Les bases de l’autonomie en énergie
1 - OBJECTIFS
Comme pour les autres domaines de l’autonomie, il s’agit d’abord de définir ses objectifs d’autonomie énergétique.
Est-ce que je veux être totalement autonome en énergie ? Seulement en période estivale ? Seulement sur des consommations que je considère essentielles ? Est-ce que je préfère garder une connexion au réseau ? Ces choix dépendent de chaque individu et des raisons qui le poussent à tendre vers plus d’autonomie. Il n’y a pas de mauvaises réponses mais il s’agit de rester logique et cohérent.
2 - DE L’ÉNERGIE POUR QUELS USAGES ?
Il est important de comprendre que l’énergie dans nos bâtiments est utilisée sous différentes formes :
Électricité spécifique : utilisée telle quelle et ne pouvant pas être substituée par une autre forme d’énergie. Par exemple pour la lumière et nos appareils électroniques divers (appareils ménagers, téléphone, ordinateur, etc).
La chaleur : utilisée principalement pour le chauffage, l’eau chaude et la cuisson. Elle peut être produite via des sources variées : électricité, soleil, gaz, fioul, bois, etc.
La production de chaleur représente une grande proportion de l’énergie d’un bâtiment. Chauffer son bâtiment ou son eau seulement à l’électricité est rarement une bonne idée quand on cherche à atteindre l’autonomie énergétique totale.
Cela demanderait une production électrique considérable, d’autant plus que la production électrique des panneaux solaires est minimale en hiver, lorsque le besoin de chaleur est maximal.
Quelle que soit l’énergie considérée, on doit la produire pour ensuite la consommer. Mais en autonomie totale, puisque la consommation n’est pas parfaitement synchronisée avec la production, il est nécessaire de la stocker pour l’utiliser au moment voulu. Par exemple, pour une production solaire (électricité ou chaleur) le stockage est nécessaire pour les consommations nocturnes ainsi que pour celles des périodes faiblement ensoleillées.
3 - BESOINS ET CONSOMMATIONS
On quantifie ses besoins en énergie en différenciant les usages de production de chaleur et d’électricité spécifique. Que ce soit une estimation des consommations par le calcul, par l’analyse des factures, ou les deux, il est primordial de connaitre sa consommation globale et celle spécifique à chaque besoin. C’est l’occasion d’analyser votre situation, de comprendre quels postes sont les plus consommateurs, de réfléchir aux moyens de les réduire ou de les optimiser, pour enfin capter, produire et stocker les quantités d’énergie adéquates.
3.1 - Quantification
L’énergie se quantifie en Wh (watt-heure) ou kWh (kilo Watt-heure), avec 1kWh = 1000 Wh.
Il ne faut pas confondre l’énergie exprimée en Wh avec la puissance exprimée en W (Watt). La puissance représente le taux auquel l’énergie est produite ou consommée à un instant donné. C’est en multipliant une puissance (en Watt) à la durée de fonctionnement (en heures) que l’on obtient une quantité d’énergie (en Watt-heure).
Quelques exemples pour des appareils électriques :
Une ampoule d’une puissance de 10W consomme 10W lorsqu’elle est allumée. Si cette ampoule est allumée pendant 1h, alors la quantité d’énergie consommée est de 10Wh (10W x 1h). Une autre ampoule de 5W fonctionnant pendant 3h aura consommé 15 Wh (5W x 3h). Un aspirateur de 1000W fonctionnant pendant 15 minutes aura consommé 250 Wh (1000W x 0,25h).
A titre d’exemple, le tableau ci-dessous présente la puissance et l’énergie consommée pour différents appareils selon la durée d'utilisation. Notez que la consommation d’un appareil électrique varie en fonction des modèles. De même, la puissance d’un appareil donné peut varier pendant son utilisation.
