L’environnement et la domotique : un duo gagnant ?

Bonjour à tous,
Durant mon stage au laboratoire G2Elab, j’ai eu l’opportunité de me familiariser avec le thème de la domotique : le but de cet article est de vous livrer quelques réflexions menées au cours de mon stage, qui ne remettent pas en question l’utilisation de la domotique mais qui nuancent les propos parfois trop élogieux trouvés à ce sujet. En premier lieu, vous trouverez une introduction sur la domotique et ses applications, ainsi que quelques exemples concrets démontrant à quel point il est accessible à tous d’installer un système domotique chez soi. Puis, pour ceux qui s’intéressent particulièrement à la gestion énergétique, j’ai mené quelques réflexions qui vont en ce sens sans pour autant être véritablement liées à la domotique. Enfin, il m’a paru intéressant de souligner quelques limites de la domotique à prendre en considération.

Mais avant d’entrer dans le vif du sujet, commençons par le commencement : la domotique, qu’est-ce ?

La domotique, petite introduction

Si l’on se fie rigoureusement au dictionnaire Larousse, on pourra se contenter de la définition suivante :

Nom féminin
(du latin domus, maison, et informatique)
Ensemble des techniques visant à intégrer à l’habitat tous les automatiques en matière de sécurité, de gestion de l’énergie, de communication, etc.

Une maison dite domotisée – ou connectée – sera équipée de divers capteurs, ceux-ci communiquant avec la centrale domotique par un réseau domotique (câblage, sans fil, courant porteur en ligne i.e les données passent par les câbles électriques déjà présents). Concrètement, cela signifie qu’un particulier pourra programmer, automatiser et contrôler les appareils présents dans son domicile. Pour ce faire, divers capteurs sont installés en fonction des besoins : capteur de température, d’humidité, de détection de présence, d’ouverture…

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Ils envoient une information à la centrale, tous les x temps – ce laps de temps dépend du capteur, et donc de l’utilisation prévue (un détecteur de présence nécessitera un temps d’échantillonnage plus court qu’un capteur de température). L’utilité des données envoyées est souvent double : dans un premier temps, elles permettent au particulier de mieux visualiser l’état de ses appareils, les variations qui ont lieu. Dans un second temps, elles permettent le pilotage à distance des appareils. Par exemple, en voyant qu’une lumière ou que la télévision est restée allumée chez soi, on peut l’éteindre à distance depuis son ordinateur (ou tablette, ou smartphone).

Enfin, le dispositif permet de mettre en place un panel varié de scénarios domotiques : on peut créer des scénarios programmés (à une heure particulière tous les jours, semaines : baisser le thermostat tous les jours entre 8h et 17h…) ou déclenchés (en fonction de l’état d’un ou plusieurs autres capteurs : si la porte est verrouillée, alors on éteint la lumière).

Quelles applications pour la domotique ?

Pour beaucoup, c’est notamment un moyen de faciliter la gestion du domicile : amélioration du confort de vie, et sécurité de l’habitat. La sécurité électronique est en effet un secteur en pleine expansion, qui représente depuis plusieurs années en France plus de la moitié du chiffre d’affaires du secteur de la sécurité (57% du secteur en 2017 d’après l’Atlas de En toute sécurité – spécialiste de l’information économique et stratégique sur le marché de la sécurité).
Cependant, la sécurité n’est qu’un aspect parmi tant d’autres : système de chauffage contrôlable à distance, thermostats, éclairage intelligent, motorisation des volets… ne sont que quelques exemples de fonctionnalités au service du confort quotidien. On parle aussi souvent d’aide aux personnes âgées, permettant de conserver une bonne autonomie.

C’est aussi un moyen de faire des économies d’énergie et des économies d’argent. Je me permets de dissocier les deux, car ces deux raisons ne sont pas reflet l’une de l’autre. Typiquement, lancer son lave-vaisselle en heures creuses sera un gain financier pour une même consommation énergétique (cf Le rôle des tarifs).
Ceci-dit, la domotique me semble être beaucoup plus qu’un simple moyen d’économiser quelques euros par ci par là. Les enjeux actuels amènent une multitude de problématiques énergétiques, et la domotique est incontestablement une piste à explorer en ce qui concerne la gestion énergétique des habitats. L’analyse des données mesurées permet de mieux comprendre la consommation d’un foyer : quels sont les appareils les plus énergivores, certaines consommations peuvent-elles être évitées, quelles pratiques ont réellement un impact positif… Et de manière générale, comment mieux appréhender le fonctionnement des appareils et nos choix en matière d’aménagement du domicile ?

