Vie durable dans les villes de demain - édition 2

Énergie dans la
Ville de demain

Après la présentation de l’initiative Ville de demain – un projet commun de recherche de la société Fraunhofer pour la ville du futur – nous pour-
suivons notre série de sujets « Une vie durable dans les villes de demain » en mettant l’accent sur le thème de l’énergie. Lors d’un entretien avec Prof. Dr. Eicke R. Weber, directeur de l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE, nous avons étudié à quoi pourront ressembler la production et l’approvisionnement de l’énergie durable à l’avenir.

Approvisionnement en énergie pour les villes de demain

Soleil, vent et biomasse comme fournisseurs d'énergie

La vision de la Ville de demain conçoit une ville durable, agréable à vivre essentiellement en utilisant des procédures de création d’énergie sans CO2 et en renonçant absolutement aux combustibles fossiles. Cet objectif ambitieux présuppose que les besoins en énergie diminuent considérablement et que l’énergie nécessaire soit produite en manière renouvelable. Sources importantes d’énergie et de chaleur des villes du Futur seront donc le soleil, le vent et la biomasse.
Dans le cadre du programme national de transition énergétique, l’Allemagne compte de plus en plus sur les énergies renouvelables : avec un taux d‘usage de 30% en 2015, elles sont devenues la plus importante source d’énergie utilisée dans le pays, selon l’Association fédérale de l’énergie et des industries de l’eau (BDEW).
Afin de garantir un approvisionnement durable en énergie renouvelable pour les villes et communes à long terme, une efficiente conversion des systèmes d’énergie sera necessaire, en changeant radicalement les sources utilisée – idéalement les énergies renouvelables remplaceront les réserves de combustibles fossiles. L’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE à Fribourg (le plus grand institut de recherche en Europe) effectue un travail de pionniers dans ce domaine.

Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE

Recherche orientée à l’application pour les technologies clés de l’avenir

L’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE recherche et développe des nouvelles technologies pour un approvisionnement écologique en énergie renouvable pour les villes de l’avenir. Les solutions et concepts sont testés, entre autres, dans le cadre de l’initiative Ville de demain, en restant ici proche de la pratique.
En effectuant des recherches dans les domaines de la production d’énergie, du rendement énergétique, de la distribution et du stockage de l’énergie, la collaboration avec des partenaires du monde économique et politique, incluant les citoyens, est necessaire. Par conséquent, l’Institut développe au niveau mondial des produits, des solutions et techniques applicables concrètement avec le but de réaliser un système d’approvisionnement en énergie durable, qui soit économique, sûr et socialement juste.

Interview avec le directeur de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE

Lors d’un entretien d’expert avec
Prof. Dr. Eicke R. Weber, nous avons discuté sur la production et l’approvisionnement en énergie durable dans les villes de demain et comment les villes et les communes pourront en profiter dans le futur.

1. Monsieur Weber, quelle est votre vision de l'énergie pour la Ville de demain ?

La ville de demain fonctionnera grâce à un approvisionnement durable en énergies renouvelables, un approvisionnement qui sera stable et qui protégera le climat. Ceci sera obtenu par une augmentation élevée d’efficience dans la production, la distribution et la consommation de l’énergie, p. ex. en utilisant la cogénération de la chaleur et de l’électricité, des bâtiments très bien isolés et la mobilité électrique. Les potentiels en énergies renouvelables dans la ville seront largement exploités et l’énergie solaire pour la production d’électricité et de chaleur représentera le pilier central et, où possible, la géothermie, la biomasse et la force hydraulique seront également utilisées.
À cause de leurs potentiels insuffisants, les grandes villes devront réaliser une coopération avec les régions limitrophes pour s’y procurer de l’énergie solaire, éolienne et de la biomasse. Dans un système d’énergie intelligent de la ville de demain, il existe ce qu’on appelle des « Smart Grids », qui coordonnent la production et la consommation en manière décentralisée et intelligente grâce à des charges gérables, des accumulateurs d’électricité et de chaleur, ainsi que le chargement et déchargement ciblé des mobiles électriques. Les « Smart Homes », qui fournissent aux habitants non seulement de l’électricité, de la chaleur, du froid et de l’air frais tempéré mais aussi un confort de commande, la sécurité et la communication seront aussi une évidence.

2. L'initiative ville de demain de l'Institut Fraunhofer traite du thème de l'énergie comme un champ de recherche central. Votre vision de l'avenir repose sur une « ville neutre en CO2, efficiente en énergie et adaptée au climat », tel que le formule le gouvernement dans sa stratégie « haute technologie 2020 ». Qu'est-ce que ceci signifie pour les villes de demain ?

Les villes sont de plus en plus conscientes qu’elles sont responsables d’environ trois quarts de notre consommation d’énergie et de nos rejets en gaz nocifs pour le climat et elles reconnaissent que l‘application d’un système d’énergie durable – comme p. ex. l’utilisation de l’énergie solaire sur les toits et les façades ainsi que la réalisation de Smart Grids et Smart Homes – aura surtout lieu chez elles. Pour cette raison, les villes se posent de plus en plus la question de savoir à quoi peut ressembler un plan-maître pour une telle transformation, comment les bâtiments et quartiers à faible énergie ou à énergie-plus peuvent être dessinés et comment, au niveau de la ville, se fera la mise en place du passage aux mobiles électriques. Les Instituts Fraunhofer les aident à ce niveau.

3. Quels facteurs clés marquent un développement urbain durable sur le plan énergétique dans le contexte de la ville de demain ?

