Bâtiments intelligents next-gen : plus verts et moins chers grâce aux données

Les bâtiments intelligents sont en plein essor, et pas seulement à la verticale.  

Durant l’année qui s’est écoulée, le marché mondial a dépassé 90 milliards de dollars, et une hausse située entre 256 milliards et 568 milliards de dollars est prévue ces dix prochaines années, attisée par l’urgence pressante de réconcilier l’environnement bâti et l’environnement naturel.  

Au niveau mondial, les bâtiments sont responsables d’environ 30 % de la consommation énergétique et d’un quart des émissions de gaz à effet de serre, selon l’Agence internationale de l’énergie (AIE).  

Afin de contrer ces coûts climatiques élevés, les bâtiments intelligents mettent en œuvre des technologies avancées pour relier, analyser et optimiser les éléments clés de rendement. D’après la recherche, les technologies intelligentes peuvent réduire l’énergie consommée en moyenne dans les bureaux de 18 % et, dans certains cas, engendrer des économies pouvant atteindre 70 % sur trois ans.    

Pour les experts AECO (architecture, ingénierie, construction et exploitation), cela se traduit par une baisse des coûts, des processus plus efficaces basés sur des données, une approche plus cohérente avec les objectifs à zéro émission nette, ainsi que des occupants plus heureux et en meilleure santé.  

On retrouve les bâtiments intelligents dans de nombreux secteurs et espaces animés par l’activité humaine : aéroports, bases militaires, usines et hôpitaux, mais aussi centres commerciaux, stades, bureaux et complexes résidentiels. Quel que soit le cadre, un bâtiment intelligent crée un environnement productif et économique, car il optimise quatre éléments fondamentaux : les structures, les systèmes, les services et la gestion, ainsi que les corrélations entre ces éléments, d’après l’Institut du bâtiment intelligent aux États-Unis.  

Pour ce faire, un « cerveau » central utilise des technologies avancées, notamment l’Internet des objets (IdO), l’apprentissage automatique avec intelligence artificielle (IA), l’analyse de données et la maquette numérique (BIM) afin d’intégrer et d’optimiser les capacités du bâtiment, qu’il s’agisse des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), d’électricité, d’eau ou d’ascenseurs, ou encore de la manière dont les usagers ont accès aux services et interagissent avec leur environnement. Plus les systèmes sont interconnectés et vastes, plus le bâtiment devient intelligent.  

Outre son interopérabilité, le bâtiment intelligent se définit par sa capacité à fournir des informations exploitables pour aider ses usagers. En recueillant des données anonymes sur les personnes, les comportements et les systèmes du bâtiment, il peut détecter les taux d’occupation et leur répartition, suivre les habitudes de consommation des ressources et réagir à ces informations en temps réel. 

Par un brûlant après-midi au cœur de l’été, un système intelligent peut, par exemple, ajuster les volets et la climatisation sur les deux faces d’un immeuble de bureaux afin de maintenir le confort tout en réduisant les coûts. Si certaines pièces sont occupées alors que d’autres sont vides, le système détecte cette différence et effectue les ajustements nécessaires.  

Par ailleurs, en dehors des nouvelles constructions, la modernisation s’invite de plus en plus au sein des bâtiments anciens, avec des technologies intelligentes telles que des capteurs, des dispositifs IdO et des systèmes d’automatisation. Il s’agit d’un élément essentiel de la décarbonation, car les bâtiments commerciaux modernes sont conçus pour durer cinquante ans ou plus avant d’exiger une maintenance ou une rénovation majeure. 

Ce processus de réutilisation adaptative consiste à évaluer l’infrastructure du bâtiment, à moderniser le réseau pour assurer la connectivité et à intégrer des capteurs dans l’ensemble de l’immeuble pour collecter des données. Les systèmes d’automatisation des bâtiments (SAB) sont mis en œuvre pour centraliser le contrôle des différents systèmes, tandis que l’analyse de données et l’IA servent à traiter les informations recueillies afin d’optimiser la consommation énergétique et d’assurer une maintenance proactive.  