Un exemple concret étant plus parlant qu’une explication sur le papier, voici une petite anecdote : en entamant mes recherches sur l’électroménager d’un domicile, je me suis beaucoup appuyée sur les appareils présents dans mon appartement étudiant. Prenons l’exemple d’une bouilloire : si je calcule l’énergie nécessaire pour faire bouillir l’eau, j’obtiens la formule suivante

• Energie : en J, kWh ou Wh en fonction des unités choisies
• masse : masse d’eau (ici en tout cas de l’eau) à réchauffer en [kg]
• cp : capacité thermique de l’eau en [J/(kg.K)]. On fait l’hypothèse qu’elle reste constante et égale à 4185 J/(kg.K) (CNTP)
• Puissance : en watt [W], donnée par le constructeur

Il faut garder en tête que quelque soit la puissance de l’appareil, il faudra toujours la même quantité d’énergie pour chauffer un même volume d’eau. La plupart des bouilloires en grande surface chauffent jusqu’à ébullition : on consomme donc 93 Wh pour chauffer 1L d’eau initialement à 20°C.
Or, étant une grande buveuse de thé vert, j’ai souvent le malheur d’avoir un thé trop chaud en raison de ma bouilloire premier prix qui chauffe bien au-delà des 75°C escomptés. Pour chauffer ce même volume d’eau à la bonne température, il me faut près de 64 Wh.

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Au total, pour une utilisation quasi quotidienne on constate presque 10 kWh d’écart sur un an. Si on prend le prix du kilowattheure à 0.1531€ (offre classique EDF), cela représente un écart de 1€50 sur une année. Certes, du côté financier cela ne représente pas un écart considérable, mais en termes d’énergie, la différence devient visible si l’on garde en tête qu’une bouilloire est un objet du quotidien pour un grand nombre de foyers/lieux de travail.
NB : La puissance aura simplement un impact sur le temps de chauffe : respectivement 2min30 et 2min20 pour chauffer 1L d’eau initialement à 20°C, pour une puissance de 2200W et 2400W.

La domotique chez soi

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, la domotique n’est pas hors de prix : capteurs désirés, un écran d’ordinateur, une raspberry… Et nul besoin d’être expert en électronique : les tutoriels existants ont le mérite d’être accessibles à tous. Ces quelques lignes ont pour but de démontrer la facilité qu’il y a à mettre en place des scénarios domotiques chez soi, à l’aide du logiciel domotique open source Jeedom. Je vous conseille en premier lieu d’aller lire l’article « Jeedom ou comment domotiser sa maison en quelques clics ».

Suite à cet article, quelques notions supplémentaires sont utiles pour l’installation des capteurs désirés. Tout d’abord, à quoi sert un protocole de communication : un capteur doit pouvoir communiquer avec l’interface (transmettre les données, l’état de la mesure…). Pour ce faire, il existe des protocoles utilisés pour connecter et contrôler les appareils : Z-wave, EnOcean… Ils se trouvent sur le market Jeedom (attention, certains comme EnOcean sont payants).
Si l’on prend pour exemple la prise intelligente Wallplug Fibaro, elle fonctionne avec le plugin Z-wave.

Concrètement, voilà comment on peut mettre en place un système :

• Architecture : on doit auparavant avoir créé l’architecture du logement considéré. Dans Tools -> Objects on peut rajouter à sa guise les Objets : ils représentent les pièces du domicile. Le Parent object sélectionné représente l’ensemble dans lequel se trouve la pièce : ici, Room 1 et Room 2 se trouvent dans le bâtiment GreenEr.

On pourra ainsi rattacher les capteurs à la pièce pertinente.

• Protocoles de communication : par la suite, on rajoute les protocoles nécessaires. Généralement, on trouve écrit au dos du capteur le protocole de communication correspondant. Dans Plugins ->Plugins Management -> Market, on peut chercher le plugin et le télécharger. Puis, on l’active dans Plugin setup :

1° Dans State, cliquer sur Enable à droite d’Action (il faut avoir Statut Enabled).
2° Dans Dependencies, cliquer sur Relaunch.
3° Dans Setup, choisir Auto pour Port key Z-wave.

