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Des technologies variées qui doivent progresser

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Des technologies variées qui doivent progresser

Dernier concept du groupe Bolloré et de Sunpower, expérimenté dans le Finistère : la « Bluehouse ». Autonome, celle-ci met en œuvre des batteries intelligentes LMP de 30 kWh, installées en extérieur et qui supportent 5000 cycles de charge/ décharge. Sur le toit, 60 m2 de panneaux photovoltaïques plantés permettent de stocker 30 kWh.

© Doc Groupe Bolloré

L’autoconsommation requiert un système performant de stockage d’électricité ou de chaleur. Bien que les techniques semblent encore très expérimentales, plusieurs tendances se dessinent.

Actuellement, chaque kilowattheure produit, sous forme électrique ou thermique, doit être consommé immédiatement. C’est toute la problématique des énergies solaire et éolienne, dont la production varie en fonction des conditions climatiques. Seule la géothermie et le bois échappent à cette contrainte.

En ôtant la possibilité de couper simplement la production - ce qui serait un non-sens économique -, il reste trois solutions aux maîtres d’ouvrage. Tout d’abord, l’énergie électrique produite est revendue à un opérateur officiel (en France, EDF), à un tarif réglementé aujourd’hui supérieur au prix d’achat. C’est le cas privilégié. L’énergie calorifique ne peut en revanche être revendue, sauf dans certains cas de proximité immédiate. Ensuite, l’énergie produite est autoconsommée. Côté électricité, cette option se généralisera lorsque le prix de la production photovoltaïque sera inférieur au prix d’achat (notion de « parité réseau »). Cela nécessitera de programmer l’usage des équipements pour en étaler la consommation selon la puissance disponible à l’instant T. Enfin, l’énergie est stockée pour une utilisation en autoconsommation décalée à une échéance plus ou moins longue. Cette solution offre également la possibilité d’une revente lors de pics de demande.
L’équation se complique, les trois solutions pouvant être déployées alternativement ou simultanément. Dans la pratique, les technologies se complètent, selon les sources, les usages (domestiques ou industriels) et surtout, les taux de restitution et de rentabilité (voir le graphe page suivante). Il n’existe donc pas de solution idéale unique.

Cinq fonctions

Dans le cas de l’électricité, le stockage constitue, de loin, le problème le plus complexe. Il doit en effet cumuler cinq fonctions : favoriser l’économie d’énergie, récupérer les excédents, fournir des kWh ou de la chaleur en cas de défaillance, lisser des pointes occasionnelles et répondre à des besoins isolés. Les techniques sont très nombreuses. Certaines ne sont pas accessibles ou trop expérimentales. Notamment les stations de transfert d’énergie par pompage (Step), qui consistent à pomper de l’eau vers l’amont et produire de l’hydroélectricité par turbinage ; ou le stockage sous forme d’énergie potentielle avec le CAES (Compressed Air Energy Storage) à air comprimé, encore au stade du laboratoire.

Frein financier

Pour l’habitat, trois offres sont utilisables. Première solution, les batteries chimiques. Immédiatement disponibles et fiables, elles peuvent couvrir des besoins domestiques de plusieurs heures. Des fabricants comme Saft, Nec, Victron, Sonnenschein, ou le français Bolloré les intègrent à des calculateurs (Bosch, Siemens, Schneider Electric) pour gérer les flux de revente et d’autoconsommation. Mais elles sont composées d’éléments chimiques polluants, dont l’élimination se révèle coûteuse. Selon leur composition, le nombre de charges/décharges est limité à 1 000 cycles, voire 5 000 cycles pour certaines batteries haut de gamme.
Deuxième technique : la production d’hydrogène. Le principe est de stocker le dihydrogène et le dioxygène obtenus par électrolyse de l’eau en période de production d’énergie et de les recombiner dans une pile à combustible pour créer de la chaleur ou de l’électricité. La GreenEnergieBox mise au point par Areva est commercialisée expérimentalement avec Schneider Electric pour de petites unités de 20 à 100 kW. Sans clients à ce jour… Le risque technologique (pourtant aussi faible que pour le gaz) ou financier semble rebuter les gestionnaires et le grand public. C’est le cas de la mairie de La Croix-Valmer (Var), tentée par une expérimentation aujourd’hui abandonnée.
Enfin, troisième technique très en vogue : les volants d’inertie (lire l’encadré page suivante). Sur le principe du moteur électrique, un courant met en rotation le rotor à 10 000 tr/min environ. À l’inverse, pour restituer de l’électricité, celui-ci agit comme une turbine et génère un courant. Il supporte plus de 500 000 cycles de charges/décharges.
Autre solution, stocker directement la chaleur. En dehors de la mise en œuvre de murs ou de sols accumulateurs de chaleur avec des matériaux à forte inertie (de type mur Trombe), deux technologies s’avèrent prometteuses. Leur principe commun est simple : confiner les calories dans un espace isolé pour soutirer de l’eau chaude ou de la chaleur quand nécessaire. La première réalise ce stockage dans un ballon ou une cuve de plus ou moins grand volume ; un ballon classique spécialement isolé, ou un ballon saisonnier de très grand volume, répond aux besoins. En Allemagne, Sonnenhaus propose déjà un ballon de 92 m3, isolé par 40 cm de mousse de polyuréthane, à installer au centre d’une maison de 135 m². Fin septembre, la chaleur, qui atteint 93 à 95°C, pourra être soutirée pendant plusieurs mois. D’autres solutions sont proposées avec des ballons de taille normale, remplis de matériaux à changement de phase (MCP). Ceux-ci sont capables de changer d’état physique dans une plage de température restreinte : en se liquéfiant, ils accumulent la chaleur qui est restituée lors de la resolidification. Ce principe physique de chaleur latente a été testé avec succès lors de l’expérimentation « Stock-air 2 » coordonnée par l’Association pour la recherche et le développement des méthodes et processus industriels (Armines). Plusieurs fabricants français, comme Airwell, Ciat ou Kaplan Energy, commercialisent déjà de tels ballons de 200 à 300 litres.

Expérimentations réussies

La dernière technologie consiste à stocker la chaleur directement dans le sol. Deux expérimentations réussies ont été conduites à Dunkerque (Nord) et Septèmes-les-Vallons (Bouches-du-Rhône) [lire les encadrés page suivante]. La première, financée par l’Agence nationale de la recherche, concerne des bâtiments en situation réelle. La seconde a été menée par Ciat dans le cadre du programme européen Ground-Med. Il s’agit d’un bâtiment de bureaux alimentés en géothermie, mais souffrant un peu du froid en hiver et manquant de climatisation en été.
Entre tous ces procédés, le choix est donc complexe. Une chose est sûre : à l’heure actuelle, la meilleure solution reste de concevoir des bâtiments très bien isolés et les plus économes possibles.
Hubert d’Erceville

vous lisez un article des Cahiers Techniques du Bâtiment N°339

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