Le verre à énergie positive (EPoG), une nouvelle référence dans le domaine de la construction

Face à l’urgence climatique, le développement des technologies solaires offre des perspectives inouïes pour la transition énergétique. Pour les acteurs du projet Européen Be-Smart, l’avenir est à une vaste intégration d’éléments de construction producteurs d’énergie dans les bâtiments. En bref, des murs et des toits producteurs d’énergie. La technologie EPoG, pour « energy positive glazing » est au centre de cette dynamique soutenue par l’Union européenne. EPoG est un verre multifonctionnel, contenant des cellules solaires et dont la taille est modulable. Cette technologie est déjà aboutie, fiable, peu coûteuse, et génératrice d’une énorme valeur ajoutée. EPoG se profile comme une nouvelle référence aussi bien dans le milieu de l’architecture que de la construction. Cependant, due à l’évolution rapide des technologies solaires ces dernières années, elle demeure encore méconnue, et surtout confondues avec les fonctionnalités et les usages des panneaux solaires standards conçus pour les centrales solaires classiques. Be-Smart vise donc à encourager un changement de paradigme: l’essor des technologies solaires n’est plus tant l’affaire des ingénieurs que des architectes.

Depuis plusieurs mois en Europe, des dizaines de milliers de jeunes et moins jeunes manifestent, dans l’espoir que des actions politiques fortes soient engagées contre les changements climatiques. Dans cette transition urgente vers la durabilité, la réduction des émissions de gaz à effet de serre, dont 80% proviennent des énergies fossiles en Suisse, et l’augmentation de la production d’énergie renouvelable, représentent deux enjeux majeurs. Un large éventail de solutions techniques existe déjà. Parmi elles, le déploiement de la technologie solaire est fondamental afin d’atteindre les objectifs fixés. Dans cette perspective, deux voies complémentaires doivent être poursuivies. D’un côté, l’installation à grande échelle de centrales solaires doit être multipliée, en parallèle à l’installation de centrales éoliennes et hydrauliques. Les panneaux solaires standards, disponibles sur le marché ont été optimisés pour permettre cette implémentation massive telle que les centrales que l’on trouvent sur les toits plats industriels. D’un autre côté, l’intégration à large échelle dans les bâtiments, d’éléments de construction producteurs d’énergie doit s’accélérer. Cette perspective prometteuse est aujourd’hui possible grâce à l’avancée de la recherche scientifique et des efforts industriels qui ont permis une maximisation de l’efficacité des cellules solaires et une réduction des coûts de production. Aujourd’hui déjà, il est possible de construire des toitures ou des façades entièrement actives et de grande valeur architecturale.

EPoG pour « energy positive glazing », est le nom de cette technologie qui se profile comme une nouvelle référence dans le domaine de l’architecture. Son originalité est de donner une fonction architecturale à la technologie photovoltaïque. A la différence d’un panneau solaire classique, EPoG est un élément de construction appartenant à la famille des verres intelligents. Plus précisément, il s’agit d’un verre feuilleté contenant des cellules solaires intercalées, et pouvant se décliner dans différentes couleurs. Il se substitue donc à d’autres éléments de constructions tel que la tuile ou la plaque d’Alucobond. Son utilisation n’est pas différente de celui d’un verre traditionnel. Mais en plus d’assurer des fonctions d’étanchéité, d’isolation, de protection solaire et esthétique, il produit de l’énergie. Par conséquent, il produit de la valeur pour le propriétaire du bâtiment et peut être rentabilisé en une dizaine d’années s’il est installé en façade, et en quelques années seulement s’il est installé en toiture (selon la performance: orientation, couleur, etc.). Cette technologie est aujourd’hui mature et elle continuera à être optimisée pour en diminuer encore les coûts.

Pourtant, EPoG demeure encore méconnue, tant son développement a été rapide ces dix dernières années. Les technologies solaires sont encore trop souvent perçues à travers les fonctionnalités et les usages des panneaux solaires classiques: c’est à dire comme des éléments peu fiables et chers, produisant uniquement de l’énergie, et que que l’on appose après coup sur un édifice.
L’essor d’EPoG implique donc un changement de paradigme. Pour autant qu’ils le souhaitent, les architectes et les métiers de la construction peuvent aujourd’hui déjà concevoir et construire des maisons solaires sans panneaux classiques. Pour cela, l’architecte et le constructeur doivent intégrer EPoG au début de leur projet, et non pas considérer les technologies solaires a posteriori comme des ajouts inesthétiques au bâtiment.

