Planification énergétique

Le coût caché d'une conception énergétique sous-optimale

Les décisions les plus coûteuses d'un projet énergétique sont prises tôt, sur peu de données, puis figées pour 20 à 30 ans. Quand la conception est mauvaise, rien ne casse. L'installation fonctionne, les factures sont payées, et personne ne voit jamais le système plus efficace et plus fiable qui n'a pas été construit.

Ce qu'ont constaté les contrôles publics ↓

Pourquoi le coût reste caché

Un système mal choisi ne tombe pas en panne. Il fonctionne.

Une chaudière surdimensionnée produit quand même de la chaleur. Une pompe à chaleur dimensionnée sur un besoin erroné chauffe quand même le bâtiment. Le surcoût se traduit par des factures un peu plus élevées et par un capital qui rapporte moins qu'il ne le pourrait, année après année, sans qu'aucune facture ne le mentionne jamais.

La plupart des systèmes ne sont jamais confrontés aux objectifs qui leur avaient été fixés. Lorsque la Haute école spécialisée de Suisse orientale (OST) et l'Université de Genève ont mesuré des pompes à chaleur dans des bâtiments neufs pour l'Office fédéral de l'énergie (OFEN), l'installation médiane était surdimensionnée de 40 % par rapport à la puissance de chauffage nécessaire d'après les mesures. En France, la Cour des comptes a résumé le même problème pour le chauffage urbain en 2021 : « La surcapacité des réseaux est source de coûts. »

Et il s'agit ici de systèmes que quelqu'un a choisi de mesurer. La plupart des installations ne font jamais l'objet d'un tel examen.

Avec le recul

Quand quelqu'un a pris le temps de regarder

La plupart des systèmes énergétiques ne sont jamais confrontés aux hypothèses du projet sur lequel ils reposent. De temps à autre, une cour des comptes revient sur un dossier après coup et compare la décision à ce qui s'est réellement passé. En voici deux exemples, l'un en France, l'autre en Allemagne.

Saint-Marcellin : un réseau renforcé pour un quartier jamais construit

138 %

de la puissance appelée estimée : c'est ce que représentent à elles seules les deux chaudières bois. Selon l'assistant à maîtrise d'ouvrage (AMO) de la commune, 1,2 à 1,5 MW auraient suffi.

Saint-Marcellin, en Isère, exploite un petit réseau de chaleur communal au bois : 2,8 km, 19 points de livraison, en moyenne 4'465 MWh de chaleur par an entre 2013 et 2017. En 2011, la commune a décidé d'ajouter une petite chaudière bois de 0,56 MW et 800 m de réseau, mis en service en 2012, à côté de la chaudière bois de 2,5 MW installée en 2002 et d'une chaudière gaz d'appoint de 1,8 MW : 4,86 MW installés au total. Selon le maire, ce supplément de puissance était motivé notamment par un projet de ZAC de 250 logements, qui n'a jamais été réalisé.

En 2020, la Chambre régionale des comptes Auvergne-Rhône-Alpes a constaté que « L'installation est fortement surdimensionnée depuis les travaux conduits en 2011 » et que la nouvelle chaudière, d'un coût total de 1,485 million d'euros, « s'avère inutile ». Le rendement global de l'installation a oscillé entre 42 % et 57 % de 2013 à 2017, et la puissance souscrite par les abonnés dépassait d'un tiers leur besoin réel, ce qui a renchéri la chaleur pour tous les usagers du réseau.

Biberach : une chaufferie deux fois trop grande

90'000 euros par an

qu'une conception éprouvée en cogénération aurait permis d'économiser, selon la Cour des comptes du Bade-Wurtemberg. Soit environ 1,8 million d'euros sur une durée de vie de 20 ans (notre estimation).

En 2015, l'école de police du Bade-Wurtemberg (Hochschule für Polizei) a été dotée, sur son site de Biberach (Allemagne), d'une centrale énergétique innovante de 2,4 millions d'euros : cogénération, pompe à chaleur, réchauffeur électrique en ligne, solaire thermique et stockage de chaleur, le tout conçu pour vendre de la flexibilité au réseau électrique. L'expert externe avait déconseillé ce concept, qu'il jugeait économiquement peu judicieux.

La Cour des comptes du Bade-Wurtemberg a constaté par la suite que la rémunération du négociant en électricité reposait sur des consommations de chaleur surévaluées : la consommation réelle était chaque année inférieure de plus de 500 MWh. Les unités de cogénération n'ont fonctionné que 2'200 heures à pleine charge par an, soit un taux d'utilisation inférieur à 25 %. Le réchauffeur électrique et le solaire thermique n'ont eu aucun effet, et la chaufferie était surdimensionnée de 100 %.

Le point commun

Pas un manque d'expertise. Un manque de variantes comparées.

Aucun de ces projets ne manquait d'ingénieurs ni de bureaux d'études. Les rapports de contrôle ne disent pas tout de la manière dont chaque étude a été menée, mais ils mettent en évidence des limites bien connues de la planification classique :

Un nombre limité de variantes. Chaque option étudiée à la main prend du temps. Les études comparent donc généralement une poignée d'options choisies dès le départ.
Un seul avenir. Saint-Marcellin a ajouté de la puissance pour un quartier qui n'a jamais vu le jour. À Chartres-de-Bretagne, près de Rennes, Rennes Métropole, dont relève le réseau, a expliqué à la Cour des comptes que le retard de commercialisation des terrains de la ZAC desservie et la livraison de bâtiments neufs moins énergivores avaient créé « des écarts avec les hypothèses de dimensionnement prises au stade projet ». Pour la Cour, les comptes d'exploitation prévisionnels « doivent intégrer des baisses de recettes par client sur le long terme ».
Des hypothèses de besoin et de dimensionnement jamais remises en question. À Saint-Marcellin, les abonnés avaient souscrit un tiers de puissance de plus que nécessaire. À Biberach, la consommation réelle de chaleur était chaque année inférieure de plus de 500 MWh aux valeurs retenues. Quand les données d'entrée ne sont pas testées sur une plage de valeurs, le surdimensionnement passe inaperçu jusqu'à ce que l'installation soit en service.

