L’impact de la technologie sur l’utilisation de l’énergie

publié le 20/03/2023 | mis à jour le 15/06/2023 | par Julien Reynaud

Rappel des objectifs européens en matière d’efficience énergétique

Dans le cadre du plan énergie-climat, les pays membres de l’Union européenne se sont fixés pour objectif commun de diminuer les émissions de gaz à effet de serre domestiques d’au moins 40% à horizon 2030. Pour y parvenir, la feuille de route prévue par Bruxelles envisage notamment de porter à 27% la part des énergies renouvelables dans la consommation énergétique européenne. La priorité est ainsi donnée au développement massif, notamment, de l’éolien terrestre et maritime, du solaire thermique et photovoltaïque, mais aussi de la géothermie.

Pour atteindre ses objectifs en matière de réduction des émissions carbonées, le texte adopté par le Conseil européen prévoit également d’améliorer l’efficacité énergétique de 27% dans l’ensemble de l’Union européenne d’ici 2030. L’énergie la moins émettrice de CO2 est effet celle qu’on n’utilise pas. Consommer moins et mieux est donc essentiel pour tendre à terme vers la neutralité carbone et répondre aux défis immenses imposés par le réchauffement climatique.

Pour y parvenir, les outils mis en œuvre sont multiples. Parmi toutes les solutions envisagées, le recours aux nouvelles technologies est l’une des plus prometteuses. Utilisées à bon escient, elles peuvent en effet permettre de réduire considérablement les consommations d’énergie dans de nombreux domaines : la production, la distribution et le stockage de l’électricité, l’éclairage, la consommation des appareils électriques, le chauffage, la ventilation, la climatisation, etc.

Optimisation de la production, de la distribution et du stockage de l’électricité

Le recours aux énergies renouvelables représente une formidable opportunité de produire une électricité beaucoup moins émettrice de CO2. Le Parlement européen a ainsi décidé de porter à 45% la part des énergies renouvelables dans la consommation électrique de l’UE d’ici 2030. Cela suggère de doubler les capacités installées et d’optimiser leur rendement. Le chantier est immense, mais de nombreuses innovations permettent d’ouvrir le champs des possibles.

Optimisation des sources de production d’électricité renouvelable

Pour atteindre les objectifs fixés en matière de production d’électricité renouvelable, il va falloir construire de nouveaux parcs éoliens, des centrales photovoltaïques et accélérer sur la géothermie. Il va falloir aussi améliorer le rendement de ces installations. Les sources d’énergie renouvelable ne sont en effet pas encore exploitées aussi efficacement qu’elles pourraient l’être.

L’éolien

Concernant l’éolien, les nouvelles technologies pourraient notamment permettre de réduire les coûts liés au fonctionnement et à la maintenance des éoliennes. L’ambition des projets menés dans ce sens est de faire baisser le coût final du kWh. L’internet des objets (IoT) et l’intelligence artificielle associés à des systèmes de surveillance offrent à ce titre des perspectives prometteuses tout en permettant d’optimiser la durée de vie des parcs éoliens.

La technologie permet également d’explorer des voies totalement nouvelles pour exploiter l’énergie du vent. Récemment, un start-up espagnole, Vortex Bladeless, a ainsi conçu une éolienne sans pale qui permet de produire de l’électricité à partir des vibrations d’une unique tige verticale. Ce type d’éolienne, qui demeure pour le moment au stade expérimental, pourrait être installé dans des zones où on manque de place, en ville notamment.

Le solaire

Pour rendre le photovoltaïque plus compétitif, il est envisagé d’installer les panneaux solaires sur des trackers pour leur permettre de suivre la course du soleil ou de s’orienter en fonction des nuages. Guidés par des algorithmes, ces systèmes innovants pourraient offrir des gains de production de l’ordre de 30 à 50%. Appelée à se développer, cette technologie occasionne toutefois un surcoût qui n’est pas toujours compensé par les gains de production.

Des recherches sont aussi menées pour développer des cellules photovoltaïques qui utiliseraient d’autres matériaux que le silicium dont la production nécessite d’importants besoins en énergie. Le recours à des semi-conducteurs à base de matières organiques, notamment, ou de pérovskites (un composé hybride organique-inorganique) pourraient permettre d’améliorer les rendements.

La géothermie

Souvent présentée comme une solution d’avenir, la géothermie offre l’avantage par rapport à l’éolien et au solaire de pouvoir produire de l’électricité 24h/24. Toutefois, les coûts de construction des centrales et les coûts de maintenance demeurent encore très élevés, rendant cette énergie peu compétitive loin des zones de forte activité tellurique. Néanmoins le développement de nouvelles technologies de forage pourrait prochainement changer la donne.