Le défi de Be-Smart est de faire connaître EPoG aux spécialistes et au grand public et de faciliter son appropriation, concrètement, dans le travail des architectes et des entreprises de construction. Des bâtiments « modèles » seront présentés pour démontrer la faisabilité et les étapes de tels projets, mais aussi pour initier le grand public aux nouvelles formes que prendront les bâtiments dans le futur. La production de cette technologie par des industries locales sera également encouragée pour faciliter les chaînes de production et de recyclage courtes et circulaires. Les potentialités d’intégration d’EPoG dans les édifices sont inouïes et réduire la communication à des arguments purement techniques serait trop réducteur. Imaginez Notre-Dame habillée d’une nouvelle toiture active, fournissant de l’énergie à la Ville de Paris ! Tout est possible. Faire connaître EPoG passe donc inévitablement par la créativité et l’émotion!

Pour en savoir plus sur le projet européen Be-Smart: www.thebesmartproject.eu

Laure-Emmanuelle Perret, Nicolas Derungs

Un panneau solaire doit-il toujours ressembler à un panneau solaire ?

Il existe aujourd’hui de nombreux moyens de capter et d’utiliser l’énergie solaire permettant ainsi de contribuer à nos besoins tout en réduisant les émissions nocives de CO2. Le photovoltaïque en fait partie et a récemment attiré beaucoup d’attention en raison de son caractère hautement technologique et des progrès impressionants de ces dernières années qui ont permis une drastique diminution de son coût et en conséquence une forte croissance du marché mondial. Les partenaires du projet européen Be-Smart, qui a débuté en octobre 2018 pour une durée de 4 ans, travaillent ensemble dans le but de démocratiser encore plus cette technologie en se basant sur des technologies dites « transformatives ». Ces nouvelles solutions solaires réinventent la manière dont les systèmes photovoltaïques sont utilisés dans les bâtiments et ne ressemblent en rien à des modules solaires typiques !

Le soleil est une source d’énergie sans fin qui fournit environ 1 000 W / m2 d’énergie à la surface de la Terre. La valeur de cette puissance est instantanée et l’énergie ainsi obtenue est par définition sa puissance multipliée par le temps. Par conséquent, 1000 à 2000 heures de soleil par an peuvent nous fournir 1000 à 2000 kWh (en fonction de l’emplacement) d’énergie par m2. Ceci équivaut à un baril de pétrole (159 litres) donc environ 1 700 kWh d’énergie. Un mètre carré au sol reçoit près de l’équivalent d’un baril de pétrole par an, c’est beaucoup!
Quelle quantité d’énergie utilisons-nous chaque année?
Conduire 15 000 km en voiture nécessite environ 900 litres d’essence (pour une voiture brûlant 6 l / 100 km) ou 5 à 10 m2 de panneaux photovoltaïques avec une voiture électrique! Une maison correctement isolée nécessite 100 à 150 kWh par m2 de surface pour le chauffage, le refroidissement et l’électricité. Si l’énergie du soleil pouvait être capturée avec une efficacité de 100%, il est alors facile de calculer que 10-15 m2 de panneaux solaires seraient suffisants pour couvrir tous les besoins en énergie d’un seul ménage. Il existe aujourd’hui une multitude de possibilités de capter et d’utiliser l’énergie du soleil, ce qui permettrait à de nombreuses maisons de devenir des producteurs d’énergie indépendantes.
Le photovoltaïque est souvent choisi pour sa simplicité d’utilisation et d’installation. Des panneaux photovoltaïques peuvent être ajoutés à un toit existant (BAPV building applied photovoltaic), ou peuvent être intégrés de manière plus élégante à un toit ou à une façade (BIPV building integrated photovoltaic). Adaptables et modulables à pratiquement tous les types de bâtiments, de nombreuses solutions existent permettant de produire de l’électricité à très bas coût! Plusieurs projets BIPV couronnés de succès ont déjà été réalisés ces dernières années en Suisse, en Europe et dans le monde entier. En effet, de nouveaux exemples spectaculaires sont apparus ces dernières années, notamment la possibilité de créer des modules blancs ou de différentes couleurs. Il est même possible aujourd’hui d’intégrer aux panneaux solaires des images à hautes résolutions ( technologie du CSEM) pour des applications plus artistiques tel que l’installation e-mersion présentée par Compáz dans le parc du Musée du Laténium à Hauterive (NE). Les possibilités semblent infinies, chaque élément de construction devenant en théorie une source potentielle de production d’énergie.
Pour les applications en toiture, la technologie la plus mature commercialisée aujourd’hui est un module couleur terra-cotta spécialement conçu pour les zones architecturalement sensibles tels que les centres villes historiques ou zones protégées par leurs valeurs patrimoniales. Le module solaire devient alors en premier lieu un élément de construction de toiture remplaçant la tuile originale qui doit garantir une robustesse mécanique élevée conforme aux normes de la construction. En addition de ses propriétés constructives et architecturales, il est aussi fournisseur d’électricité, ce qui n’est pas moindre !
Les façades solaires intégrées ont un potentiel particulièrement élevé dans les centres urbains à forte densité, où leur rapport surface sur toit augmente avec la hauteur du bâtiment. Pour l’application en façade, plusieurs techniques de coloration et de texturation ont été développées pour transformer l’aspect visuel des modules photovoltaïques standard en réels éléments de façade, élégants et architecturalement intéressants.

