Les enjeux et le contexte
Comment respecter, en France, les accords de Paris (faire en sorte que l’élévation de la température moyenne ne dépasse pas 1,5° en 2050) sachant que le chauffage et le transport sont fortement carbonés? En parallèle, comme le montre l’article dont est issue la photo ci-dessus, les efforts dans le domaine de l’isolation des bâtiments ne portent pas leurs fruits et ce pour de nombreuses raisons dont:
- manque de compétences;
- complexité et durée des travaux;
- complexité du système de subventions.
Pire, le remède est parfois pire que le mal; comme l’enquête ci-dessous le confirme, certains travaux génèrent des désordres dans les bâtiments et des problèmes de santé.
Il faut donc repasser à plus de simplicité et de pragmatisme. On pourrait comme le proposent certaines études mettre l’accent sur les 3,5 M de foyers chauffés au fioul en les équipant d’une pompe à chaleur. Mais cela pose un sérieux problème de faisabilité dans le contexte de production électrique français.
En effet, en 2021, alors qu’il n’y a pas vraiment de tension sur les réseaux, on commence à avoir des coupures.
Or, les centrales nucléaires vieillissent (elles fournissent 70% des besoins électriques en France) et la technologie EPR a du mal à voir le jour. Par ailleurs, les énergies renouvelables sont enfermées dans un tel carcan technique et législatif, que la France accuse un retard sérieux sur son développement.
Il y a donc fort à parier que de plus grosses tensions vont apparaître sur notre réseau ENEDIS d’ici quelques années.
Et au contraire, si la production d’électricité française reste décarbonée actuellement grâce au nucléaire, il se peut que la mise en marche d’unités fonctionnant au gaz (disponible mais très émetteur de carbone) vienne augmenter la facture globale de GES. Nous ne prenons donc pas le chemin tracé par les accords de Paris.
La proposition de VivroVert s’appuie pourtant sur celles qui consistent à équiper en PAC toutes les maisons individuelles actuellement chauffées par des modes polluants: principalement le gaz ( autour de 15%) et le fioul (19%), ce qui représente autour de 6 millions de foyers. Cette proposition s’accompagne de deux recommandations simples concernant les travaux d’isolation:
- se concentrer sur les déperditions en toiture ; elles sont en général très élevées (près de 30 %) et souvent les plus faciles à traiter, surtout quand la toiture fait l’objet de travaux.
- faire un effort sur la ventilation qui peut être très déperditive (jusqu’à 20% parfois) et les cheminées (conduits ouverts !). Les menuiseries sont aussi changées le cas échéant.
Nous considérons enfin qu’une fois ces travaux effectués, les déperditions devraient descendre à un niveau suffisant pour passer à un chauffage par pompe à chaleur. Des travaux plus lourds comme une isolation par l’extérieur nécessitent une attention particulière et peuvent générer des désordres parfois. Nous pensons donc qu’il est plus rentable de produire de l’énergie renouvelable.
Mais comment faire pour basculer une consommation d’énergie fossile de 150 TWh sur le réseau électrique déjà fragilisé qui a déjà du mal à produire ses 540 TWh?
Sachant que la consommation globale d’énergie pour ces foyers (chauffage et électricité) est supérieure à 3000 € par an, comment peut-on transformer cette valeur économique en valeur durable si on se la pose d’un point de vue économique? Bien évidemment, effectuer cette opération sur l’ensemble des 6 millions de foyers ne sera pas possible pour des raisons techniques mais il s’agit de démontrer que c’est réalisable du point de vue financier.
C’est ce que se propose de faire la fiche ci jointe en vous aidant à modéliser une installation solaire qui permet de viser l’autonomie en termes de besoins électriques domestiques hors chauffage d’un foyer individuel.
Quand cet investissement aura été réalisé, ledit foyer aura récupéré un “droit à prélever sur le réseau électrique” de près de 10 000 kWh, exactement, ce qui est nécessaire pour passer à un mode de chauffage par pompe à chaleur électrique alimentée par le réseau.