Les bâtiments intelligents d’aujourd’hui s’inscrivent dans une lignée qui remonte à plusieurs décennies. Le concept remonte au début des années 1980, à l’époque où le gratte-ciel commercial Cityplace à Hartford, dans le Connecticut,salué par ses promoteurs comme « le premier bâtiment intelligent au monde », intégrait à son réseau en fibre optique des fonctions telles que le chauffage, la ventilation, l’éclairage, la sécurité, la protection contre l’incendie et les télécommunications. Si ces premières initiatives se concentraient principalement sur les capacités techniques du bâtiment, à l’heure actuelle, la capacité des utilisateurs à personnaliser leur quotidien prend une place tout aussi importante.  

La technologie moderne des bâtiments intelligents se divise en plusieurs catégories :  

• Systèmes d’automatisation et de contrôle : divers systèmes, tels que le chauffage, la ventilation, la climatisation, l’éclairage, la sécurité et le contrôle d’accès, sont intégrés dans une plateforme d’automatisation centralisée afin d’optimiser le rendement et réduire le gaspillage. 

• BIM : défini comme le processus holistique de création et de gestion de l’information d’un bâtiment, la modélisation des données du bâtiment (BIM) permet aux architectes et aux ingénieurs de capter des images, de créer des maquettes 3D afin de produire rapidement des prototypes de bâtiments et de les tester et d’utiliser l’espace efficacement, en fonction des contraintes géographiques ou financières. 

• IdO et capteurs : les capteurs qui « se parlent » via internet permettent de fournir aux exploitants et aux usagers d’un bâtiment des données exploitables sur tout : des niveaux d’affluence et d’occupation à la qualité de l’air intérieur, en passant par la température, jusqu’au risque viral. Des paramètres que l’on peut en général régler automatiquement ou manuellement selon les préférences ou les conditions.  

• Big data et analyse : capteurs, compteurs et autres appareils collectent les données, qui sont ensuite analysées pour obtenir des informations sur le rendement du bâtiment, le comportement des occupants et les domaines potentiels d’amélioration, mais aussi pour affiner la prise de décision.  

• IA et apprentissage automatique : les algorithmes traduisent les données en temps réel provenant des capteurs IdO en action pour optimiser le rendement d’un bâtiment et documenter les projets futurs. De récents progrès ont permis aux bâtiments intelligents d’effectuer leur apprentissage à partir des données collectées, afin de modéliser les divers scénarios d’occupation et de produire des solutions qui affinent en permanence le quotidien des utilisateurs. 

Les bâtiments intelligents offrent un vaste éventail d’avantages : 

Études préalables, conception et construction optimisées 

Les boucles de rétroaction d’autres bâtiments intelligents aident les professionnels de la construction à concevoir des structures plus résilientes et permettent aux gestionnaires de bâtiments de rationaliser la maintenance à long terme. La conception générative, quant à elle, donne aux architectes le pouvoir d’itérer, afin d’obtenir de meilleurs plans en utilisant les algorithmes et des paramètres définis, puis de naviguer rapidement parmi les scénarios de conception.  

Efficacité énergétique, conservation des ressources et durabilité accrue 

Des systèmes CVC efficaces, un éclairage optimisé et une gestion intelligente de l’énergie réduisent la consommation énergétique. D’autres éléments de conception écologiques, tels que l’utilisation optimisée des ressources et les énergies renouvelables, diminuent davantage l’empreinte carbone d’un bâtiment et son impact global sur l’environnement.  

La sécurité et la sûreté 

Des mesures de sécurité avancées, telles que le contrôle d’accès biométrique, les systèmes de surveillance, les dispositifs de détection d’incendie et les systèmes d’IA capables de détecter les anomalies, protègent les bâtiments et leurs occupants contre les menaces potentielles.   

Économies de coûts et retour sur investissement 

Les gains d’efficacité énergétique et les processus automatisés réduisent les coûts d’exploitation et les frais de maintenance.

La gestion améliorée des installations 

L’analyse des données d’utilisation des espaces optimise l’agencement et l’usage des locaux et des installations.   

Plus de confort au quotidien pour les usagers 

Des réglages personnalisés de l’éclairage, de la température et d’autres paramètres créent un environnement plus confortable, productif et sain.   

La maintenance prédictive 

La surveillance en temps réel des performances des équipements permet de détecter rapidement les problèmes potentiels afin de réduire les temps d’arrêt et les coûts de réparation.  

