Électrification et optimisation de la consommation d'énergie

L'industrie de la construction est parmi celles qui consomment le plus d'énergie au monde, puisque le fonctionnement des bâtiments représente 30 % de la consommation d'énergie finale. Environ 40 % de cette énergie est utilisée pour le chauffage, la ventilation et le conditionnement d'air, le reste étant utilisé pour l'éclairage, l'équipement, les ascenseurs et les escaliers mécaniques, etc. En 2022, le fonctionnement des bâtiments représentait 27 % des émissions mondiales de CO₂, soit 9,8 Gt de CO₂ ⁽⁸⁾. Pour capturer une telle quantité d'émissions de CO₂, il faudrait une forêt de la taille de la Chine.

La bonne nouvelle, c'est que les bâtiments se tournent vers les énergies renouvelables et l'électricité comme source d'énergie, ce qui permet d'éliminer le carbone à long terme si la production d'électricité est entièrement décarbonée. La mauvaise nouvelle est qu'en termes absolus, l'utilisation de combustibles fossiles dans les bâtiments a augmenté à un taux annuel moyen de 0,5 % depuis 2010 ⁽⁸⁾. Cette augmentation est principalement due à la surface de plancher mondiale, qui a augmenté plus rapidement que l'intensité énergétique. L'énergie consommée par surface de plancher a diminué. Une autre cause est l'utilisation accrue de la climatisation des locaux. La consommation d'énergie associée à la climatisation des locaux a plus que triplé depuis 1990. Il y a également un effet multiplicateur, car plus de la moitié des augmentations de surface de plancher jusqu'en 2030 se produiront dans des zones où les besoins en matière de climatisation des locaux sont élevés. Cette tendance se poursuivra. D'ici 2030, la surface de plancher mondiale devrait augmenter d'environ 15 %, ce qui équivaut à la totalité de la surface de plancher construite en Amérique du Nord actuellement ⁽⁹⁾. Pour atteindre l'objectif de « carboneutralité » de l'Agence internationale de l'énergie, les combustibles utilisés par les bâtiments doivent être davantage décarbonés et l'intensité énergétique réduite.

Pour décarboner les combustibles utilisés dans les bâtiments et réduire l'intensité énergétique, il faudra optimiser la production d'énergie thermique dans les bâtiments : récupération, stockage et consommation.

L'optimisation de la production d'énergie thermique pour le chauffage nécessite de passer des systèmes à base de combustibles fossiles aux thermopompes alimentées par de l'électricité renouvelable. Selon l'Agence internationale de l'énergie, tripler le parc mondial de thermopompes d'ici 2030 pourrait réduire les émissions de CO₂ de 500 Mt par an ⁽¹⁰⁾. Cependant, la plupart des thermopompes actuelles utilisent des fluides frigorigènes à base d'hydrofluorocarbures au potentiel de réchauffement du globe (PRG) élevé. Si rien n'est fait, le parc de thermopompes de 2030 pourrait émettre 740 Mt d'équivalent CO₂ ⁽¹⁰⁾. Les solutions comprennent la transition vers des hydrofluorocarbures à faible PRP, des hydrocarbures ou d'autres réfrigérants naturels. Les hydrofluorocarbures nécessitent toutefois des recherches supplémentaires dans le domaine de la toxicité et de la décomposition atmosphérique, et les hydrocarbures doivent faire l'objet de mesures de sécurité supplémentaires en matière d'inflammabilité. En ce qui concerne le refroidissement, la demande devrait plus que tripler d'ici 2050 en raison de l'adaptation au climat ⁽⁷⁾. Pour atténuer l'augmentation de l'intensité énergétique qui en découle, il faudra améliorer l'efficacité des systèmes de refroidissement et adopter davantage de solutions de refroidissement passif. De plus, l'électricité photovoltaïque sur place et l'entreposage peuvent contribuer à la décarbonation de l'intensité énergétique croissante causée par la climatisation.

La récupération et la redistribution de la chaleur résiduelle constituent un autre moyen de décarboniser les combustibles utilisés dans les bâtiments. De plus en plus, la chaleur excédentaire provenant des installations de traitement des déchets municipaux, des centres de données, des tunnels du métro, des sites industriels, des électrolyseurs ou des centrales nucléaires sera captée et redistribuée par les réseaux de chauffage collectifs. Grâce à l'adoption de la technologie des thermopompes, les réseaux d'énergie devraient également prendre de l'ampleur. Les réseaux énergétiques transfèrent l'énergie thermique entre les bâtiments à des températures ambiantes (10-25 °C [50-77 °F]), réduisant ainsi les pertes de chaleur.

Les thermopompes et l'utilisation de la chaleur perdue favoriseront également l'adoption d'unités d'entreposage thermique (ou piles thermiques), qui constituent un moyen efficace d'équilibrer l'offre et la demande d'énergie. Les thermopompes peuvent convertir en énergie thermique le surplus d'électricité provenant de sources renouvelables telles que l'énergie éolienne ou l'énergie solaire photovoltaïque, lorsque l'énergie électrique est abondante et que les prix de l'électricité sont bas ⁽¹⁰⁾. La chaleur résiduelle des processus industriels ou des centres de données peut être stockée en vue d'une consommation ultérieure, ce qui empêche l'énergie de se dissiper dans l'environnement sans avoir été utilisée. Le stockage de l'énergie thermique peut également être extrêmement efficace et atteindre un rendement de 90 à 98 % pour le stockage sur plusieurs jours et de 70 à 80 % pour l'entreposage saisonnier.

Cependant, l'un des moyens les plus efficaces et les plus rentables de réduire l'intensité énergétique des bâtiments est d'utiliser à plus grande échelle des systèmes d'automatisation et de régulation de bâtiments (BACS). Cela vaut en particulier pour le parc immobilier, dont la majorité a besoin d'être modernisée. Par exemple, dans l'Union Européenne, 97 % des bâtiments sont considérés comme inefficaces sur le plan énergétique ⁽¹²⁾. La norme ISO 52120-1 indique que la mise à niveau des BACS standards (classe C) vers des BACS à haut rendement énergétique (classe A) peut permettre de réaliser des économies d'énergie pouvant atteindre 40 %. Ces projets de modernisation ne nécessitent souvent que des petits changements, tels que l'ajout de robinets d'équilibrage hydraulique dynamique, de systèmes à débit d'eau variable, de systèmes à débit d'air à la demande, ou de régulateurs d'ambiance modulants avec détection de l'occupation. Étant donné son impact élevé et son faible coût, l'adoption de BACS de conception avancée devrait s'accélérer, d'autant plus que le taux actuel de modernisation de 1,0 % par an est inférieur au 2,5 % nécessaires pour parvenir à atteindre la carboneutralité d'ici 2050 ⁽¹³⁾.