Au final, le foyer consommera un peu moins d’électricité du réseau et émettra 6 t par an de CO² en moins!
1 Estimation de besoins de besoins électriques
Il s’agit d’utiliser un tableur qui permet d’estimer sa consommation annuelle d’électricité hors chauffage. Le résultat est en kWh et dépend du nombre d’appareils (les consommateurs) et de leur type. Entre un vieux réfrigérateur de base et un catégorie A++, il y a un ratio de 5 en termes de consommation.
1.1 Le tableau des consommations à remplir
VivroVert met à votre disposition un tableau qui vous permet de calculer votre consommation annuelle répartie par poste. Voir annexe autonomie solaire (tableau standard).
Ce tableau donne une consommation annuelle mais pas les pics de consommation qui sont plutôt liés à l’usage. Il peut donc être avantageux d’apprendre à gérer sa consommation ou mieux, de la piloter via une box dédiée.
1.2 Les différences de consommations entre certaines technologies
Aujourd’hui, il y a des actions faciles à mettre en oeuvre pour abaisser sensiblement la consommation de certains consommateurs:
- entre des catégories A et A++
- entre un chauffe-eau électrique normal et un chauffe-eau thermodynamique
- entre des ampoules basse et haute consommation…
Il suffit de faire ses choix dans le tableau fourni en lien.
1.3 Qu’est-ce que ce travail nous apprend?
On peut tout à fait se dire qu’il suffit de diviser par 365 sa consommation annuelle pour savoir ses besoins journaliers. Cependant, ce travail nous fait comprendre certains points essentiels:
- la consommation moyenne journalière tourne d’une maison standard autour de 20 kWh si l’on dispose d’une chauffe-eau thermodynamique et d’électroménager de classe A++
- la facture annuelle avoisine les 1000 € en faisant attention à ses choix d’appareils, sinon, sinon elle peut facilement atteindre 1800 € par an.
- la VMC, essentielle, peut consommer beaucoup et qu’un investissement raisonnable peut remédier à ce surplus.
Une fois ce travail réalisé, le dimensionnement des besoins devient donc plus évident.
2 Dimensionnement d’une installation
Voici un site très utile qui permet en quelques clics de dimensionner au mieux son installation. Une remarque cependant :
- la batterie est dimensionnée pour 3 jours de sécurité quelque soit l’endroit;
- les panneaux ne sont pas dimensionnés pour couvrir les besoins des mois les plus défavorables, ce que nous conseillons pourtant de faire dans l’habitat individuel pour deux raisons: le prix des panneaux est très favorable et les surfaces de toitures le permettent.
- nous pensons aussi qu’il faut sortir de la norme pour ce qui concerne l’orientation des panneaux: il faut avoir plusieurs orientations du levant au couchant pour ieux profiter du soleil.
Le planificateur propose donc plus d’autonomie sur la batterie mais il faut adapter ce paramètre au contexte local et le compléter par d’autres canaux car par exemple à Moroni, les jours où il fait trop mauvais pour produire moins de 500 Wh (avec 6kW), il n’y a pas de besoins de climatisation. En France, il vaut peut-être mieux prévoir de stocker de l’eau chaude ou d’allumer un insert pour les jours où il fait mauvais. Cela évite un investissement lourd relatif aux batteries qui peuvent coûter cher.
Et l’achat, à moyen terme, d’un véhicule électrique avec une capacité de stockage importante peut s’avérer plus rentable que l’achat d’une batterie de 30 kWh ! Il faudra pour cela que la voiture puisse recharger la batterie de la maison ce qui est possible aujourd’hui:
Si l’ensemble est géré par un système intelligent de répartition des consommations dans la journée en fonction de la production, l’optimisation ainsi obtenue permettra aussi de diminuer le stockage.