Selon un rapport industriel datant de 2018, édité par le Conseil des bâtiments intelligents de l’Association continentale pour l’automatisation des bâtiments (CABA), les projets d’infrastructures intelligentes sont réalisés en adaptant des méthodes connues, telles que les appels d’offres avec cahier des charges et la gestion de chantier.  

Dans ce contexte familier, les stratégies et les technologies des bâtiments intelligents peuvent constituer une nouvelle voie de développement d’affaires.  

Dans le domaine de l’architecture intelligente, les capteurs qui collectent des données dans une chaîne d’hôtels ou un ensemble de bureaux ont pour but de mieux informer les architectes sur l’aspect et le fonctionnement des nouveaux bâtiments. Une conception plus intelligente facilite la réparation et le remplacement des pièces usagées ou d’anciens systèmes mécaniques. Les décisions basées sur les données, quant à elles, permettent de réduire les besoins excessifs en chauffage et en climatisation, les économies d’énergie se montant à 30 % à 50 % (PDF, p. vi), selon le Conseil américain pour l’efficience énergétique de l’économie.  

La conception générative lutte contre les déchets inutiles et aide les architectes à adopter de nouvelles approches telles que le biomimétisme, qui s’inspire de la nature pour atteindre l’efficacité énergétique et un meilleur rendement.  

Ces technologies et perspectives peuvent également améliorer la construction, en réduisant les coûts et les délais de réalisation de techniques telles que la préfabrication et la construction modulaire impliquant des matériaux fabriqués en usine et des pièces standardisées assemblées sur site. 

Grâce à la vision opérationnelle à 360° des bâtiments intelligents, les gestionnaires d’installations bénéficient d’une proactivité accrue dans leurs missions essentielles :   

• Gestion énergétique : des analyses approfondies offrent une vision en temps réel de la consommation énergétique, des prévisions sur les tendances et des objectifs concrets à fixer.  

• Maintenance prédictive : les capteurs signalent les zones à fort trafic dans les bâtiments ou les problèmes potentiels au niveau des machines et des câbles d’alimentation, permettant aux gestionnaires d’installations de planifier une maintenance préventive, d’éviter les pannes et les perturbations et de prolonger la durée de vie des équipements critiques. 

• Bien-être des occupants : les technologies intelligentes favorisent la santé et le bonheur, car elles optimisent la qualité de l’air, l’éclairage et la température, tout en offrant aux usagers des façons de personnaliser ces aspects dans leurs espaces. Sans oublier les systèmes automatisés des bâtiments intelligents pour la réservation de bureaux et de salles de réunion, qui éliminent les éventuels doublons de réservation et qui indiquent aux équipes de nettoyage quand une chambre doit être préparée pour les prochains arrivants ou aux équipes de restauration quand réapprovisionner boissons et collations. Tout ceci se résume à des gains de temps considérables pour les gestionnaires de bâtiments intelligents, qui n’ont plus à jouer les intermédiaires.  

Malgré tout leur potentiel, les projets de bâtiments intelligents comportent également leur lot de défis.  

Cybersécurité, protection des données et spécifications techniques 

Au vu des imposants volumes de données collectés, les inquiétudes concernant la cybersécurité et la protection des données sont inévitables. Bien que les bâtiments intelligents recueillent des informations anonymes, certains experts craignent que l’IA puisse involontairement créer des failles de sécurité en détectant des corrélations inattendues entre les jeux de données et en révélant l’identité des individus.  

De plus, les technologies intelligentes telles que les SAB et les appareils IdO se sont révélées vulnérables aux cyberattaques. Les utilisateurs individuels peuvent aggraver ces menaces en accédant à des malwares, en utilisant un mot de passe non sécurisé ou en retardant la mise à jour de leurs logiciels. 

Autre préoccupation cybernétique potentielle : le besoin d’une connectivité internet haut débit fiable est essentiel pour faire fonctionner les systèmes des bâtiments intelligents. Que se passe-t-il dans les systèmes de sécurité des bâtiments après une période de déconnexion au réseau ? Et si une antenne-relais cellulaire voisine est détruite lors d’une tempête ?  

