À l’heure où la protection de l’environnement est dans tous les esprits, adopter une attitude responsable pour éviter les gaspillages d’énergie dans notre maison est indispensable. Selon EDF, près de deux tiers de l’énergie que nous consommons est destinée au chauffage, que ce soit via l’électricité ou le gaz. Le dernier tiers se répartit entre l’eau chaude, le froid (réfrigérateur, congélateur) et les différents usages nécessitant du courant (électroménager, éclairage, climatisation, informatique, etc.).
Des gestes simples sont souvent conseillés pour réduire sa facture d’électricité. Par exemple, éviter d’augmenter la température de la maison en hiver et suivre les recommandations de santé qui préconisent une température de 19 à 20°C dans les pièces à vivre et de 18°C dans les chambres. Baisser la température chez soi d’un degré permet de réduire sa facture d’électricité d’environ 7%.
Un autre exemple consiste à reporter le fonctionnement de nos appareils électriques (machine à laver, sèche-linge, lave-vaisselle) à certaines plages horaires où la demande en électricité est faible.
Toutefois, effectuer ce type d’action n’est pas obligatoirement sans contrainte pour les usagers: il faut par exemple penser à programmer ses convecteurs électriques ou organiser le séchage du linge suite à un cycle de lavage, ce qui n’est pas forcément facile à un moment où l’électricité coûte le moins cher.
Une solution pour mettre en œuvre ces différents principes d’économies d’énergie serait d’avoir des maisons «intelligentes», qui programmeraient les appareils électriques à des moments adéquats, tout en s’adaptant aux habitudes des usagers. Mais la maison intelligente repose sur un élément clé: un système de stockage d’électricité.
Retour sur le concept de maison «intelligente»
Nous avons récemment proposé un système permettant de faire des économies d’électricité dans l’habitat individuel. Ce système consiste à piloter les équipements électriques de la maison, à des moments opportuns de la journée et le tout, sans perturber les habitudes des occupants. Les actions «intelligentes» sont mises en œuvre par des algorithmes informatiques et des prises connectées, pour piloter chaque appareil électrique.
Un tel système repose sur trois éléments clés: des batteries pour stocker l’électricité, un convertisseur d’énergie, et un algorithme informatique rendant le système «intelligent». En effet, lorsque le tarif de l’électricité est le plus bas (en heures creuses), les appareils de la maison peuvent fonctionner grâce à l’énergie fournie par le réseau de distribution. Lorsque le tarif de l’électricité est le plus élevé (durant les heures pleines), les batteries rendent le système proposé totalement autonome. Les équipements électriques de la maison sont alors pilotés par un convertisseur d’énergie, après avoir transformé le courant continu en courant alternatif, permet de piloter les équipements électriques de la maison.
Quelle capacité de stockage doit-on installer à la maison?
L’unité de recherche GREMAN a récemment développé un logiciel qui aide à comprendre l’intérêt de la maison «intelligente» pour aider les ménages à réduire leur facture d’électricité. Pour que les simulations reflètent la réalité, le logiciel s’appuie sur des bases de données complètes de mesures de consommation. Ces données proviennent d’une dizaine de maisons «témoins».
En utilisant ce logiciel, la batterie peut être judicieusement choisie pour optimiser la consommation d’électricité du foyer tout en limitant le coût total du système. Pour donner quelques ordres de grandeur, prenons l’exemple d’une maison de plus de 70 m2, mais avec deux types de chauffage principal: soit tout électrique, soit pas de chauffage électrique.
Dans les deux cas, on suppose que le ménage dispose d’une option de tarification Heures pleines/heures creuses (50% des ménages français] sont aujourd’hui abonnés à cette option). Dans cet exemple, la maison «intelligente» dispose de batteries au plomb afin limiter au maximum le coût total de l’installation. Quelle capacité de stockage doit-on alors installer dans ces deux cas? Quel est le coût des batteries?
Dans le premier cas (maison avec chauffage électrique), le cas le plus favorable, c’est-à-dire avec un décalage de toute la consommation d’heures pleines (prises ici entre 7h et 23h) en heures creuses, correspond à une capacité d’énergie à installer de 21 kWh, soit plus de 50% plus élevée que la batterie «Powerwall» de Tesla illustrée précédemment.
Si le mode de chauffage principal de la maison n’est pas électrique, alors la capacité à installer n’est plus que de 7,2 kWh, soit presque deux fois plus faible que le système «Powerwall».
La situation sera un peu différente si on utilise un autre type de batterie. Par exemple, Bien que les batteries Lithium-ion (Li-ion) aient un prix trois fois plus élevé que celles au plomb, elles représentent aujourd’hui la majeure partie du marché de la batterie domestique car elles sont beaucoup moins lourdes, moins dangereuses pour la santé et l’environnement, et offrent un meilleur rendement énergétique. L’énorme batterie rechargeable «Powerwall» de Tesla, qui connaît un succès considérable outre-Atlantique, présente des caractéristiques intéressantes en termes de capacité de stockage, de rendement énergétique, de fiabilité et de prix.
Un tel système est-il vraiment rentable?
Pour une maison de plus de 70 m2 dont le mode principal de chauffage est électrique, nous venons de voir que la capacité de la batterie à installer est de 21 kilowatts-heures. Combien d’années sont nécessaires dans ce cas pour rentabiliser ce système de gestion «intelligente» de la consommation d’électricité? Ce retour sur investissement est à comparer à la durée de vie des batteries (plomb dans notre exemple, ou lithium-ion actuellement sur le marché), qui peut atteindre dix ans.
En utilisant le logiciel développé par l’unité de recherche GREMAN, les résultats de simulation montrent qu’il faudrait plus de 100 ans avec un système à base de batteries au plomb (plus de 200 ans avec des batteries au lithium) pour amortir l’installation.
Cette durée déraisonnable s’explique aujourd’hui par le tarif de l’électricité et en particulier, la différence de tarification heures pleines-heures creuses, qui n’est que de l’ordre de 4 centimes d’euro par kilowatt-heure.
Si l’on souhaite un retour sur investissement en 5 ans, pour une technologie de batterie au plomb, la différence de tarification entre les heures pleines et les heures creuses doit être de 52 centimes d’euro par kilowatt-heure, soit plus de 14 fois plus élevée celle d’aujourd’hui. Si l’on utilise des batteries au lithium, cette différence doit être supérieure à l’euro par kilowatt-heure.
Quel avenir pour les maisons «intelligentes»?
Un système de gestion «intelligente» de la consommation d’électricité a aujourd’hui toute sa place dans les pays où la différence de tarification entre les heures pleines et les heures creuses est marquée ; c’est le cas par exemple en Australie où la différence de l’ordre de 30 centimes d’euro par kilowatt-heure.
En France, avec le déploiement des compteurs communicants de type Linky, il est possible de programmer plusieurs tarifs de l’électricité consommée en fonction des moments de la journée. Même si ces compteurs suscitent encore beaucoup de débats tant sur leurs performances que sur leur caractère «intrusif» ou encore leur impact sur la santé, ils pourraient aider à rentabiliser plus rapidement la maison «intelligente», et à utiliser le plus efficacement l’électricité que nous produisons, y compris grâce aux énergies renouvelables.
Sébastien Jacques Enseignant-chercheur en génie électrique, Université de Tours
Cet article a été co-écrit avec Sébastien Bissey, Jean‑Charles Le Bunetel, Ismail Aouichak et Yves Raingeaud.
Cet article est republié à partir de The Conversation sous licence Creative Commons Lire l’article original sur The Conversation.