Notre conseil est donc de :
- Surdimensionner la superficie de capteurs solaires. Par exemple, si le besoin est de 20 kWh de besoins, il faut prévoir de quoi produire 20 kWh divisés par 2 par temps couvert soit 10 Kwh, c’est à dire, en termes de puissance, 20 kW, car par temps couvert un panneau fournit 10% de sa capacité s’il est associé à un onduleur démarrant bas et ayant un bon rendement. Ce paramètre est assez important car nombre d’onduleurs consomment autour de 300W, c’est-à-dire la production par temps couvert de 10 panneaux. Ce surdimensionnement qui reste peu cher si on fait les choses soi-même (les panneaux de 300Wc se trouvent à 85 € l’unité) permettra d’alimenter un véhicule électrique dès les beaux jours de mars et jusqu’à fin octobre!
- Investir dans un véhicule électrique branché en V2G plutôt que de surdimensionner une batterie interne domestique. Tesla quietly adds bidirectional charging capability for game-changing new features [Updated]
Mais aussi d’améliorer les systèmes énergétiques.
3 Comment abaisser et gérer les prélèvements sur le 220V
Lorsque l’on installe un kit photovoltaïque, il faut prendre en considération qu’une partie de la production sera consommée par les onduleurs. Il faut donc choisir des appareils à haut rendement et consommant peu.
Il y a en outre plusieurs postes sur lesquels il faut être exigeant ::
- choisir des appareils de catégorie A++;
- utiliser des pompes à chaleur pour chauffer l’eau;
- rester en 12V quand c’est possible (car la transformation de la production en 220V nécessite une puissance continue de 300 W environ soit 4 kWh par jour); il est donc intéressant d’acheter un réfrigérateur, un congélateur et des ampoules en 12V et de les alimenter directement. Il y a d’ailleurs fort à parier que beaucoup d’appareils peu gourmands comme les télés, ordinateurs etc.. pourront être prochainement alimentés en 12V directement;
- chauffer l’eau du lave-linge, lave-vaisselle et cumulus via une PAC pour diminuer par 3 voire plus les besoins énergétiques en moyenne; si possible faire des stocks les jours de beau temps en hiver: idéalement, un stockage de 1m3 d’eau chaude (5j environ) ce qui nécessite une PAC d’un cop 4 pendant 5h. Les déperditions de ce m3 chauffent la maison;
- investir dans une VMC hygro B basse consommation
4 L’installation solaire pour les nuls
Cette partie s’appuie sur des documents et vidéos issues d’internet.. Elle est suffisamment argumentée pour que chacun puisse y trouver ce dont il a besoin. On peut cependant trouver quelques adresses utiles en annexe.
Il faut noter cependant qu’une telle installation peut être faite simplement si les puissances ne sont pas assemblées (on peut par exemple faire 4 modules de 5 kW qui sont suffisants pour alimenter les différentes lignes du tableau électrique)
Dans tous les cas, il convient de ne pas se faire influencer par des commerciaux peu scrupuleux. Une installation photovoltaïque n’est pas complexe du tout. Il faut simplement un peu de logique et prendre le temps de comprendre comment ça marche. Il y a de plus en plus de bureaux d’études spécialisés qui savent conseiller efficacement. D’autre part, ils sauront apporter les réponses aux questions administratives.
5 Comment réaliser cette opération d’un point de vue bâtimentaire et administratif
Cette opération peut être réalisée :
- en toiture, ce qui permet d’isoler facilement celle-ci;
- en construisant une extension; cette extension, pour ceux qui sont moins limités d’un point de vue budgétaire, peut prendre la forme d’une maison bois passive qui pourrait être louée ou accueillir des fonctions complémentaires à celles du bâtiment existant;
- ou utilisant un hangar annexe qui sont nombreux en milieu rural.
Dans tous les cas, il faudra une autorisation administrative du service urbanisme de votre commune mais aussi du gestionnaire de réseau ENEDIS. Il faudra aussi veiller à ne pas connecter le réseau électrique de la maison au réseau ENEDIS: seule la pompe à chaleur du chauffage le sera.