Développement du stockage de l’électricité d’origine renouvelable

L’un des principaux inconvénients des énergies renouvelables réside dans leur intermittence. Lorsqu’il n’y a pas de vent, la production des éoliennes s’interrompt. De même, les panneaux photovoltaïques, par définition, ne fonctionnent pas la nuit. De fait, il y a souvent un décalage entre les pics de production et les pics de consommation des ménages et des entreprises.

Ce décalage empêche le recours aux seules sources d’électricité d’origine renouvelable qui doivent être couplées à des centrales thermiques ou nucléaires pour satisfaire à tout moment la demande en électricité. L’une des solutions envisagées pour contourner le problème de l’intermittence des énergies renouvelables consisterait à stocker l’électricité produite pour pouvoir différer son utilisation au moment où on en a le plus besoin.

Retrouvez ci-dessous un état des lieux des principales innovations en matière de stockage de l’électricité.

Les batteries ion-lithium

Les batteries ion-lithium sont actuellement le système de stockage d’électricité à grande échelle le plus performant. Elles reposent sur la même technologie que celle des batteries pour véhicules électriques. En permettant de stocker de l’électricité issue d’un parc éolien ou d’une centrale solaire, elles apportent une réponse concrète à l’intermittence des énergies renouvelables. Elles présentent toutefois l’inconvénient d’être relativement coûteuses et difficilement recyclables.

Les supercondensateurs

Les supercondensateurs ont un fonctionnement assez similaire à celui des batteries ion-lithium mais offrent des perspectives bien plus intéressantes. Contrairement à ces dernières, ils se chargent et se déchargent très rapidement. Cette flexibilité est particulièrement appropriée pour stocker de l’électricité sur des temps courts et la restituer rapidement. Leur espérance de vie est également bien supérieure. Toutefois, ils reposent sur une technologie encore très coûteuse, ce qui empêche pour le moment tout déploiement à grande échelle.

Les systèmes de stockage à air comprimé

Le stockage de l’énergie électrique par air comprimé est un système qui utilise le surplus de production d’une éolienne ou d’un panneau solaire pour comprimer de l’air qu’on stocke ensuite dans un réservoir. Pour restituer l’énergie, l’air comprimé est injecté avec du gaz naturel dans une chambre de combustion. L’air comprimé est en effet trop froid pour être utilisé tel quel. Une fois réchauffé, il met en action une turbine munie d’un alternateur pour produire de l’électricité. Cette technologie, qui affiche encore des rendements moyens, est en cours de développement.

Les volants d’inertie

Le stockage d’énergie dans un volant d’inertie consiste à transformer de l’énergie électrique en énergie cinétique en mettant en rotation un objet lourd, comme un cylindre un béton armé ou en fibre de carbone, via un moteur. Utilisé en sens inverse, le volant d’inertie permet de produire de l’électricité via un générateur. Cette technologie offre des rendements intéressants mais ne peut stocker de l’énergie que sur un laps de temps relativement court. Autre inconvénient de taille, les dimensions de ce système sont très importantes aux vues des quantités d’énergie stockées.

Le stockage hydraulique

Le stockage d’énergie hydraulique utilise la technologie des STEP (station de transfert d’énergie par pompage). Associé à de l’intelligence artificielle, ce système consiste à utiliser un surplus de production d’électricité éolienne ou solaire pour alimenter une pompe à eau afin de remplir un réservoir. L’eau stockée permet ensuite de produire de l’électricité à la demande via une turbine hydroélectrique. Cette technologie nécessite toutefois de construire d’importantes retenues d’eau qui peuvent avoir un impact négatif sur l’environnement.

Le stockage de l’électricité sous forme d’hydrogène

Concrètement, cette technologie consiste à utiliser de l’électricité issue d’un surplus de production pour la « convertir » en hydrogène par électrolyse. L’hydrogène ainsi produit peut ensuite être utilisé pour produire de l’électricité dans une pile à combustible.

Le principal inconvénient de cette technologie réside dans la complexité du stockage de l’hydrogène. Ce gaz très léger doit en effet être stocké sous pression à basse température, ce qui nécessite une installation relativement lourde. Bien que prometteuse pour des usages restreints, cette technologie peut ainsi difficilement être déployée à grande échelle.

Les smart grids ou la gestion intelligence du réseau électrique

Développés en France par Enedis et RTE, les smart grids, ou « réseaux intelligents », associent des technologies du numérique et de l’électricité pour optimiser la production, le transport et la distribution d’électricité jusqu’à son lieu final de consommation.

Les compteurs Linky sont la pierre angulaire de cette nouvelle façon d’envisager la gestion du réseau électrique. En collectant en temps réel les données de consommation, ils permettent d’ajuster en continu la production d’électricité pour qu’elle corresponde le plus précisément possible aux besoins. Des capteurs positionnés à différents endroits du réseau permettent également de détecter rapidement les pannes ou les déperditions de courant.