Par ailleurs, lors de rénovations et de réhabilitations, les partenaires de projet peuvent se heurter à des limitations ou à des incompatibilités au moment de l’intégration de nouveaux systèmes avec les existants, explique le rapport du Conseil des bâtiments intelligents de la CABA. 

Pour se prémunir contre les cybermenaces et protéger les données personnelles identifiables, les gestionnaires d’installations doivent collaborer avec des experts afin de renforcer les réseaux et de s’assurer que les usagers soient formés aux meilleures pratiques de sécurité individuelle. Parmi les systèmes les plus critiques à protéger se trouvent les caméras de surveillance, les systèmes de contrôle d’accès, les compteurs intelligents et les outils de localisation, précise Buildings Magazine. La protection des données doit se centrer sur des contrôles stricts de la collecte, du cryptage et du stockage, ainsi que sur des formulaires de consentement pour les locataires et des audits de sécurité par des tiers.  

La conformité réglementaire 

La pression s’accentue afin de généraliser des pratiques durables. L’Accord de Paris prévoit d’atteindre la neutralité carbone d’ici 2050 et le gouvernement américain a annoncé un investissement de 80 millions de dollars via la loi de réduction de l’inflation pour des technologies de bâtiments intelligents dans plus de 500 bâtiments fédéraux.  

Bien que ces initiatives soient dynamisantes, suivre le rythme d’un paysage réglementaire ambitieux et en constante évolution reste tout aussi intimidant. En effet, le secteur du bâtiment accuse un léger retard sur la voie de la neutralité carbone d’ici 2050, selon l’AIE, bien que la Chine, le Japon, l’Union européenne et les États-Unis aient récemment réalisé des « progrès notables » en décarbonation. Les technologies intelligentes viennent en renfort sur ce point, permettant aux maîtres d’ouvrage, exploitants et promoteurs de bâtiments de mettre en œuvre (et de concrétiser) des objectifs rigoureux de réduction énergétique.  

La gestion de l’évolution 

Dans son rapport, le Conseil des bâtiments intelligents de la CABA constate que certains maîtres d’ouvrage hésitent à adopter les nouvelles technologies de bâtiments intelligents ou à moderniser les technologies existantes en raison de contraintes budgétaires, mettant l’accent sur les coûts initiaux.

En effet, compte tenu des économies à long terme promises par les projets de bâtiments intelligents, il remarque que certaines réticences budgétaires pourraient provenir d’une méconnaissance des technologies disponibles. De même, de nouvelles technologies peuvent rebuter les occupants et les partenaires de projet si elles leur paraissent intimidantes ou inaccessibles. 

Il est crucial de bien sensibiliser tous les partenaires et les usagers afin qu’ils partagent la même vision des technologies intelligentes, des stratégies et de leur valeur. « Une bonne perception des avantages conduit directement à une bonne adoption des technologies », pointe le rapport (PDF, p.52). 

Aux quatre coins du globe s’érigent des bâtiments intelligents. Parmi les plus emblématiques figure The Edge, qui abrite le géant du consulting Deloitte à Amsterdam, parmi d’autres sociétés locataires.  

Considéré par beaucoup comme le bâtiment le plus intelligent au monde, The Edge dispose d’un réseau de plus de 28 000 capteurs qui contrôlent chaque aspect de son fonctionnement, de la réservation des salles de conférence aux réglages personnalisés de lumière, en passant par la température des postes de travail. Conçu pour être ultra-efficace et réactif, il apprend en continu, s’autodiagnostique et s’autocorrige en fonction des commentaires des employés sur l’utilisation et le rendement. Au total, The Edge consomme 70 % d’électricité en moins qu’un bâtiment de bureaux classique et a obtenu un score de durabilité BREEAM de 98,36 %, soit le plus élevé jamais réalisé.  

Le centre d’innovation mondial IKON, créé par le leader des matériaux de construction Kingspan, est un autre fleuron du bâtiment intelligent. Niché au milieu des lacs et rivières du comté de Cavan en Irlande, ce bureau associe les meilleures pratiques actuelles en construction, design et technologies de bâtiments intelligents à des ambitions d’avenir où les espaces de travail seront durables et autogérés. 