Les facteurs clés sont, d’une part, le rendement énergétique, c’est-à-dire la consommation d’énergie la plus Faible possible sous forme d’électricité, de chaleur, de froid et de carburant par habitant et, d’autre part, la part d’énergies renouvelables dans le système d’approvisionnement en énergie. À cet effet, tous les secteurs doivent être impliqués, des foyers privés en passant par l’artisanat, le commerce et les prestations de service jusqu’à l’industrie et la mobilité.

4. Comment les bâtiments et les quartiers devront être réalisés à l'avenir pour répondre aux exigences élevées en rendement énergétique et consommation d'énergie ?

Les bâtiments urbains sont responsables d’environ 40% de notre consommation d’énergie. Grâce à une Isolation efficiente des bâtiments, leur niveau de confort peut être augmenté et la consommation d’énergie diminuée – autant pour les nouvelles constructions que pour les rénovations. L’intégration de l’énergie solaire fait si que les bâtiments soient aussi des producteurs d’énergie et, grâce au stockage de l’énergie, ils peuvent gérer activement l’alimentation et l’achat d’électricité et de chaleur du réseau. La numérisation croissante et la mise en réseau de nos systèmes d’énergie rendent ceci possible.
Au niveau des quartiers, les systèmes d‘énergie seront optimisés de la même façon, à l’avenir. Par exemple, une centrale de cogénération peut être utilisée avec du biogaz et la chaleur peut être distribuée par un réseau de chauffage. Un accumulateur de chaleur permet à la centrale de cogénération de compenser parfaitement la production fluctuante du courant solaire en fonction des besoins variables des bâtiments et des mobiles électriques.
La commande de bâtiments réactifs au réseau communique avec la commande du quartier et contribue ainsi à la compensation de la production et de la consommation. Donc, la sécurité d’approvisionnement est augmentée et les coûts sont réduits.

5. Le vent et le soleil sont de plus en plus importants comme sources d'électricité et de chaleur pour les villes du futur. À quoi pourra ressembler un bouquet énergétique en 2020 ?

L’énergie solaire et l’énergie éolienne ont les plus forts potentiels en Allemagne et ensuite deviendront les sources d’énergie les plus importantes, complétées par la biomasse, l’énergie hydraulique et la géothermie, qui sont nécessaires en raison de ses profils stables de production. Le bouquet énergétique de l’avenir sera différent pour chaque ville, en fonction de chaque potentiel en énergies renouvelables et de leurs structures de consommation.
Pour Francfort sur le Main, l’Institut Fraunhofer ISE a calculé, par exemple, qu’avec un bouquet de 22% d’éolienne, 20% de courant solaire, 12% de chaleur solaire, 23% d’énergie produite par les déchets et 23% de biomasse provenant de la ville et des environs, un approvisionnement total sera possible chaque heure dans l’année. Cependant, il faudra utiliser encore des accumulateurs de courant et 10% d’énergie importée de pays voisins qui sera aussi renouvelable.

6. Un approvisionnement durable en énergie sur la base d'énergies renouvelables exige des technologies d'accumulation innovantes qui récupèrent le surplus d'énergie. Quelles solutions et quels concepts les villes pourront-elles utiliser ?

On utilisera des accumulateurs d’électricité sur la base d’accu lithium-ions et Redox-Flow. Les accumulateurs de chaleur et de froid seront considérablement développés et les accumulateurs de gaz avec du méthane et de l’hydrogène joueront aussi un rôle.

7. La technologie d'information et de communication joue de plus en plus un rôle important dans le secteur de l'énergie. Dans la ville de demain les réseaux électriques deviendront des réseaux intelligents d'information et d'énergie – ce qu'on appelle des « Smart Grids ». Comment fonctionnent-ils et quels en sont les avantages pour l'approvisionnement futur en énergie des villes ?

Comme nous en avons parlé, la TIC (technique d’information et de communication) joue, en fait, un rôle central dans la Ville de demain. Elle coordonne la commande efficiente de l’alimentation en énergie et la consommation, ainsi que les réseaux externes. Grâce aux Smart Grids, il sera possible d’avoir un approvisionnement en énergie peu coûteux et stable avec une Alimentation fluctuante et des charges le mieux adaptées possible.

8. Quelles mesures peuvent prendre les villes et les communes pour réaliser la nécessaire transition énergétique durable dans les espaces vitaux urbains tout en restant proches des citoyens ?

Les villes font face au défi d’une transformation totale de l’approvisionnement en énergie, de la technique de bâtiment et de circulation, transformation qui sera fortement influencée par la croissante numérisation. Cependant, il s’agit aussi du développement durable au niveau des ressources et des déchets qui doit s’adapter au changement climatique.En règle générale, il est necessaire définir, avec les citoyens mais aussi avec les entreprises et les institutions d’une ville, un objectif commun et étudier comment cet objectif peut être atteint. Comme il s’agit d’un processus de transformation qui durera 20 à 40 ans, il faut qu’il y ait un consensus pour trouver la voie et les étapes à réaliser dans les cinq à dix prochaines années. Ce plan-maître doit offrir le cadre pour le développement qui devra aussi pouvoir s’adapter aux évolutions Avec flexibilité.
Un plan-maître est particulièrement important pour prendre les meilleures décisions concernant les infrastructures qui permettront de réaliser les développements nécessaires. Mais les changements d’infrastructure doivent avoir une utilité à long terme pour pouvoir se refinancer. De tels processus ont lieu à plusieurs niveaux avec la participation intense des citoyens. Ce qui est important ici, c’est l’accompagnement professionnel pour prendre des décisions fondées et pouvoir élaborer des plans avec le plus large consensus possible.
Merci pour cet entretien, Monsieur Weber.

Informations supplémentaires

Site Internet de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE: