Analyse des apports et besoins énergétiques d'un bâtiment isolé et enjeux éthiques associés pour développer des stratégies de gestion d'énergie centrées sur les solutions de stockage pour viser l'autonomie complète

Abstract

Ces dernières années, la difficulté accrue d’exploiter les gisements de combustibles fossiles combinée au développement exponentiel du marché des énergies renouvelables amènent ces dernières à un coût historiquement bas. Ce contexte particulier suscite en parallèle le développement de bâtiments d'un genre nouveau, moins énergivores. Dans les régions isolées du monde, l'objectif ultime est alors de concevoir des infrastructures totalement autonomes. A ce titre, ce projet de maitrise présente une étude transversale sur la faisabilité de concevoir un bâtiment autonome, allant du dimensionnement général de l’installation, au développement de stratégies de gestion d’énergie utilisables en temps réel s’appuyant sur un modèle électrique précis, jusqu’à l’étude des enjeux éthiques associés à l’implantation réelle d’une telle installation. Le dimensionnement général vise à déterminer les caractéristiques générales des éléments de stockage nécessaires pour garantir en tout temps une énergie électrique et thermique qui répond à la demande énergétique du bâtiment et de ces utilisateurs. Pour ce faire, un modèle thermique général du bâtiment est présenté, ainsi qu’un modèle permettant d’estimer en tout lieu l’énergie solaire disponible. Le dimensionnement du système est réalisé en utilisant un algorithme génétique qui vise à minimiser le prix total de l’installation, tout en garantissant un fonctionnement satisfaisant en tout temps. Ce dimensionnement s’appuie sur une simulation horaire réalisée à l’échelle d’une année. Par la suite, un modèle électrique complet de l’installation est présenté et simulé sous Matlab/Simulink, permettant de réaliser une simulation dynamique du bâtiment autonome. Le modèle développé est structuré en utilisant le formalisme de Représentation Energétique Macroscopique (REM), ainsi qu’une méthode de simplification permettant de diminuer efficacement le temps de simulation, tout en conservant un haut niveau de précision dans l’évolution des grandeurs énergétiques d’intérêts. Deux stratégies de gestion applicables en temps réel sont alors présentées et comparées. Enfin, une approche par les « usages responsables » est présentée, afin de mettre en évidence les enjeux éthiques associés à l’implantation réelle du bâtiment autonome. Cette étude s’appuie sur des cas d’usages concrets au Canada, et sur une technologie émergente proposée par une start-up française.