Une centrale électrique devant la fenêtre

Chauffer ou refroidir des b?timents nécessite de l'énergie. Des fa?ades intelligentes permettraient d'en économiser une grande partie. Un système développé à l'ETH Zurich utilise des panneaux solaires mobiles qui produisent de l'électricité tout en laissant passer le soleil ou en faisant de l'ombre juste ce qu'il faut en fonction du temps et du climat intérieur.

Un bilan énergétique positif

Arno Schlüter, professeur d'architecture et de systèmes de construction, a développé avec son groupe un système de fa?ade qui permet de réguler le bilan énergétique des pièces de manière à ce qu'elles produisent plus d'énergie qu'elles n'en consomment sur l'année. C'est ce que montre une étude récemment publiée dans la revue "Nature Energy".

La nouvelle fa?ade se compose d'un réseau de c?bles légers avec des panneaux solaires disposés en rangées, commandés individuellement et déplacés verticalement et horizontalement par un élément pneumatique souple. Les actionneurs dits "souples" constituent le c?ur de la fa?ade : gr?ce à la combinaison de matériaux souples qui changent de forme sous la pression et d'une articulation en U fixe, ils peuvent se rigidifier à la demande de manière à résister à une tempête.

En réalisant plusieurs prototypes sur le campus du H?nggerberg, les chercheurs ont testé l'aptitude de l'installation à résister aux intempéries et ont effectué des mesures. Ils voulaient notamment savoir combien d'énergie solaire supplémentaire les panneaux mobiles génèrent par rapport à une fa?ade solaire statique. Résultat : par une claire journée d'été, les panneaux solaires mobiles ont généré environ 50 % d'énergie en plus que les panneaux de fa?ade statiques.

Potentiel d'économie simulé

La fa?ade peut non seulement produire de l'électricité, mais aussi réguler la quantité de lumière qui la traverse et donc la quantité de chaleur produite dans la pièce. Un algorithme capable d'apprendre commande les mouvements des panneaux de manière à ce que la production d'électricité et les économies de chauffage et de climatisation se combinent pour donner un besoin total en énergie aussi faible que possible. L'algorithme tient également compte de l'utilisation actuelle de la pièce et optimise le climat en conséquence.

Afin de déterminer de combien les besoins en énergie d'une pièce peuvent théoriquement être réduits, les chercheurs ont simulé plusieurs scénarios à partir des données du prototype. Ils ont calculé le potentiel d'économie d'énergie de pièces équipées de fa?ades solaires mobiles au Caire, à Zurich et à Helsinki. Pour ce faire, ils ont simulé à chaque fois un espace de bureau et un espace d'habitation.

Le plus grand potentiel dans les zones tempérées

Les résultats le montrent : La fa?ade a tendance à permettre d'économiser plus d'énergie dans les bureaux que dans les pièces d'habitation, plus dans les zones climatiques chaudes que dans les zones froides, mais surtout dans les zones tempérées comme en Europe centrale. Arno Schlüter résume ainsi : "Plus les conditions générales sont variables, plus les avantages de la fa?ade adaptative sont importants". Les simulations ont montré le meilleur bilan pour un espace de bureaux situé dans une zone tempérée, par exemple à Zurich, et construit selon la norme de construction la plus récente. Dans ce scénario, où le local a besoin à la fois de chauffage et de climatisation tout au long de l'année, la fa?ade a produit 115 % de l'énergie nécessaire à un climat intérieur agréable. La simulation d'un espace de bureau dans un immeuble construit avant 1920 au Caire, qui nécessite beaucoup d'ombre et de refroidissement, donne un résultat tout aussi bon. Dans ce cas, l'installation a produit 114 % de l'énergie nécessaire. L'étude promet donc un potentiel d'économie d'énergie aussi bien pour les constructions nouvelles que pour les b?timents anciens, mais la fa?ade doit toujours être considérée en interaction avec l'espace situé derrière.

"Nous voulons résoudre la contradiction entre le confort et l'efficacité énergétique des b?timents", explique Arno Schlüter. "En effet, la pièce la plus efficace sur le plan énergétique serait théoriquement une pièce sans fenêtre. Nous sommes donc heureux de montrer qu'avec une interface intelligente entre l'intérieur et l'extérieur, nous pouvons produire un climat intérieur idéal et même un surplus d'énergie en même temps".

Le groupe de Schlüter pourra bient?t mesurer l'effet de la fa?ade solaire adaptative sur un b?timent réel : Elle fait partie de l'unité de b?timent futuriste "HiLo", qui est actuellement construite sur la plate-forme supérieure du b?timent de recherche NEST à Dübendorf (voir encadré).