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Présentation d'un système de chauffage/climatisation bas carbone - Visioconférence avec Pierre Trémolières, Président et Co-fondateur d'ACCENTA, le 17 mai 2021

Le résidentiel-tertiaire est le secteur le plus consommateur d'énergie et le deuxième le plus émetteur de gaz à effet de serre en France. Il est une priorité dans la lutte contre le réchauffement climatique et un objectif majeur de la Stratégie Nationale Bas Carbone (SNBC).

 

Présentation d'un système de chauffage/climatisation BAS CARBONE
associant le stockage géothermique inter-saisonnier avec l'Intelligence Artificielle et le Machine Learning

Visioconférence avec Pierre Trémolières, Président et Co-fondateur d'ACCENTA, le 17 mai 2021

Le contexte et les leviers de décarbonation des bâtiments

La transition énergétique ne sera pas possible sans une réduction drastique des émissions de CO2, au moment de la construction du bâtiment, mais également lors de son exploitation durant laquelle la fonction thermique (chauffage / climatisation) représente à elle seule près de 75 % des émissions de CO2.

En Europe, le plan « Nearly zero-energy buildings » oblige les 27 pays européens à améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments. Il se traduit en France par la SNBC, la RE2020 qui remplacera l'actuelle Réglementation Thermique 2012 (RT2012), le décret tertiaire1 qui fixe des objectifs de réduction ambitieux pour des bâtiments à usage tertiaire de surface supérieure à 1000 m² (-60 % de consommation énergétique en 2050), et le décret BACS (Building automation & control systems)2 qui impose aux bâtiments tertiaires de s'équiper de systèmes d'automatisation et de contrôle d'ici 2025.

De nouvelles contraintes légale sont mises en place à travers le monde. Par exemple, la Chine s'est engagée, dans le cadre des accords des Paris, à un plan de neutralité carbone d'ici 2060, qui impose aux entreprises, au-delà d'une certaine taille, d'autoproduire 15 % de l'énergie qu'ils consomment.

Les entreprises jouent un rôle majeur dans les stratégies d'amélioration de l'efficacité énergétique des bâtiments. La plupart des entreprises du CAC 40 ont mis en place ou travaillé sur l'élaboration d'un plan de neutralité carbone.

Ce contexte a favorisé le développement d'un marché de la décarbonation du bâtiment, qui a l'avantage de s'autofinancer en partie à travers les économies réalisées sur la consommation énergétique.

La technologie mise au point par ACCENTA

ACCENTA est une entreprise fondée en 2016 dans le but de mettre les algorithmes et l'intelligence artificielle au service de la production, du stockage et de la consommation d'énergie dans les bâtiments. L'équipe compte 43 personnes, parmi lesquelles de nombreux spécialistes de l'intelligence artificielle et du machine learning.

ACENTA a mis au point une technologie pour concevoir et exploiter un système de chauffage/climatisation bas carbone permettant de réduire de 60 à 80 % la consommation d'énergie et les émissions de carbone du bâtiment.

Une installation bas carbone étant plus coûteuse qu'une chaudière classique, il est primordial de dimensionner et optimiser les équipements en fonction de la configuration et de l'usage du bâtiment.

L'installation reste toutefois jusqu'à 10 fois moins coûteuse que la rénovation de l'isolation du bâtiment. Cela est d'autant plus vrai si on compare le ratio euro investi par tonne de CO2 économisée, car les stratégies classiques de rénovation de l'enveloppe ont un impact carbone non négligeable en raison des émissions de CO2 des travaux d'isolation (matériaux utilisés, transport, chantier...).

Pour réaliser le dimensionnement optimal de l'installation, ACCENTA a mis en place un algorithme qui teste des milliers de configurations possibles à partir de la modélisation de l'ensemble du système énergétique du bâtiment et recherche le système énergétique le plus performant par euro investi, en termes d'efficacité énergétique, d'émission de carbone ou de temps de retour sur investissement, en fonction des souhaits du client.

La technologie mise en place par ACCENTA repose sur l'utilisation d'énergie thermique renouvelable en substitution des énergies fossiles, tout en s'affranchissant du faible taux de couverture des énergies renouvelable par une optimisation du stockage géologique. Cette technologie permet non seulement de chauffer le bâtiment en hiver, mais également de le rafraîchir en été. Elle repose sur les procédés suivants :

1/ Captation des énergies solaires et de récupération

Parmi les sources d'énergie thermique, la technologie ACCENTA utilise du solaire thermique basse température, du solaire photovoltaïque converti en chaleur à l'aide de la pompe à chaleur (Power-to-Heat) - la production photovoltaïque permettant également de couvrir une partie des besoins électriques du bâtiment - et la récupération de chaleurs fatales du bâtiment (salles informatiques, climatiseurs, réseaux d'eaux usées...).

