77 bâtiments des Campus du RMIT et identifier les possibilités d’économies d’énergie et d’eau. 

Ce projet a permis la mise en place : 

  • De 40 000 luminaires LED,
  • D’une installation photovoltaïque afin d’auto générer de l’énergie verte,
  • De chaudières et de refroidisseurs connectés,
  • D’une installation de capteurs afin de suivre la consommation d’énergie des bâtiments,
  • D’une plateforme IoT permettant de gérer l’électricité, la climatisation et le chauffage dans les bâtiments,
  • Ainsi que d’accessoires permettant d’économiser l’eau, récupération des eaux de pluie et amélioration de l’irrigation sur l’ensemble du campus.

Ce projet permet à l’institut Royal de Technologie de faire :

  • 20% d’économie d’eau par an, soit 52 Millions de litres (l’équivalent de 21 piscines olympiques, rien que ça !),
  • Un réduction de consommation électrique 4,4 Millions de kWh par an, soit une économie d’électricité de près de 53%,
  • Ainsi qu’une réduction de son empreinte carbone de près de 34%. 

Une belle performance et ce n’est qu’un des nombreux exemples d’implémentations d’objets connectés ayant permis de réduire drastiquement la consommation énergétique des bâtiments. Cependant, ces performances cachent également une triste réalité quant à leur conception.

Des productions pas très écologiques

Même si l’IoT permet grandement de réduire nos émissions et consommations d’énergie, il faut tout de même souligner le fait que la création d’objets connectés a un impact non négligeable sur l’environnement tout au long du cycle de vie : de l’extraction des matières premières jusqu’à sa fin de vie.

En effet, l’extraction de minerai tels que l’aluminium, le plomb ou l’or et d’autres terres rares nécessaires à leur confection engendre une pollution de l’environnement via l’utilisation de procédés chimiques rejetés dans la nature et générateurs de déchets.

Pour information, l’extraction de 30 grammes d’or génère plus de 80 tonnes de déchets. Il en va de même pour la fabrication de ces objets nécessitant l’utilisation de nombreux produits chimiques, d’acides, de solvants et de métaux lourds ayant un impact négatif sur l’environnement.

L’augmentation du nombre d’objets connectés et leur utilisation va mener à une multiplication du nombre de données à stocker dans les centres de données. Or, ces derniers représentent une part non négligeable de la consommation énergétique mondiale et leur refroidissement constitue la moitié de leur consommation électrique. Gary Cook, représentant de GreenPeace, a souligné dans le Times que : « Si on agrège l’électricité utilisée par les data centers* et les réseaux qui nous connectent à Internet, cela deviendrait le 6ème pays le plus consommateur ».

D’après l’Université des Nations Unies, près de 5 Millions de tonnes de déchets électroniques auraient été produits en 2017 et seulement 35% d’entre eux ont été pris en charge par les filières officielles de collecte et de recyclage. Certains pays tels que : le Pakistan ou bien encore le Nigeria sont devenus des centres de recyclage de déchets électroniques ne disposant pas toujours des infrastructures adéquates pour traiter les déchets dangereux. Les composants sont brûlés à ciel ouvert ou bien encore empilés dans des décharges et créent des impacts environnementaux liés aux éléments toxiques contenus dans ces déchets tels que le plomb, le baryum ou encore le mercure.

Du coup on fait quoi ?

Il est indéniable que les Smart Grid et les Smart Building permettent d’optimiser la gestion énergétique et facilitent l’intégration d’énergies renouvelables. Il faut cependant souligner que l’IoT dans le domaine du bâtiment aide à réduire l’empreinte écologique et augmenter sa durabilité. À l’inverse, la création et l’intégration d’objets connectés est génératrice de déchet. De l’extraction des ressources à la fin de sa durée de vie, ces objets génèrent de nouveaux problèmes environnementaux et sanitaires.

C’est pour cette raison que la mise en place de certaines actions est nécessaire afin de résorber l’ensemble de ces risques. Il faut penser durabilité dès la conception afin de mettre à disposition des produits durables dans le temps. Il faut également rendre les produits interopérables avec d’autres technologies, afin de résorber l’impact lié à sa conception. Enfin, travailler avec des fournisseurs respectant les réglementations en place, permettra d’éviter au maximum l’utilisation de pratiques environnementales et de  produits chimiques interdits. De nombreuses entreprises du domaine ont déjà mis en place ces bonnes pratiques afin de permettre un déploiement massif de cette technologie.

Alors des idées pour améliorer l’IoT ?