In fine, les smart grids permettent de réaliser d’importantes économies d’énergie et facilitent la maintenance du réseau. Ils permettent également de solutionner en partie les problématiques liées à l’intermittence des sources d’électricité d’origine renouvelable. Ils sont la parfaite illustration de la capacité des nouvelles technologies à améliorer l’efficience énergétique des système existants.

Quels sont les innovations en matière d’efficacité énergétique des bâtiments ?

Longtemps, l’électricité et le gaz sont restés bon marché. On ne se posait pas alors la question d’optimiser la consommation des appareils électroménagers, des systèmes d’éclairage ou de chauffage. La question du réchauffement climatique n’était pas non plus aussi pressante qu’aujourd’hui. Le gaspillage énergétique était la norme. Mais cette époque est révolue.

Les nouvelles technologies permettent aujourd’hui de réduire les besoins en énergie de la plupart des équipements et des objets du quotidien et d’améliorer leur rendement énergétique. Elles pourraient même faire baisser de 30% les émissions de CO2 au niveau mondial d’ici 2050.

L’amélioration des composants électroniques

Selon l’Agence pour la transition écologique (ADEME), les appareils électriques (informatiques, multimédias et électroménagers) représentent en moyenne 15% de la consommation en électricité d’un foyer. Cependant, en optimisant le rendement énergétique des composants électroniques, on peut réduire la consommation de nombreux objets du quotidien. Des travaux scientifiques sont actuellement menés dans ce sens et ouvrent de nouvelles perspectives dans ce domaine.

L’éclairage basse consommation

Les nouvelles technologies permettent de réduire considérablement la consommation d‘énergie en matière d’éclairage. Les ampoules fluorescentes et les LED, qui ont remplacé les ampoules classiques à incandescence (désormais interdites à la vente), ont ainsi permis de faire baisser significativement la consommation électrique des ménages. Les ampoules LED notamment, consomment en moyenne 80% d’électricité de moins que des ampoules classiques.

La domotique permet aujourd’hui d’aller encore plus loin dans l’optimisation énergétique de l’éclairage. Elle permet de faire varier l’intensité lumineuse en fonction du moment de la journée ou d’éteindre automatiquement les lumières lorsqu’il n’y a personne dans une pièce, ce qui permet de réaliser encore davantage d’économies d’énergie.

Les thermostats connectés

Facile à installer sur une chaudière ou sur un radiateur, un thermostat connecté permet de piloter un système de chauffage à distance. Reliés à des capteurs de chaleur, ils permettent d’adapter précisément la température d’un logement pièce par pièce, à différents moments de la journée. Les plus sophistiqués permettent de réaliser jusqu’à 15% d’économies d’énergie tout en améliorant le confort thermique. Jumelés à un smartphone, certains peuvent même vous localiser et déclencher automatiquement le chauffage dès que vous approchez de votre domicile.

Les systèmes de récupération de la chaleur

Un récupérateur de chaleur permet d’aspirer l’air chaud présent dans une pièce, équipée par exemple d’un poêle à bois, pour le redistribuer dans l’ensemble du logement via un réseau de gaines. Cette innovation, qui peut également être associée à un thermostat programmable, permet d’optimiser le chauffage et de faire d’importantes économies d’énergie.

Les systèmes de climatisation innovants

Les nouvelles technologies ont récemment permis d’améliorer le fonctionnement des systèmes de climatisation. Les climatiseurs à vitesse variable, notamment, ajustent automatiquement leur puissance pour maintenir la température souhaitée tout en limitant leur consommation d’énergie.

Associés à de l’intelligence artificielle, certains modèles sont également capables d’adapter leur fonctionnement en fonction de vos habitudes et de vos préférences.

Les bâtiments intelligents

Depuis l’entrée en vigueur de la RE 2020, le concept de bâtiment intelligent, ou de maison passive, est de plus en plus en vogue. Il consiste à intégrer dès la conception d’une maison ou d’un immeuble à usage résidentiel ou non résidentiel un ensemble de techniques et de technologies permettant d’accéder à un haut niveau d’efficacité énergétique.

Cela passe, par exemple, par l’association d’une éolienne domestique ou de panneaux photovoltaïques avec une borne de recharge pour véhicule électrique. Cette dernière peut ainsi servir de système de stockage pour absorber le surplus de production.

Un bâtiment intelligent repose également sur l’intégration des dernières technologies en matière d’isolation, de ventilation, de chauffage et de domotique pour optimiser la gestion de l’énergie. Il peut aussi être équipé de Smart Grids qui permettent d’optimiser la production, la distribution et la consommation d’électricité dans l’ensemble du bâtiment.