Dans la plupart de ces cas, une analyse plus large était possible. Mais quand chaque scénario supplémentaire suppose une nouvelle prestation du bureau d'études, on comprend aisément pourquoi on y renonce souvent.

Ce qu'un optimiseur fait autrement

Non pas « Quelle est la performance de cette conception ? » mais « Quelle conception est la plus performante ? »

Un outil de simulation vous indique la performance d'une conception que vous avez choisie. Un optimiseur explore pour vous les combinaisons de technologies et de puissances, au lieu d'évaluer seulement les quelques-unes auxquelles vous avez pensé.

Chaque heure de l'année.

Besoins, production solaire, prix et stockage sont modélisés sur les 8'760 heures de l'année, si bien que le dimensionnement reflète le fonctionnement réel du système.

De nombreuses options à la fois.

Pompes à chaleur, cogénération, chaudières, photovoltaïque, batteries, stockage thermique, réseaux et raccordements au réseau sont évalués ensemble, et non l'un après l'autre.

De nombreux avenirs possibles.

Relancer l'analyse avec des prix de l'énergie hauts ou bas, d'autres prix du CO₂ ou d'autres besoins prend quelques heures, pas une nouvelle étude. Vous voyez quelle conception reste bonne sur toute la plage, et pas seulement laquelle l'emporte selon la prévision.

Des compromis rendus visibles.

Coût, CO₂ et autonomie énergétique sont mis en balance : la décision devient un choix éclairé plutôt qu'un chiffre unique.

Rien de tout cela ne remplace le jugement de l'ingénieur. Cela lui donne beaucoup plus de matière, et tôt, tant que les modifications coûtent encore peu.

Pas la meilleure des trois options que vous avez eu le temps de comparer. La meilleure parmi des milliers.

C'est ce que fait Sympheny.

Ce qu'un optimiseur ne peut pas faire

De bons ingénieurs, avec de meilleurs outils

Un optimiseur ne vaut que ce que valent ses données d'entrée. Dans le quartier Suurstoffi, à Rotkreuz, le monitoring a montré un besoin de chaleur deux fois supérieur au calcul de planification, et au printemps 2014, le champ de sondes géothermiques était complètement déchargé. Optimiser sur un besoin erroné n'aurait produit qu'une réponse fausse, livrée avec assurance. Repérer qu'un besoin ne correspond pas au type de bâtiment relève du jugement de l'ingénieur, pas du calcul.

À Biberach, l'avertissement de l'expert était fondé, et le projet a tout de même été réalisé. Un avertissement appuyé sur une comparaison complète des variantes et des scénarios d'avenir est bien plus difficile à écarter qu'un simple avis professionnel.

C'est pour cette répartition des rôles que Sympheny a été conçu. L'optimiseur se charge de la partie exhaustive : des milliers de combinaisons, chaque heure de l'année, chaque scénario. L'ingénieur fait ce qu'aucun solveur ne sait faire : poser la question, juger les données d'entrée et assumer la recommandation. Chaque résultat peut être retracé jusqu'à ses données d'entrée, si bien que les ingénieurs peuvent le remettre en question plutôt que de le croire sur parole. Et quand une question de modélisation devient délicate, notre équipe de docteurs spécialistes de l'optimisation multi-énergies, forte de plus de dix ans de recherche à l'Empa, est là pour vous épauler.

Vous construisez ou vérifiez vous-même un modèle ? Cinq vérifications avant de faire confiance à un modèle énergétique (en anglais) →

Ce que vaut une meilleure décision

Pouvez-vous vous permettre de décider sans optimisation ?

Il s'agit ici de projets publics de taille moyenne, et ces écarts se répètent chaque année. Pour un port, un campus ou un site industriel, les montants sont plus élevés. En regard, le coût d'une étude d'optimisation ou d'une licence de logiciel de planification est faible. Éviter une seule erreur de dimensionnement, ou un seul pari sur la mauvaise trajectoire de prix, peut le rembourser plusieurs fois.

Dans la pratique

Port of Switzerland, Bâle : raisonner en fourchette, pas sur une valeur unique

Dans le seul port commercial de Suisse, IWB et les partenaires du port voulaient savoir que faire d'un important excédent photovoltaïque : l'injecter dans le réseau, le partager, le stocker, ou autre chose. Le site compte de nombreux bâtiments et exploitants, des charges très différentes et un marché de l'énergie qui évolue souvent.

IWB a utilisé Sympheny pour comparer quatre stratégies dans 16 variantes de scénarios avant de s'engager. Toutes les stratégies autres que le statu quo réduisaient les coûts, avec des économies allant jusqu'à 20 à 25 % environ. L'analyse a aussi montré que le risque dominant tient aux évolutions réglementaires, et non à la volatilité des prix du marché, et que l'interconnexion des bâtiments est la stratégie qui protège le port contre une évolution tarifaire défavorable.

Lire l'étude de cas Port of Switzerland →

Sources

Vous préparez un projet ?

Parlez-nous-en avant que les variantes ne soient figées.

Si vous êtes sur le point de vous engager sur un concept énergétique pour un quartier, un campus, un port ou un site industriel, nous vous montrerons à quoi ressemblerait une analyse optimisée de votre projet, et où se trouvent les économies.

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