L'expression "Smart building", ou bâtiment intelligent en français, définit la capacité d'un bâtiment à transmettre des données à une application afin que cette dernière puisse surveiller, contrôler et modifier le comportement en temps réel des équipements techniques du bâtiment tels que le chauffage, la ventilation, la climatisation, l'éclairage, la sécurité et d'autres systèmes. Les bâtiments intelligents sont aujourd’hui chargés d'optimiser les ressources, de réduire la pollution et d'améliorer la sécurité et la qualité de vie de leurs occupants.

La mutation d'un bâtiment en entité administrable "électroniquement" s'effectue par l'installation de capteurs et d'actionneurs connectés. Les informations provenant de ces objets sont relayées en temps réel via les réseaux de communication, généralement internet même si d'autres types de réseaux peuvent être utilisés. Les données sont surveillées et contrôlées via une interface, le plus souvent une application web.

La mise en oeuvre de tels systèmes a pour objectif d'optimiser le confort, l'efficacité énergétique et la sécurité d'un bâtiment. L'internet des objets et l'évolution des algorithmes informatiques apportent aux gestionnaires une analyse précise des performances d'un bâtiment.

Des actions ponctuelles ou des planifications peuvent ainsi être réalisées ou programmées afin d'optimiser le fonctionnement de l'éclairage, du chauffage, des systèmes de sécurité, etc. Cet apport informatique fait du Smart Building une révolution pour la Gestion Technique de Bâtiment (GTB), où les capteurs sont souvent indépendants les uns des autres. La démocratisation de l'intelligence artificielle promet une gestion toujours plus précise de tous les composants d'un bâtiment.

L'internet des objets ouvre la voie à des dispositifs ultra-performants pour gérer l'éclairage ou le chauffage d'un bâtiment. Par exemple, la température de confort d'une pièce peut être contrôlée et pilotée non seulement grâce à la présence de capteurs de température mais aussi avec des capteurs de présence et des capteurs sur les vitrages pour vérifier leur ouverture ou fermeture. Les données relayées par les capteurs peuvent aussi être exploitées pour la sécurité. Une alerte peut être envoyée si une fenêtre est ouverte après les horaires d'ouverture d'un bâtiment. Si le taux de monoxyde de carbone augmente anormalement, une alerte sera envoyée aux équipes en charge de la sécurité. Un capteur de luminosité connecté peut être utilisé par un système intelligent pour avertir une banque de la défaillance du dispositif d'éclairage de son sas de retrait ouvert 24h/24. Il existe même certains systèmes qui vont gérer la présence d’extincteurs ou de défibrillateurs ainsi que le besoin de remplacement de batteries ou de piles.

Si les solutions retenues pour améliorer l'efficacité d'un bâtiment doivent répondre aux besoins du gestionnaire et des utilisateurs, l'optimisation énergétique est incontournable, notamment en raison de la norme européenne NF-EN-15232. Cette norme spécifie quels sont les critères demandés aux systèmes de gestion technique de bâtiment.

Les trois axes suivants permettent d'établir l'analyse fonctionnelle des besoins :

  • La supervision

Signifie qu'un bâtiment doit être suivi et/ou piloté selon les besoins définis.

  • La surveillance

Fait référence notamment aux alarmes, qui doivent être efficaces.

  • L'analyse

Doit permettre de déterminer les besoins et les coûts réels de l'ouvrage.

L'acquisition de données de consommation est indispensable pour mesurer les performances et contrôler si les objectifs définis par le maître d'ouvrage ont été atteints. La norme NF-EN-15232 permet donc de cadrer l'ensemble des fonctions du bâtiment et de mettre en oeuvre des systèmes de régulation optimisant la performance énergétique, mais aussi d'estimer, avec une méthode fournie, l'impact des installations. "Smart Building" est également une démarche permettant de répondre aux exigences de la Loi de Transition Énergétique, qui impose une gestion active de l'énergie.

Transformer un bâtiment en "Smart Building"

Les bâtiments déjà construits sont dotés de systèmes de mesure déconnectés les uns des autres et pour lesquels la collecte de données au sein d'une application centralisée est impossible. Avec le Smart Building, le défi est d'adjoindre à ces systèmes des objets connectés, des IoT, capables de faire remonter des données en temps réel. La multiplicité des technologies nécessite de concevoir des objets jouant le rôle d'interface, c'est-à-dire capables de capturer les données d'un outil pour les présenter au réseau connecté sous une forme intelligible, mais aussi de jouer le rôle d'actionneurs. Ainsi, le gestionnaire du bâtiment retrouve dans une interface l'ensemble des données du bâtiment. Cette interface doit également proposer une analyse des données, des projections et des actions de pilotage en temps réel ou programmables.