• Ajout des capteurs : une fois que le protocole de communication est activé, on peut ajouter les capteurs. Sur Plugins -> Automation procotol -> Z-wave, on sélectionne Inclusion mode. Chaque capteur s’inclut à sa manière, et on trouve sur internet un grand nombre de tutoriels à ce sujet.
  J’ai choisi ici comme exemple d’inclusion le capteur Multisensor Gen5 de Aeotec, car c’est celui qui m’a posé le plus de soucis. On commence par brancher le capteur au PC, puis on va dans Plugins -> Automation protocol -> Z-wave.

1° Réinitialisation : on sélectionne Exclusion mode (non secured mode), puis on clique sur le bouton noir à l’arrière du capteur. Un message s’affiche alors pour confirmer l’exclusion.
2° Inclusion : on sélectionne Inclusion mode, puis on clique sur le même bouton noir.
3° On arrive sur la page de configuration du module, où on peut renommer le capteur, choisir le Parent object (la salle correspondante).

4° Attention, la détection de présence n’est pas fonctionnelle dès l’inclusion ! Il faut à ce moment aller dans les paramètres du capteurs (dans le Dashbord, cliquer sur le nom du capteur), puis sur Setup -> Settings. Puis, suivre la méthode suivante (non exclusive, mais elle fonctionne) :

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Le capteur est alors présent et fonctionnel sur le Dashbord.

On peut alors passer à la phase réellement intéressante : que faire avec les capteurs installés ?

L’imagination, seule limite en domotique

Comme expliqué auparavant, il existe deux modes de scénarios : ceux déclenchés et ceux programmés. Si ces derniers réagissent de façon bouclée, les scénarios déclenchés font interagir différentes données entre elles. Ci-dessous, on peut voir détaillés quelques exemples de scénarios faisant intervenir un capteur d’ouverture.

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Pour ce qui est d’implémenter un scénario, les nombreux tutoriels sur internet proposent un grand nombre de scénarios fonctionnels. N’ayant jamais fait de domotique auparavant, il m’a fallu moins d’une journée pour me familiariser avec Jeedom et mettre en place mes premiers scénarios.

Analyse de données

Si la domotique permet d’améliorer le confort de vie et de réaliser des économies d’énergie, il serait déplacé de la restreindre à ces applications : un tel système permet d’avoir accès à l’état des capteurs et aux informations en temps réel, et permet de plus de stocker au fil du temps les données.  
A l’aide de ces données, il est ensuite possible de trouver des liens de corrélation entre différentes mesures, et adapter la gestion du logement en conséquence. Typiquement, établir des tendances : en moyenne, aucun mouvement dans la maison entre 9h20 et 17h, donc on baisse le thermostat en conséquence. Lorsque la fenêtre reste ouverte on observe une grosse chute de température, donc on reste vigilent à cet égard. Ou encore, mettre en évidence les appareils les plus énergivores pour pouvoir agir directement en les désactivant, vérifier si la régulation fonctionne correctement, mettre en lumière les problèmes d’humidité…

Généralement les box domotiques incluent déjà ces réflexions, mais pour ceux souhaitant installer leur propre système (ou les curieux), ces pistes sont incontournables.

Cependant, outre les systèmes domotiques, pleins de réflexions peuvent être menées concernant la gestion énergétique, sans pour autant devoir passer par l’installation de telles technologies.

Gestion énergétique et sensibilité

Puissance et consommation

Il est important de comprendre la différence entre la puissance et la consommation : la puissance est donnée en watt W, et représente la rapidité avec laquelle un appareil peut consommer de l’énergie. Par exemple, plus la puissance d’une bouilloire est élevée, moins il faudra de temps pour chauffer de l’eau. La consommation est quant à elle une mesure d’énergie, en kilowattheure kWh. Elles sont liées par la relation suivante :

Consommation = Puissance de l’appareil × durée d’utilisation

Avec :

• Consommation en kWh
• Puissance en kW
• Durée d’utilisation en heures

De façon littérale, un kilowattheure (un kilowatt par heure) est donc la consommation d’un appareil d’une puissance de 1000W, qui fonctionnerait pendant une heure.

Prenons un exemple concret : j’utilise mon grille-pain de puissance 1000W environ 3 minutes par jour, et ce durant 300 jours de l’année. Or, 1000 W = 1 kW et 3 minutes pendant 300 jours = 900 minutes = 37.5 heures.

Ma consommation annuelle se définit alors comme :

Conso annuelle = Puissance × durée d’utilisation = 37.5 kWh

En fonction des appareils, la grandeur affichée sur la fiche technique peut varier : il s’agit de fournir la grandeur la plus représentative. Par exemple, beaucoup de machines à laver indiquent la consommation par cycle, en kWh/cycle.