Les partenaires du projet européen Be-Smart qui regroupe 15 membres issus d’instituts de recherche et industries travaillent ensemble pour concevoir et fabriquer de nouveaux produits et solutions afin de créer une nouvelle génération de produits photovoltaïques qui changera la façon dont les gens perçoivent et pensent l’intégration des panneaux solaires dans les bâtiments. Des éléments de construction actifs, intelligents car producteurs d’énergies !

Quels sont les défis pour permettre une implémentation à grandes échelles de ces technologies ?

D’un point de vue architectural, l’intégration au bâtiment des technologies solaires nécessite un concept d’éléments actifs modulaires, disponibles dans une grande variété de tailles, de formes et de couleurs pour satisfaire les contraintes architecturales à la fois esthétiques et techniques. Cela implique un changement de paradigme nécessaire qui consiste à ne plus essayer d’imposer la mise en œuvre d’un panneau photovoltaïque standard, conçu et optimisé pour les grandes centrales solaires comme élément de construction mais de l’envisager en premier lieu comme élément de construction architectural. La référence d’un panneau solaire dédié au bâtiment devient alors l’élément de construction traditionnel tel que la tuile ou l’élément de façade en aluminium et non plus l’élément photovoltaïque standard. On passe donc d’un élément de construction passif à un élément actif, producteur d’électricité.

De nombreuses études ont montré que le «coût élevé» de ces technologies était l’un des principal obstacle à la mise en œuvre de telles installations. Cet argument n’est plus valable aujourd’hui. En effet, grâce aux nombreuses améliorations récentes de la technologie PV, les cellules solaires ne coûtent presque plus rien! Cela ouvre d’énormes possibilités, magnifiées par l’ajout de couleurs, ainsi que par des formes et des tailles personnalisables. Les installations BIPV sont aujourd’hui compétitives par rapport aux matériaux de construction traditionnels. Il est évident que les barrières commerciales ne sont pas seulement économiques et techniques, mais surtout politiques, sociales et culturelles. Une prise de conscience des avantages offerts par les panneaux solaires et ces nouveaux éléments de construction actifs doit être prise par toutes les parties impliquées dans de tels projets, des premières esquisses de l’architecte au soutient et la volonté d’agir de nos politiciens et collectivités publiques ainsi que des citoyens pour qui le choix est possible aujourd’hui. Ceci demande, tout au long de la chaîne de valeurs, de nouvelles compétences nécessitant de nouveaux réseaux de collaboration, voire même la création de nouvelles professions pour combler les lacunes éventuelles. De plus, il est de la plus haute importance de faire connaître ces produits au-delà du monde professionnel de la construction mais à tout citoyen désireux et demandant de solutions durables. Une communication à 360 degrés prend tout son sens ici.

Le défi des partenaires du projet Be-Smart est de contribuer à la mise sur le marché de technologies qui démontrent aujourd’hui qu’il est possible de s’affranchir des combustibles fossiles et que ceci ouvre même la porte à une économie nouvelle et possible dans ce domaine en forte compétition, asiatique notamment. L’énergie solaire comme un véritable matériau de construction, dans une vision de construction durable est une opportunité unique pour l’industrie suisse et européenne. Le consortium Be-Smart, composé de tous les acteurs de la chaîne de valeur du bâtiment producteur d’énergie, prend ce défi très au sérieux et est convaincu que seule une collaboration multidisciplinaire active permettra d’atteindre ces objectifs.
Let’s be-smart together !