Les partenaires de VivroVert pourront être sollicités partout en France pour réaliser ces travaux dans des délais très courts après avoir obtenu les autorisations préalables.
6 Bilans: 5000 € et 10 tonnes de C0² par foyer par an pour 80 à 110 K d’investissement
6.1 Investissements nécessaires
Pour obtenir de tels résultats, un investissement initial est à prévoir :
- installation solaire 20kW avec batterie 10 kWh: 30 000 €; si une batterie de forte capacité reste encore chère, l’emploi de batterie de véhicules électriques usagés devrait diminuer sensiblement ce coup; aux Etats-Unis, on peut en effet trouver des batteries 60 kWh pour 4800 € qu’il faut assembler.
- pompe à chaleur pour ECS, lave-linge et lave-vaisselle avec tampon : 4 000 €
- gros électroménagers classe A++: 5 000 €
- pompe à chaleur air-eau pour assurer le chauffage: 10 000 €; la prise d’air chaud se fait sous les panneaux qui rejettent beaucoup de chaleur en fonctionnement même l’hiver
- pose d’une VMC basse consommation et de bouches d’air hygroréglabes: 1 000 €
- mise en place d’une box de gestion énergétique, changement des ampoules et création circuit 12V: 2 000 €
- achat véhicule électrique: 37 500 €
- construction optionnelle d’un hangar : 20 000 €; ce hangar pourra accueillir des fonctions complémentaires telles qu’une salle de sport, des bureaux de télétravail, une serre de permaculture, un garage etc et donner de la valeur immobilière.
- isolation des combles 2 000 €
- changement des menuiseries 10 000 €
Le coût global peut paraître élevé mais il doit être mis en relief par rapport à une rénovation thermique globale qui fera passer l’étiquette énergétique de E à B pour un coût assez proche. Cette rénovation permet des économies sur la partie chauffage mais pas sur la partie électrique ni mobilité.
6.1 En termes de consommations électriques: économie de 1800 €
Après passage à l’auto-consommation, il n’y a plus de factures pour la partie “électricité hors chauffage”.
La solution proposée permet donc de ne plus puiser d’électricité sur le réseau. Cela décharge donc ENEDIS (gestionnaire des réseaux) et EDF (gestionnaire d’une grosse partie de la production).
Afin de ne pas les pénaliser, la partie chauffage est basculée sur le réseau électrique.
6.2 En termes de chauffage: passage de 2500 à 1000 € par an
Si on prend un cop de PAC de 3, la consommation annuelle électrique de chauffage sera donc de 25000/3 soit 8500 kWhe. En réalité un peu moins en raison des travaux d’isolation simples réalisés.
Mais la consommation réelle ne sera pas de 8 500 kWh pour la PAC car l’électricité photovoltaïque est produite en large surplus 9 mois sur 12, c’est-à-dire pendant 2 à 3 mois où le chauffage est nécessaire. L’installation photovoltaïque peut donc fournir de l’électricité pour alimenter la pompe à chaleur en mars, avril et octobre mais aussi un éventuel véhicule électrique de mars à octobre. La consommation de chauffage passera donc à 6500 kW soit environ 1000 € par an.
6.3 Pour le véhicule électrique 1800 € d’économies de carburant; au moins 1000 sur l’amortissement et l’entretien.
Il ne sera fait appel au réseau électrique que pour les mois de décembre à février pour alimenter le VE. Soit 110 € par an, ce qui porte l’économie annuelle à 1690 € sur la partie carburant.
Par ailleurs, un VE se déprécie et s’entretient beaucoup moins qu’un véhicule thermique; il y a donc un gain d’au moins 1000 € par an sur ce poste.
6.4 Une plus-value immobilière
En plus des économies directes, cette opération permet de valoriser son bien immobilier via les travaux d’amélioration des consommations mais aussi grâce aux fonctionnalités en plus apportées le cas échénant.