L’interface peut non seulement concerner des objets, mais aussi des réseaux déconnectés et incapables de communiquer les uns avec les autres, comme par exemple le réseau électrique et le réseau de chauffage. Cette unification est considérée par les maîtres d’ouvrage comme l'émergence d'un nouveau fluide du bâtiment, comme le sont l'énergie, l'eau ou le volume d’air.

Le smart building, pour répondre aux besoins de chaque type de bâtiment

La vocation d'un bâtiment est au cœur du concept de "Smart Building". Des bureaux, des gymnases ou des écoles ne répondent pas aux mêmes besoins qu'un immeuble d'habitation ou qu'un bâtiment de production industrielle.

Pour des établissements scolaires, des crèches, des bureaux ou des gymnases, le système déployé doit permettre l'exploitation et la maintenance des bâtiments en prenant en compte leurs intermittences. Une option de coupure générale doit être accessible. La surveillance, pour ce type d'ouvrage, concerne en règle générale les températures de confort, la qualité de l’air intérieur (CO2), les défauts techniques liés à la production (continuité de service) et la présence dans les espaces. La supervision est centrée sur l'éclairage (intérieur : indiquer la non-présence ; extérieur : horloge, calendrier et capteur crépusculaire), le chauffage, la ventilation et l'eau chaude sanitaire (uniquement sur les espaces de restauration et appoint nettoyage). L'analyse se concentre sur la mise en œuvre d'un plan de comptage avec des sous-comptages par fluides (énergie, eau, volume d’air, ...), par zone, fonction et usage.

Pour un immeuble d'habitation, la surveillance sera ainsi centrée sur les espaces communs, l'éclairage, la ventilation, l'ascenseur, les besoins en eau (arrosage/nettoyage), le contrôle d'accès, la température de confort des logements. La supervision concernera l'éclairage (capteurs de mouvements, interrupteurs sur minuterie ou crépusculaires, etc.) ou les systèmes de production de chauffage et d’eau chaude sanitaire centralisés. L'analyse devra différencier les espaces communs des logements, prendre en compte la température, appliquer un plan de comptage avec des sous- comptages des fluides (énergie, eau, volume d’air, etc.).

Le Smart Building est humain

Si l'humain est au coeur des bâtiments, c'est également le cas pour le Smart Building. L'installation de capteurs, d'actionneurs, la mise en réseau de systèmes, l'analyse des données, l'interfaçage, ont pour objectif d'améliorer le confort des utilisateurs.

Si les données recueillies sont en premier lieu exploitées par un gestionnaire afin d'adapter ou de modifier le fonctionnement du bâtiment, elles doivent aussi être utilisées pour échanger avec les usagers. Cette communication doit déboucher sur des mesures à prendre ou des habitudes à changer afin d’optimiser le rendement énergétique ou d’améliorer la sécurité. Dans une école, le comptage de l'eau par zone permet d'alerter en cas de surconsommation par les élèves pour ensuite leur apporter une formation sur les bonnes pratiques. Un affichage des données liées à la consommation est recommandé pour améliorer les comportements. Pour une efficacité maximale, il est préconisé d'adopter des formes d'affichage ludiques et en temps réel qui vont inciter l'utilisateur à devenir un usager éco-responsable.

L'amélioration des conditions de travail des salariés d'une entreprise constitue un autre exemple de bénéfice que peut apporter le Smart Building. Des capteurs de présence peuvent en effet être utilisés pour analyser l'utilisation des espaces de travail et ceux de vie commune et pour concevoir un algorithme d'optimisation.

Conclusion

Le Smart Building - en apportant de l'intelligence électronique, informatique et humaine aux bâtiments - représente un maillon essentiel dans la constitution de villes intelligentes, les Smart City, où la mise en connexion des différents réseaux et acteurs va permettre une optimisation des coûts et des dépenses énergétiques, ainsi qu’une amélioration du bien-être des habitants.

Ces réseaux connectés sont des éléments indispensables d’une réalisation encore plus grande : le réseau électrique intelligent, le Smart Grid, qui doit permettre d'intégrer au réseau existant les sources d'énergies renouvelables et d'optimiser les consommations et les productions. Cette approche intelligente est devenue indispensable avec le changement climatique et l'augmentation des coûts de l'énergie.