Le bâtiment intègre des capteurs permettant aux ingénieurs de Kingspan de mesurer la consommation d’énergie et l’efficacité de différentes approches d’éclairage naturel, de récupération et d’évacuation des eaux de pluie, de panneaux solaires et d’autres technologies durables. 

IKON a été conçu après de vastes analyses de modélisation énergétique et construit à partir de matériaux composés de bouteilles en plastique recyclé. Les panneaux solaires installés en toiture produisent suffisamment d’électricité pour couvrir 35 % des besoins énergétiques du bâtiment. Le parking est équipé de bornes de recharge pour voitures électriques et les toilettes du bâtiment utilisent l’eau de pluie.  

L’utilisation par IKON de données, de matériaux durables et de technologies, dont Autodesk Platform Services, continuera de stimuler l’innovation pour de nombreuses années. Sans compter que l’entreprise prévoit déjà de recycler entre 300 et 400 millions de bouteilles en plastique par an dans ses sites de production. 

Grâce à l’innovation rapide, les experts prévoient que les bâtiments intelligents évolueront vers des écosystèmes toujours plus intelligents dans les prochaines années. Parmi les progrès attendus :  

Une autonomie renforcée 

Alors que de nombreux bâtiments intelligents comptent encore sur l’intervention humaine pour exploiter les informations qu’ils génèrent, les bâtiments autonomes peuvent effectuer eux-mêmes une grande partie du travail, qu’il s’agisse d’ajuster les stores ou d’assigner des ordres de travail. « Je pense que nous verrons l’adoption des technologies de bâtiments autonomes vraiment s’accélérer dans les cinq prochaines années », a affirmé un gestionnaire des installations devant GlobeSt. 

De nouveaux matériaux intelligents 

On trouve aujourd’hui des matériaux de construction capables de s’adapter aux changements de leur environnement. Parmi eux, le béton intelligent qui s’autorépare lors de dommages causés par l’eau, le vent, la tension et la pression, grâce à une bactérie en dormance capable de générer du calcaire pour consolider les fissures. Quant aue verre intelligent, il peut améliorer le confort d’une pièce pour ses occupants grâce à des capteurs intégrés qui détectent et bloquent l’éclat du soleil et la chaleur excessive, sans recourir à des stores qui abattent la lumière.  

L’intégration dans les villes intelligentes 

Les bâtiments intelligents et les villes intelligentes alimentent leur croissance mutuelle selon Precedence Research. Cela signifie que des quartiers, des secteurs et même des villes entières ont le potentiel d’exploiter des outils et des efforts de collecte de données, dont ceux générés par les bâtiments intelligents qui s’y trouvent, afin d’optimiser leur piétonnisation, leur durabilité, leur résilience et leur consommation de ressources, à mesure de leur évolution et de leur transformation.  

La circularité 

Les bâtiments intelligents tels que l’IKON vont aider le BTP à emprunter la voie de l’économie circulaire. Avec un accès à des données hyperdétaillées du bâtiment, les entreprises qui démantèlent ou qui rénovent des propriétés sauront exactement quels matériaux et composants ont été utilisés et où ils sont posés. Les retrouver va devenir un jeu d’enfant, transformant les démolitions en puits de ressources plutôt que d’alimenter les déchetteries. « IKON nous permet d’explorer de nouvelles orientations, grâce aux données, explique Mike Stenson, chef de l’innovation chez Kingspan. Et ce n’est que le début. » 

À mesure que les technologies intelligentes se déploient dans les bâtiments, elles offrent un potentiel inédit de créer des environnements durables, efficients et adaptables. D’une part, ces progrès réduisent la consommation d’énergie et les coûts d’exploitation. D’autre part, ils posent les bases d’une nouvelle ère d’infrastructures intelligentes répondant en temps réel aux besoins des usagers et aux exigences environnementales. Les bâtiments intelligents de demain s’intégreront parfaitement aux initiatives plus larges de villes intelligentes, contribuant à une économie plus résiliente et circulaire. Avec le temps, ces technologies redéfiniront notre façon de concevoir, de construire et d’habiter les espaces, progressant petit à petit vers la réalisation des objectifs de durabilité.  

Cet article a été mis à jour. Date de publication d’origine : juillet 2020. Avec la contribution de Mark de Wolf.