Tableau explicatif

Afin d’avoir une idée de sa consommation, il suffit en général de récupérer la puissance (ou la consommation par 24h, ou la consommation par cycle…) indiquée sur la fiche technique des appareils.

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Sur l’exemple ci-dessous, non exhaustif, on peut rapidement se faire une idée de la consommation des divers appareils présents chez soi. Financièrement, on estime aussi le coût annuel (ici, le prix du kilowattheure est de 0.1531€ – Offre de base EDF)

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Pistes de réflexion : économies financières et économies d’énergie

Cette méthode n’est cependant pas d’une précision absolue. Elle est représentative de la réalité, mais exclut certains points de compréhension qu’il est pourtant intéressant de mentionner.

Le rôle des tarifs

Plusieurs tarifs sont proposés par les fournisseurs d’énergie, dont le tarif HP / HC (heures pleines / heures creuses). Il consiste en un prix du kilowattheure variable : tarif en heures pleines et tarif en heures creuses. La plage des heures creuses dure 8 heures par jour, consécutives ou fractionnées en deux. La finalité est de pousser les particuliers à consommer à certaines périodes de la journée, lorsque la production est la plus élevée. L’électricité ne se stocke pas, ce qui explique l’importance de l’équilibre entre production et consommation à tout moment. Le développement massif des énergies renouvelables, notamment, soulève de nombreuses questions concernant l’exploitation du réseau face à une production intermittente intégrée dans un réseau conçu pour servir les consommations. En effet, comment gérer une énergie dont la production est mue par le climat ? Comment élaborer des prédictions précises suffisamment en amont ? Comment gérer la consommation alors que la production n’est pas homogène durant une journée ?  Historiquement, le système a servi à lisser la production nucléaire, et est actuellement en train d’être adapté aux nouvelles énergies et smartgrids. En proposant un tarif avantageux pendant 8 heures de la journée, les opérateurs incitent les particuliers à reporter leur consommation durant des plages moins chargées en termes de consommation, et où la production est assurée (on prendra l’exemple de panneaux solaires qui produisent en journée) On pousse ainsi les particuliers à consommer au « bon moment. En contrepartie, consommer en dehors de cette plage creuse coûtera plus cher au particulier.

Sur le tableau suivant, on comprend que si certaines différences ne sont pas significatives, d’autres sont non négligeables.

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Le gain énergétique est nul étant donné que la consommation reste la même, mais on parle tout de même de consommer mieux lorsque l’on exploite les heures creuses : on consomme de sorte à alléger le réseau et diminuer les pics de consommation.  

Le choix des appareils et la consommation réelle

Les étiquettes énergétiques sont maintenant obligatoires sur le gros électroménager et les ampoules électriques : elles décrivent les caractéristiques énergétiques de l’appareil, comme sa classe d’efficacité énergétique, sa consommation par an (ou par cycle…). En choisissant son électroménager, il est donc intéressant de ne pas s’arrêter au prix d’achat, mais de penser au long-terme. Plus la classe énergétique est bonne (A, A+…), moins l’appareil consomme d’énergie. Cependant, les classes ont évolué étant donné qu’on trouve maintenant du A++ et du A+++. Il est donc plus pertinent de regarder directement la consommation affichée sur l’étiquette (souvent en kWh/an), ainsi que ne pas oublier de prendre en compte la consommation d’eau si présente (lave-vaisselle, lave-linge…). Si l’appareil coûte plus cher à l’achat, ces critères permettront de minimiser le coût de l’énergie lors de l’utilisation. De plus, de nombreux appareils peuvent-être programmés pour fonctionner durant les heures creuses, ce qui constitue aussi un gain financier.

On garde ensuite en tête que les consommations affichées sont dans des conditions standard d’utilisation. Par exemple, si le frigo est placé à côté des plaques de cuisson, il consommera probablement plus que ce qui est indiqué sur l’étiquette.

Un autre point concernant les appareils électriques est qu’ils consomment de l’énergie, qu’ils soient utilisés ou non dès lors qu’ils sont branchés. Cela est dû au transformateur placé en amont de l’interrupteur, qui continue de consommer lorsque l’on éteint simplement l’appareil. Depuis 2013, la plupart des appareils électriques ont pour obligation de consommer moins de 0,5 W lorsqu’éteints ou en veille. Pour les appareils connectés au réseau, ils doivent consommer entre 3 et 12 W en veille (directives de la Commission Européenne : Off mode, standby and networked standby). Typiquement, pour une télévision avec une puissance de veille de 0,5 W : si elle est utilisée 2 heures par jour, cela fait un total de 4kWh consommés par an, par le mode veille uniquement. Idem pour les box internet notamment, qui peuvent avoir une puissance de 12W en veille. Certaines proposent un mode veille profonde, qui implique un temps de réactivation plus long (40s). L’Ademe estime que la veille électrique en France représente 17 TWh, soit 17.10⁹ kWh.

