Une façade solaire développée à l'ETH Zurich combine la production d'électricité avec un ombrage intelligent pour atteindre un bilan énergétique optimal.

Le chauffage ou le refroidissement des espaces intérieurs nécessite de l'énergie. Des façades de bâtiments plus intelligentes pourraient économiser une grande partie de cette énergie. Un système développé à l'ETH Zurich utilise des panneaux solaires mobiles pour produire de l'électricité tout en permettant en même temps la bonne quantité d'ensoleillement ou d'ombre en fonction des conditions météorologiques et de l'utilisation interne.

Bilan énergétique positif

Arno Schlüter, Professeur d'architecture et de systèmes de construction, et son groupe de recherche ont développé un système de façade solaire adaptatif qui régule les pièces individuelles de telle sorte qu'elles produisent plus d'énergie qu'elles n'en consomment au cours de l'année. Ils viennent de rapporter leurs découvertes dans une édition récente de la revue Énergie naturelle .

La façade innovante comprend des réseaux de panneaux solaires mobiles montés sur un réseau de câbles en acier léger. Ceux-ci sont contrôlés individuellement et déplacés verticalement et horizontalement par un élément robotique souple. Ces actionneurs robotiques souples sont au cœur du système :la combinaison de matériaux souples qui changent de forme sous pression et d'un joint rigide en forme de U leur permet de se verrouiller en place pour résister aux intempéries, même aux tempêtes.

Les chercheurs ont testé la résistance aux intempéries du système et effectué des mesures avec plusieurs prototypes sur le campus de Hönggerberg. Ils ont découvert que les panneaux solaires mobiles récupèrent environ 50 % d'énergie en plus par temps clair d'été que les panneaux solaires statiques montés sur la façade d'un bâtiment.

Potentiel d'économie simulé

Cependant, la façade ne génère pas seulement de l'électricité, mais peut également réguler la quantité de lumière et de chaleur qui imprègne l'enveloppe du bâtiment, régularisant ainsi le climat intérieur. Un algorithme d'apprentissage adaptatif contrôle le mouvement des panneaux afin que les économies réalisées dans le chauffage et le refroidissement des espaces internes réduisent la demande nette d'énergie. À la fois, l'algorithme prend également en considération l'utilisation actuelle du bâtiment et ajuste le climat en conséquence.

Pour déterminer dans quelle mesure la consommation d'énergie d'une pièce pourrait théoriquement être réduite, les chercheurs ont simulé plusieurs scénarios en utilisant les données de prototypes. Ils ont calculé le potentiel d'économie d'énergie des enveloppes de bâtiments équipées de façades solaires mobiles au Caire, Zurich et Helsinki. Ce faisant, ils ont effectué des simulations pour les espaces à usage de bureau et résidentiel.

Le plus gros potentiel dans les zones tempérées

Les résultats montrent que les économies d'énergie ont tendance à être plus élevées dans les bureaux que dans les espaces de vie, dans les climats chauds plutôt que froids, et surtout dans les zones tempérées comme l'Europe centrale. Arno Schlüter résume les résultats :« Plus les conditions ambiantes sont variables, plus les avantages de la façade adaptative sont grands."

Le meilleur bilan énergétique a été observé dans les simulations d'espaces de bureaux en zone tempérée (en l'occurrence Zurich) dans des bâtiments construits selon les normes les plus récentes. Dans ce scénario, où le chauffage et le refroidissement intérieurs étaient nécessaires au cours de l'année, la façade adaptative a généré 115 pour cent de l'énergie requise pour un environnement de pièce confortable.

Un résultat tout aussi bon est venu de la simulation d'un espace de bureau dans une maison au Caire construite avant 1920, qui nécessitait beaucoup plus d'ombre et de refroidissement. Dans ce cas, la façade a produit 114 pour cent des besoins énergétiques annuels totaux. En d'autres termes, l'étude met en évidence le potentiel d'économies d'énergie pour les bâtiments neufs et anciens, mais la façade doit toujours être considérée en relation avec l'espace intérieur et son utilisation.

« Nous souhaitons résoudre le compromis entre confort des utilisateurs et efficacité énergétique des bâtiments, " dit Arno Schlüter. " En théorie, l'espace le plus éconergétique n'aurait pas de fenêtres. Nous sommes donc heureux de démontrer comment une interface intelligente entre l'intérieur et l'extérieur d'un bâtiment peut offrir un confort d'utilisation optimal et également générer un excès d'énergie."

Le groupe du professeur Schlüter sera bientôt en mesure de mesurer l'impact de la façade solaire adaptative sur un bâtiment physique :le système fait partie de l'unité futuriste "HiLo" en cours de construction sur la plate-forme la plus haute du bâtiment de recherche NEST à Dübendorf.