Une facture d’électricité permet d’obtenir la consommation totale du bâtiment annuellement et mensuellement. Pour connaitre sa consommation quotidienne on pourra diviser la valeur mensuelle par le nombre de jour du mois. Cependant, pour être plus rigoureux, il sera nécessaire de lister tous les consommateurs et de calculer leur consommation quotidienne, ou de la mesurer à l’aide d’un Wattmètre. Cette démarche permet de mieux comprendre ce qui consomme, et combien, et d’adapter son comportement efficacement lors des périodes de faible production. Voici quelques pistes pour réduire les consommations de chaleur et d’électricité.
3.2 - Chaleur
Pour réduire le besoin de chauffage, il est plus intéressant de considérer globalement le confort thermique plutôt que de s’arrêter à la température ambiante seule. En effet, l’objectif principal n’est pas d’obtenir une température donnée mais bien de se trouver dans une situation de confort. Par ailleurs, avant de réfléchir au moyen de produire cette chaleur, il faut réfléchir à réduire les pertes par l’isolation et maximiser les apports passifs du soleil. Attention toutefois aux risques de surchauffe qui impactent le confort d’été.
Pour réduire le besoin d’eau chaude sanitaire, des solutions techniques existent. Utiliser un pommeau de douche à faible débit permet de faire de grandes économies sans impacter le confort des usagers. Réduire les distances entre la production, le stockage et l’utilisation de l’eau chaude permet de réduire les pertes, tout comme le fait de bien isoler les conduites et le ballon d’eau chaude. Mais les habitudes de vie des usagers sont tout aussi importantes. Réduire la durée des douches et éviter les bains sont les principaux leviers d’action.
3.3 - Électricité spécifique
Là aussi les solutions techniques et les habitudes de vie influencent notre consommation d’électricité. Au niveau technique, on préférera des appareils électroménagers avec de bonnes classes environnementales, basse consommation. Que ce soit l’éclairage ou l’électroménager, l’objectif et de réduire leurs consommations pour un service identique.
Pour ce qui est des habitudes de vie, il s’agit d’avoir un usage raisonné, comme éteindre les appareils lorsqu’on ne les utilise pas (lampes, box, TV, etc.) ou mettre un couvercle sur une casserole pour réduire les pertes. Aussi, certains comportements augmentant la consommation des appareils peuvent être facilement évités ; laisser la porte du frigo ouverte, l’ouvrir régulièrement ou y mettre quelque chose de chaud/tiède par exemple.
4 - CAPTER ET PRODUIRE SON ÉNERGIE
Nous avons quantifié nos besoins énergétiques et ceux-ci ont été réduits grâce à des solutions techniques et en modifiant nos comportements ; il est temps de réfléchir à la production de cette énergie.
4.1 - Électricité
Les principales solutions pour produire son électricité localement sont le photovoltaïque, l’éolien et l’hydraulique. Voici les informations de bases, les avantages et les limites de chaque solution.
Photovoltaïque
Dans la majorité des cas, le photovoltaïque est la solution la plus intéressante. Le coût des panneaux a grandement baissé ces dernières années et leur installation est relativement simple, de nombreux professionnels sont disponibles. La production annuelle et mensuelle peut être estimée assez précisément et dépend de leur localisation, leur orientation et leur inclinaison. Ils produisent un courant continue qui doit être transformé en courant alternatif pour être utilisé par nos appareils.
La production évoluant avec l’ensoleillement, elle sera plus faible en hiver, lorsque les besoins sont les plus élevés. Pour un projet d’autonomie, on préfèrera les incliner à 60° pour maximiser la production hivernale.
Éolien
L’éolien domestique est sujet à débat car les productions potentielles sont assez faibles. Comme pour le photovoltaïque, les conditions climatiques du lieux et d’implantation auront un fort impact sur la production. Cependant, si les conditions sont réunies et pour des consommations relativement faibles, cette solution peut être un bon complément au photovoltaïque. L’éolienne permettra de recharger ou de maintenir les batteries pendant la nuit et l’hiver par mauvais temps.