Laure-Emmanuelle Perret
Christophe Ballif

www.thebesmartproject.eu
Le projet Be-Smart a reçu un financement de l’Union Europénne pour le programme de recherche et innovation Horizon 2020 (grant agreement No 818009)

Patrimoine, Art et Technologie Solaire

L’Union européenne et la Suisse se sont fixées des objectifs ambitieux dans le cadre du plan de mise en œuvre de la COP21 et des objectifs Climat et Energie 20/20/20. Pour faire face aux challenges énergétiques, il est aujourd’hui évident que l’énergie solaire photovoltaïque est en train de jouer un rôle clé. D’une part les coûts du photovoltaïque sont devenus aujourd’hui très compétitifs et d’autre part de nouvelles solutions technologiques permettent de facilité toujours plus son intégration au niveau esthétique. Du panneau solaire noir au blanc en passant par l’intégration d’images à haute résolution, il existe une multitude de solutions techniques qui ne demandent qu’à trouver leur place au sein de nos villes et de notre patrimoine construit.

Le photovoltaïque intégré au bâtiment jouera sans aucun doute un rôle important, notamment dans les villes et les zones urbaines. En effet, nos villes offrent un nombre important de surfaces disponibles pour l’exploitation de l’énergie solaire, sur les toits plats, les bâtiments industriels et les nouvelles constructions. La quantité d’énergie qui pourrait être fournie ainsi est estimée à 22% au niveau mondial.
Néanmoins on observe que le marché du photovoltaïque intégré au bâtiment à tout de même du mal à démarrer. Ces projets sont aujourd’hui encore nouveaux et uniques et nécessitent de nouveaux types de collaborations entre différentes corps de métier ou même de nouveaux métiers. Comment faire connaître ces nouvelles solutions et faire en sorte que le panneau solaire devienne un véritable matériau de construction? Et au delà de leur application sur le bâtiment, est ce qu’ils ne pourraient pas contribuer de façon innovante au dévelopement de la « Smart City » vraiment « Smart » et rendre actives et attractives des surfaces qui jusqu’alors ne produisaient pas d’énergie ? Imaginez que les panneaux publicitaires et autres billboards, que les expositions en plein air en plus de leur fonction première de communication et support artistique deviennent aussi producteurs d’électricité ?
Grâce aux récents développements de la recherche dans le domaine qui permettent même l’intégration d’images à hautes résolution, le panneau solaire peut aujourd’hui devenir un support artistique et contribuer ainsi à un changement de paradigme nécessaire.


Mise en lumière des sites Palafittes des rives neuchâteloises, un projet de Compáz

Emersion, une fresque photos-voltaïques.

L’art est indissociable de la vie sociale, son rôle à l’intérieur de celle-ci évolue en fonction des époques, des cultures et des technologies. En associant pouvoir de création et développements technologiques, l’association Compáz entend mettre la science au service de l’art et l’art au service de la science. Les projets Compáz sont des espaces pour désigner des questions importantes de sociétés. La question énergétique en fait partie intégrante.

Le Laténium est le plus grand musée archéologique de Suisse. Présentant 50’000 ans d’histoire régionale il a connu depuis son ouverture plusieurs consécrations officielles importantes dont notament le Prix du Musée du Conseil de l’Europe en 2003. En 2011, le Latenium organise la cérémonie officielle de l’UNESCO célébrant l’inscription des palafittes du pourtour alpin au Patrimoine mondial de l’humanité. Dès lors, le musée rayonne d’un attrait particulier et cherche à développer l’intérêt du public pour l’archéologie neuchâteloise ainsi que la préservation et la mise en valeur de ce patrimoine unique.
Ce patrimoine millénaire est néanmoins fragile et ne peut être mis à jour au grand public sans risqué sa dégradation.
Compaz au travers de son projet e-mersion a inauguré le 23 octobre dernier une installation unique qui combine technologie solaire et photographie pour faire découvrir au grand public les vestiges palafittes enfouis mystérieusement au fond du lac et permettre ainsi une valorisation unique de ce patrimoine UNESCO. Ainsi, la représentation de ce site lacustre à l’échelle 1 :1 sous la forme de 19 panneaux solaires de 1.6 m2 est à découvrir sur les murs du plan d’eau se trouvant dans le parc du Laténium et qui restitue l’altitude historique du lac de Neuchâtel, avant son abaissement artificiel à la fin du 19e siècle. L’énergie produite par cette surface active de 27 m2 est directement injectée dans le réseau électrique local pour être directement autoconsommée par le bâtiment du Musée. Cette source d’énergie renouvelable contribue à alimenter notamment, l’éclairage nécessaire et conséquente du musée qui a été construit dans un esprit de durabilité et a reçu en 2004 le Prix Minergie.
Au travers de ce projet, Compáz met en scène un savoir faire neuchâtelois unique, tant dans la muséographie que dans la technologie. A découvrir à Neuchâtel !