Conception de quartiers à haute performance énergétique

Ce programme de recherche a pour objectif d’étudier les différentes solutions énergétiques à l’échelle d’un quartier à partir de l’évaluation des gisements énergétiques locaux et de ses besoins énergétiques, à court et moyen termes, et ainsi d’accompagner les acteurs de la ville dans le choix du meilleur investissement aux plans technique, économique et environnemental. Les travaux considèrent la globalité du système énergétique en incluant les équipements et les réseaux pour tous les vecteurs énergétiques, la morphologie et l’enveloppe des bâtiments ainsi que les usages.

Contexte

L’énergie circule dans la ville sous des formes variées (électricité, gaz, chaleur…). Les besoins énergétiques (aussi bien électriques que thermiques) varient considérablement dans le temps et l’espace en fonction : du type d’activité, de l’heure de la journée, de la saison. De même, les capacités de production locale (ENR&R) obéissent à des cycles et à des facteurs extérieurs très variés.

L’énergie urbaine est aujourd’hui gérée en silo par vecteur (fournisseur d’électricité, de gaz, de chaleur, etc.) sans coordination. Une telle gestion ne permet pas de tirer profit des possibles mutualisations entre les différentes activités urbaines. Elle implique des surdimensionnements d’équipements et de réseaux et rend difficile la valorisation des énergies renouvelables et de récupération. En effet ces énergies « gratuites et propres » ne sont pas toujours disponibles au moment précis et sous la forme précise où l’on en aurait besoin.

Notre vision, une convergence des réseaux locaux d’énergie

Une ville à très haute performance énergétique doit fortement s’appuyer sur les échelles intermédiaires de l’îlot urbain au quartier. Elle se conçoit comme un système intégré sur toute la chaîne de valeur de la conception et de la gestion de la ville. Chaque décision prend en compte les usages et, de manière systémique, tout le champ des possibles technologiques. Les systèmes de demain permettent de collecter toutes les sources renouvelables et de récupération disponibles, et augmentent significativement les rendements en croisant les vecteurs énergétiques et en maximisant les synergies entre fonctions et composantes urbaines.

Dans ce « new deal » énergétique du quartier, les nouveaux gestionnaires de quartier contractualisent et animent de véritables communautés énergétiques où les acteurs échangent énergie et services avec une efficacité globale nettement supérieure.

Notre méthode générale de R&D

Efficacity développe un modèle conceptuel de données robuste permettant de décrire et de modéliser le fonctionnement d’un quartier et de l’ensemble des systèmes qui le desservent dans un Système d’Information Géographique (SIG). Ce modèle intègre les bâtiments avec la diversité de leurs formes et usages, les systèmes énergétiques, ainsi que les gisements et sources de production locales.

Efficacity développe des outils de simulation dynamique multi-énergie capable de simuler en tout point du quartier les flux énergétiques pour chaque vecteur et de remonter à la source de la production locale, de qualifier le mix énergétique minute par minute et d’établir un rendement dynamique global du quartier.

Sur le cadre bâti, Efficacity développe, en complément, des outils d’exploration dynamique des morphologies, programmations et orientations constructives à l’échelle des îlots urbains qui permettent de modéliser finement leurs performances énergétiques intrinsèques et leurs effets sur la qualité d’usage.

A travers des études approfondies sur des tissus urbains génériques, Efficacity constitue des « bancs d’essai » virtuels à l’échelle de quartiers entiers pour définir, analyser et valider les performances atteignables par des architectures multi-énergie de nouvelle génération.

Déclinaison en projet

L’axe est organisé en 3 projets de recherche :