Hydraulique
Les conditions d’installation sont plus restrictives puisque qu’un cours d’eau est nécessaire et des autorisations sont requises. La capacité de production dépendra principalement du débit et de la hauteur de chute disponibles. Cependant, même avec une production faible, si celle-ci est continue (hors périodes d’assèchement), elle peut aussi être un bon complément aux autres solutions. Par exemple, une petite centrale, ou “pico-centrale”, d’une puissance moyenne de 100 W en continue pendant 24h produira 2400Wh d’énergie. Ceci suffira pour couvrir la consommation journalière d’un réfrigérateur de 200L avec freezer et un cycle de machine à laver.
4.2 - Chaleur
Encore une fois, pour éviter de décupler la taille de ses systèmes de production et de stockage électrique, il faut réduire au maximum la production de chaleur en utilisant l’électricité. On veillera d’abord à diminuer le besoin, limiter les pertes, puis, on préférera des solutions passives, lowtechs, ou utilisant d’autres sources d’énergie.
Les choix de solutions dépendent grandement du bâtiment ; sa taille, sa configuration, sa localisation, son orientation… ainsi que du mode de vie des usagers. Impossible donc de généraliser car une étude spécifique est nécessaire.
Cependant voici quelques pistes de solutions à envisager :
Maximiser les apports solaires gratuits en hiver par les vitrages pour chauffer la masse, c’est la bioclimatique. Il faut cependant prendre garde à la surchauffe en été et donc prévoir des protections solaires adaptés selon les régions.
Le solaire thermique permet aussi de profiter des apports solaires gratuit mais cette fois pour chauffer de l’eau (ou de l’air). Les panneaux solaires thermiques ressemblent à des panneaux photovoltaïques, un liquide caloporteur circulant à l’intérieur est chauffé par le soleil et envoyé dans le ballon d’eau chaude. Par contre, comme pour le photovoltaïque, la production est plus faible en hiver ce qui implique d’ajouter une solution d’appoint.
Les poêles classiques, à bois ou à granulés, diffusent la chaleur dans une pièce par rayonnement et convection. Ces poêles sont utilisés pour chauffer des espaces spécifiques et peuvent varier en taille, puissance, en style et en efficacité énergétique.
Les poêles bouilleurs sont un type de poêle à bois ou à granulés conçu pour chauffer un espace intérieur tout en produisant de l'eau chaude pour le chauffage central ou l'eau sanitaire. Ils intègrent un échangeur de chaleur qui permet de transférer la chaleur produite par la combustion du bois à un circuit d'eau.
Les poêles de masse sont des systèmes de chauffage conçus pour stocker la chaleur et la libérer progressivement dans une pièce sur une longue période. Contrairement aux poêles conventionnels qui chauffent rapidement mais refroidissent tout aussi vite, un poêle de masse est construit avec des matériaux à haute densité thermique tels que la pierre, la brique ou la céramique pour stocker la chaleur. Son fonctionnement repose sur l'accumulation de chaleur pendant une période prolongée. Une fois le poêle chauffé, il rayonne cette chaleur doucement et de manière constante dans l'espace environnant pendant de nombreuses heures voire plusieurs jours, même après que le feu initial ait été éteint.
5 - STOCKER L’ÉNERGIE
5.1 - Chaleur
La chaleur peut être stockée dans la masse d'un bâtiment grâce à un processus appelé inertie thermique. Ce concept repose sur la capacité des matériaux à absorber, stocker et libérer de la chaleur.
Les matériaux de construction tels que la pierre, le béton, la brique et la terre cuite ont une masse considérable et une capacité thermique élevée. Lorsque ces matériaux sont exposés à une source de chaleur, comme les rayons du soleil ou un système de chauffage, ils absorbent cette chaleur.