Même s’il est déconseillé de débrancher certains appareils (type lave-vaisselle), on peut sans problème garder en tête ces consommations cachées lors d’absences prolongées en débranchant la box, le décodeur TV… Pour les petits appareils électroménagers du quotidien, on peut penser aux prises/multiprises maître esclave.

Bien évidemment, les installations domotiques permettent d’agir efficacement en réponse à ces réflexions : optimisation des tarifs HP / HC avec la programmation des appareils, gestion des veilles par prises intelligentes entre autres. Cependant, d’autres considérations peuvent entrer en jeu…

Réflexion et sobriété – la face cachée de la domotique

Si l’on vante les bienfaits de la domotique – puissant gestionnaire d’énergie –, on ne parle que trop peu des consommations en amont. Je m’explique : alors que la thématique des métaux rares fait rage, on oublie de prendre en compte que tous ces divers capteurs, sont eux aussi gourmands en métaux rares. Mais pour aller plus loin, gardons aussi à l’esprit qu’une grande partie de ces technologies sont usinées à l’étranger, avec trop souvent un impact environnemental conséquent. On peut citer Xiaomi, le géant chinois en pleine expansion qui récolte pourtant les notes minimales sur les trois sections (Energy, Resource Consumption et Chemicals) dans le rapport annuel de GreenPeace.

Or, dès lors que l’on ne met pas de limites au progrès, la domotique peut très facilement devenir un moyen d’améliorer son confort sans fin : l’ajout de capteurs additionnels, de nouvelles technologies, de nouveaux scénarios… Alors, en effet, ce ne sont pas trois capteurs dans un appartement qui feront une différence, mais si la domotique de confort connaît un véritable essor, les notions de gestion énergétique et de sobriété seront difficilement de mise.

Beaucoup de constructeurs parlent d’ « imaginer de nouveaux besoins », et on reste alors dans cette dynamique de créer de nouvelles consommations : cela semble contradictoire avec le concept de domotique au service de la sobriété énergétique. Le simple fait qu’on parle de « solution domotique » ou d’économies d’énergie « pour pouvoir faire des économies » peut faire tiquer.  Car au fond, est-ce vraiment un problème auquel on répond ? La finalité de la domotique est-elle vraiment commerciale ? Car améliorer l’efficacité énergétique des appareils devra alors compenser la consommation croissante des populations. Il ne s’agit pas de remettre en question la domotique qui reste un acteur incontestable dans le bâtiment en termes de conception, isolation entre autres. La nuance réside plutôt dans la capacité de tout un chacun à mener une réflexion sur les notions de suréquipement et de besoin.

Pour ce faire, on peut s’interroger sur les pistes abordées précédemment, mais aussi sur le cycle de vie des équipements choisis : la méthode standardisée ACV – Analyse du Cycle de Vie a été mise en place à cet effet. Elle met en évidence les flux entrants et les flux sortants, afin de quantifier les impacts environnementaux des systèmes dans leur globalité. Concrètement, cela signifie diviser le cycle de vie du système en phases distinctes : matières premières (i.e extraction, transformation, approvisionnement), fabrication, distribution, utilisation, gestion de fin de vie (traitement des déchets, recyclage…) – et évaluer les impacts de chaque phase. Il reste cependant quasi impossible de mener de A à Z une telle analyse en raison du manque d’informations et de précision dans les différentes phases : on peut tout de même avoir une idée globale, et cela permet notamment au particulier de mener une réflexion sur ses achats et sur la gestion de ses appareils.

En conclusion, la domotique a à mon sens un véritable rôle à jouer aujourd’hui en ce qui concerne la gestion énergétique. Mais pour cela, il est essentiel de garder en tête que la multiplication et banalisation des échanges dont l’impact n’est pourtant plus contesté peuvent avoir raison de la finalité première de la domotique : participer activement à la transition énergétique. Sobriété, utilisation raisonnée et perspective restent donc des mots clés lorsque l’on aborde le thème de la maison connectée.