6.5 Pour le réseau Enedis et la production nationale
La consommation globale d’électricité par projet évolue légèrement à la baisse: à raison de 4000 kWh par foyer, cela pourrait atteindre 24 TWh pour l’ensemble des 6 millions de foyers.
Cette baisse globale de consommation pourrait ainsi permettre d’entretenir correctement le parc nucléaire existant (cela correspond à la production de 2 réacteurs qui peuvent être fermés par deux)
Il faudra cependant étudier en détail le report de la consommation des PAC qui sera en hiver un peu plus importante que la consommation d’électricité à usage domestique et donc créer un léger déséquilibre. Profiter de la chaleur dégagée par les PV pour améliorer le COP des PAC peut répondre à ce soucis, ce qui nécessite de minimiser l’utilisation des PAC la nuit
Une fois le travail d’entretien terminé, ces 24 TWh pourraient être utilisés pour alimenter un certain nombre de foyers au gaz situés dans des immeubles d’habitation collective.
Qui plus est, il y a constitution d’un parc de VE qui peut participer à l’augmentation de la résilience du réseau si l’on fait du V2G (vehicle to grid). en mettant à disposition un stockage réversible en cas de force majeure d’une capacité de 0,5 TWh.
Enedis ne transporte donc des EnR qu’en cas de force majeure (à la demande)
6.6 En termes de CO²: 10 tonnes par foyer
Chaque projet permet une économie de plus de 6 tonnes pour la partie “foyer” ainsi que près de 4 tonnes pour ce qui concerne les émissions liées au véhicule.
Cela représente 400 € par an si la tonne de CO² est valorisée 40€
En extrapolant à 6 millions de foyers, cela fait 60 millions de tonnes par an soit plus de 10% des émissions françaises !
7 Le financement
Quand ce mécanisme s’adresse aux utilisateurs de la plate-forme qui quittent les agglomérations, le financement peut être assuré par la vente du bien vendu. Pour ce qui concerne les foyers qui n’ont pas les moyens d’un tel investissement (qui reste malgré tout rentable) nous proposons des solutions.
7.1 Les subventions pourraient constituer un apport de presque 20%
Les certificats d’économies d’énergie (CEE) constituent un bon apport financier:quelques milliers d’euros par projet. Potentiel de 3 à 4000 €
Les tonnes de CO² non émises peuvent aussi être valorisées si elles ne le sont pas déjà dans le cadre des CEE. Potentiel de 40*40*10= 16 000 €sur 40 ans
7.2 Les aides
Intégrer ce projet dans un programme de valorisation des batteries usagées de voitures électriques; aujourd’hui, les constructeurs paient pour le recyclage des batteries usagées . Un programme de réutilisation des batteries pour la maison peut être intéressant dans la mesure où cela abaisserait sensiblement le prix de celles-ci.
7.3 Le reste à payer
Plusieurs types de financement peuvent être mis conjointement en oeuvre:
- prêt associatif rémunéré à 5%. La communauté VivroVert pourrait constituer une association à cette fin. Un emprunt de 80 000 € coûte 551 € par mois sur 20 ans, ce qui représente les économies que permettent de faire les travaux.
- prêt bancaire: même si l’opération est rentable, les banques ne joueront pas forcément le jeu. Partenariat avec le Crédit Agricole? Un emprunt sur 20 ans coûte 400 € par mois, ce qui est inférieur aux économies réalisées.
- auto-financement
- en créant une association, des rentrées financières via la vente de pleins électriques ainsi que des locations de bureaux de télétravail peuvent être générées (de l’ordre de 500 à 1000 € par an)
- vente à EDF lors des pics de consommation:c’est négligeable mais ce seront quelques dizaines d’euros en moins sur la facture annuelle.
Annexes
Annexe 1:calcul relatif aux émissions des foyers individuels chauffés au fioul et au gaz
En France il y a environ 3,5 millions de foyers chauffés au fioul, donc en maisons individuelles; c’est un enjeu colossal car cela émet énormément de CO2 . Un foyer émet en effet 0,264 kg *248*100= 6,5 t de CO² par an environ.. Ramené à 3 personnes, cela fait plus de 2t par personne. les accords de Paris sont de cet ordre là pour l’ensemble des émissions par personne…donc !