Une fois la chaleur absorbée, les matériaux de construction la stockent et la diffusent lentement dans l'environnement intérieur du bâtiment au fil du temps, même après que la source de chaleur d'origine ait été éteinte. Cela crée un effet de régulation thermique naturelle, où la chaleur est progressivement libérée pour maintenir une température ambiante confortable à l'intérieur, même lorsque la température extérieure diminue.
Quant à l’eau chaude, elle est facilement stockée dans un ballon bien isolé. Le volume du stock dépend bien sûr du nombre d’habitant et des usages (eau chaude sanitaire avec ou sans chauffage) et de la durée d’autonomie souhaitée.
5.2 - Électricité
Les batteries sont incontournables en autonomie électrique, et c’est généralement les éléments les plus chers du système. Que ce soit pour réduire le coût ou l’empreinte écologique, réduire et optimiser ses consommations permet de diminuer la quantité de batterie pour une durée d’autonomie donnée. Lorsque c’est possible, on préfèrera consommer directement l’énergie produite plutôt que de la stocker, ou de la perdre si les batteries sont pleines. Cela peut être réalisé manuellement, par exemple en lançant une machine à laver au bon moment, ou grâce à un système de délestage automatique qui allumera la résistance du ballon d’eau chaude, un radiateur ou chargera les batteries de voiture lorsque la production est élevée.
Mais concernant les batteries elles-mêmes, différents types existent (plomb, lithium, …), avec des caractéristiques différentes ce qui ne facilite pas la sélection.
La capacité des batteries
La capacité d’une batterie, ou d’un parc de batterie, correspond à la quantité d’énergie qu’elles peuvent stocker. Nous avons vu qu’une quantité d’énergie est mesurée en Wh ou kWh mais les fiches techniques présentent souvent une valeur de capacité en Ah (ampère heure) ainsi que le voltage (V) de la batterie. Pour obtenir la quantité d’énergie en Wh, il suffit de multiplier ces deux valeurs.
Une batterie de 12 V ayant une capacité de batterie de 200 Ah permet de stocker environ 200 Ah x 12 V = 2400 Wh ou 2,4 kWh
Notez cependant que la capacité réelle des batteries dépend de la durée de décharge exprimée en heures. La nomenclature C5, C10, C24, C100 est utilisée pour exprimer la capacité (en Ah) selon la durée de décharge (5h, 10h, 24h, 100h). Pour une batterie donnée, sa capacité pour une décharge lente (ex : C100 pour 100h) sera supérieure à celle d’une décharge rapide (ex : C5 pour 5h).
La profondeur de décharge
Selon le type de batterie et pour prolonger leur durée de vie, celles-ci ne doivent pas être décharger en dessous d’un certain seuil. Par exemple, avec les batteries plomb, on évitera généralement de descendre en dessous des 50% de décharge alors que celle au lithium permettent de descendre à 80%.
Cette valeur doit donc être prise en compte lors de la sélection et du dimensionnement des batteries car elle nous informe sur la quantité d’énergie réellement exploitable au quotidien.
Durée de vie et nombre de cycles
La durée de vie d’une batterie est généralement évaluée en nombre de cycles qu’elle peut effectuer avant de ne plus être fonctionnelle (1 cycle = 1 décharge + 1 charge). Comme pour la capacité, la durée des cycles influence sa durée de vie. Ainsi, moins une batterie effectuera de cycles et plus ces cycles seront lents, moins elle s’usera rapidement. De même, la profondeur des décharges influencera aussi sa durée de vie.
6 - Conclusion
L’autonomie énergétique ne se résume donc pas à installer un champ de panneaux solaires sur son toit. Une vision globale des besoins énergétiques et des consommations spécifiques est nécessaire pour sélectionner les solutions adéquates et les dimensionner correctement.
Se faire conseiller et accompagner par un professionnel indépendant offre l’assurance d’une expertise spécialisée et des solutions sur-mesures. Vous obtenez une vision globale du projet et vous pouvez prendre des décisions éclairées. Vous évitez de perdre du temps en faisant des erreurs contre-productives qui impactent souvent le budget.