2/ Stockage inter-saisonnier

Les techniques de stockage thermique dans le sol sont connues depuis plusieurs années, mais le travail de recherche et développement mené par ACCENTA a permis de limiter au maximum les déperditions du stockage inter-saisonnier et de récupérer jusqu'à 98 % de la chaleur stockée.

Le stockage repose sur la technologie BTES (borehole thermal energy storage) : un champ de sondes géothermiques permet de stocker le surplus de chaleur estivale qui pourra être extraite pendant la période hivernale à l'aide d'une pompe à chaleur air-eau. On obtient ainsi une augmentation de plus de 250 % du coefficient de performance saisonnier (SCOP) de la pompe à chaleur.

3/ Stockage thermique journalier

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Stockage journalier d'énergie par production de glace (Source : Designing Buildings Wiki - Buro Happold)

En plus du stockage thermique inter-saisonnier, l'installation peut avoir recours, durant l'été, à du stockage journalier par production de glace qui permet d'optimiser les rendements thermodynamiques de production de frigories et de réduire le dimensionnement des installations de climatisation en écrêtant les pics de consommation. La glace est produite durant la nuit, lorsque l'énergie du réseau est peu chère, puis elle est utilisée durant la journée afin d'améliorer les rendements thermodynamiques des climatiseurs.

4/ Utilisation de l'intelligence artificielle

L'ensemble du système est piloté par le biais de l'intelligence artificielle afin d'optimiser de manière très pointue l'utilisation de l'installation et de la gérer par anticipation afin de réduire les appels de puissance qui coûtent cher en énergie et en émissions de carbone.

L'équipement est interfacé avec un service de prévision météorologique locale de manière à prédire les besoins et utiliser l'inertie thermique du bâtiment pour les anticiper en lissant les appels de pointe.

Le machine learning permet en second lieu l'optimisation du stockage thermique afin de cadencer au mieux le stockage - déstockage de chaleur et corriger le modèle théorique à partir de la performance réelle des équipements.

En troisième lieu, l'IA permet d'optimiser la production thermique en choisissant, en fonction de la situation de produire des calories à partir du stockage géothermique ou à partir de l'air extérieur.

Enfin, l'IA permet d'optimiser l'utilisation et le stockage des systèmes de production d'énergie renouvelable installées sur le site.

Technologie ACCENTA versus isolation de l'enveloppe du bâtiment

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Montant investis par unité de surface (euros HT/m²) selon l'objectif d'économies d'énergie
(Source : « Les seconds résultats de l'Observatoire des Contrats de Performance Energétique » - Juin 2019 + données ACCENTA)

Il est intéressant de comparer la technologie mise au point par ACCENTA avec les technologies classiques d'isolation du bâtiment.

Le graphique publié par l'Observatoire des Contrats de Performance Énergétique en juin 2019 présente, pour un échantillon de 69 CPE dont les données sont connues, la répartition des montants investis par unité de surface selon l'objectif d'économies d'énergie sous forme d'une courbe exponentielle.

La solution proposée par ACCENTA permet d'obtenir un gain énergétique de l'ordre de 70 %; pour un coût qui pourra être jusqu'à 10 fois moins cher qu'une rénovation globale du bâtiment.

Il faut cependant relativiser ces niveaux d'investissement dans la mesure où lorsque des travaux sur le bâti sont menés dans ces CPE, ils ne portent pas uniquement sur la performance énergétique : l'amélioration de la qualité du bâti et des ambiances intérieures (la qualité d'usage) ainsi que la mise aux normes sont recherchées par les maîtres d'ouvrage.

Conclusion

Les exemples variés de réalisations de chaufferies bas carbone présentées par Pierre Trémolières, affichent des économies d'énergie de 60 à 80 % et des réductions d'émission de CO2 de 70 à 90 %. Une liste détaillée figure sur le site d'ACCENTA (https://www.accenta.ai/studies/tag/chaufferie-bas-carbone).

La technologie présente de nombreux avantages par rapport à des projets éoliens ou photovoltaïque : elle dispose d'un faible impact environnemental et d'une meilleure acceptabilité sociale. De plus elle permet de s'affranchir de l'intermittence des énergies renouvelables et permet un pour les investisseurs un déploiement rapide des projets, un rendement financier important et un temps de retour sur investissement très court.

A l'issue de cette présentation, Pierre Trémolières a répondu aux nombreuses questions des participants, qui portaient notamment sur les caractéristiques et les propriétés du stockage géologique de chaleur.

 

 


1Décret n° 2019-771 du 23 juillet 2019 relatif aux obligations d'actions de réduction de la consommation d'énergie finale dans des bâtiments à usage tertiaire

2Décret n° 2020-887 du 20 juillet 2020 relatif au système d'automatisation et de contrôle des bâtiments non résidentiels et à la régulation automatique de la chaleur

 


Publié le 07/06/2021




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