En équipant ces foyers d’un système électrique pourvoyant aux besoins en électricité avant travaux (environ 13 000 kWh), on peut remplacer la chaudière à fioul par une PAC qui consomme moins que les 13 000 kWh par an pour chauffer la maison. L’impact sur le réseau sera donc avantageux.
En réalité, l’économie en électricité par foyer est de presque 5000 kWh par an!
Et sur 40 ans, l’économie en CO² est de :
40*6500+40*13000*6/1000-(40*8500*6/1000+10500 kg (panneaux chinois))= 263 120-12500= 250 000 kg
Pour le foyer, le coût annuel de fonctionnement passe de:
2500 (fioul)+1800= 3300 € (électricité) à 1275 € ce qui fait une économie de 3225 €
Le raisonnement est identique pour les foyers individuels chauffés au gaz avec cela dit un peu moins de bénéfices en termes de CO² et économies. Le gaz emet 20% de moins de CO² et coûte moitié moins cher que le fioul. Il faudra donc mettre en place une taxe CO² pour rendre le système plus incitatif.
Annexe 2: comment fonctionne une installation photovoltaïque
1 Un peu d’électricité tout d’abord:
La théorie:
https://www.youtube.com/watch?v=oGiDi6a8hPY
La pratique:
https://www.youtube.com/watch?v=cX4s-bxn4fs
Pour aller plus loin, l’analogie entre les lois hydrauliques et électriques:
http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/phy_chi/Menu/Programmes/anal_hydr/ANALHYDR.htm#:~:text=Le%20débit%20est%20le%20même%20(il%20n%27y%20a%20pas,point%20d%27un%20circuit%20série.&text=La%20différence%20de%20niveau%20entre,ensemble%20des%20récepteurs%20en%20série.
2 Comprendre comment ça marche avec un schéma:
https://www.youtube.com/watch?v=x-05gKrdg3U
3 Et des installations
Une installation basique pour commencer:
https://www.youtube.com/watch?v=uobUwjCLfok
Un peu plus complexe::
https://www.youtube.com/watch?v=_PgthByAYz4&t=1089s
En français:
https://www.youtube.com/watch?v=-P6QNUbM0Xc
Mais il existe des appareils qui regroupent plusieurs fonctions ce qui simplifie l’installation:
https://www.youtube.com/watch?v=7reC9QlPHlA
Avec une batterie DIY:
https://www.youtube.com/watch?v=rIbgK0LLzbE
*
4 Dimensionner son installation:
Dimensionner ses besoins
https://www.youtube.com/watch?v=TJBGbufexEM&t=834s
Dimensionner les éléments nécessaires correspondants
https://www.youtube.com/watch?v=C-k0WHJ4RxQ&t=159s
Choisir son type de panneaux
https://www.youtube.com/watch?v=nsg9nQ03CdE
5 Faire une batterie LIFEPO4 avec une protection:
https://www.youtube.com/watch?v=RAO5qARz6FA
https://www.youtube.com/watch?v=E4pN4DVPOcY&t=3s
Ou avec des élements de récupération:
https://youtu.be/rIbgK0LLzbE?t=7
Ou une batterie géante
https://www.youtube.com/watch?v=PenPYwa00CA
Comment régler l’orientation et l’inclinaison de ses panneaux?
https://terresolaire.com/Blog/batiment-solaire/inclinaison-panneau-solaire-orientation/
https://www.youtube.com/watch?v=r2NIxTDpbXU
PVGIS
https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/fr/#MR
Annexe 3: possibilités de stockages
- Les véhicules électriques peuvent renforcer la résilience du réseau électrique français avec un potentiel de 0,1 à 1 TWh.
- Le stockage d’eau chaude représente aussi entre 0,1 et 0,3 TWh.