L’autonomie énergétique est un challenge fondamentale de résilience. Comme vous allez le découvrir, je vous propose un sujet cruciale et critique que nous considérons comme un pilier de nos objectifs d’autonomie et d’indépendance.
1. Généralités
Que veut dire autonomie énergétique ? A priori, c’est ne pas dépendre d’autrui pour disposer d’énergie.
- Ne pas dépendre du réseau de distribution électrique,
- Ne pas dépendre de la station service de carburants/gaz,
- Ne pas dépendre d’un réseau de gaz,
- Ne pas dépendre d’un vendeur de bois,
- Ne compter que sur soi et ses ressources propres ou proches.
Mais être autosuffisant en énergie demande tout de même des dépendances à des dispositifs ou systèmes locaux. Pour disposer d’énergie calorifique avec un poêle à bois, je devrais couper, collecter, fendre et stocker du bois. Pour disposer d’énergie solaire, je devrais investir et entretenir mes installations thermique ou photovoltaïque, pour disposer d’énergie éolienne je devrais aussi maintenir le dispositif.
Tous les dispositifs ou systèmes même passif nécessiteront des compétences et des outils pour maintenir opérationnelle leur durabilité. Il faut donc ajouter aux équipements des capacités et compétences en entretien de ces systèmes. Là seulement on peut parler d’autonomie et d’indépendance énergétique.
De mon point de vue l’expression autonomie énergétique est inappropriée au sens strict car il y a trop de dépendance à maintenir durablement. De plus, l’autosuffisance et l’indépendance ne peuvent être atteintes qu’en mixant plusieurs types d’énergies, et en mettant en place la redondance permanente des dispositifs de production énergétique.
Il faut pour répondre aux besoins courant agréger différentes sources, soutenir et compenser l’intermittence de certaines énergies voir idéalement les stocker sous différentes formes. Il est aussi possible de mettre en place des systèmes automatisés de lestage/délestage électrique ou thermique afin d’équilibrer l’offre et demande énergétique.
Afin d’être autonome durablement, vous devrez être capable de vous passer des énergie fossiles. Les “énergies renouvelable” (EnR) sont donc nécessaire à votre projet d’indépendance. Les énergies renouvelable sont au nombre de 5 :
- L’énergie solaire : Nécessite un climat approprié pour un bon rendement (Intermittence, et retour sur investissement inférieur à 10 ans).
- L’énergie éolienne : Nécessite des vents laminaires en fonction du relief (Intermittence, et retour sur investissement supérieur à 10 ans).
- L’énergie hydraulique : Nécessite un cours d’eau.
- La biomasse (Les biocarburants [recyclage huile, distillation], les biogaz [bio-digesteur, réacteur Jean Pain]) : Pas simple à l’échelle résidentielle mais possible.
- L’énergie géothermique : Énorme potentiel mais les coûts d’installation peuvent être important et le ROI sera long.
2. La base autonome durable (B.A.D.)
Nous allons aujourd’hui traiter de nos besoins énergétique et de l’autonomie comme un objectif pérenne et durable, et non pas comme un objectif d’appoint ou comme un complément exceptionnel que serait un plan “B” de secours. Il n’y aura pas de retex sur des mini-panneaux solaires individuels dans cet article, mais de vraies solutions domestique et durable.
En effet, les perspectives que nous allons envisager seront évoquées dans une logique d’investissement durable permettant de répondre aux besoins usuels au quotidien, et non pas en cas de rupture de la normalité seulement. Votre BAD (Base autonome durable) sera généralement votre foyer principal comme beaucoup. C’est donc sur cet habitat que je vous propose de concentrer notre réflexion.
Je tiens à cependant à préciser que cet article ne prend pas en compte la problématique du modèle que certain appelle la “BAD Urbaine” en appartement, qui de mon point de vue ne peut exister sous cet acronyme de B.A.D.. Au mieux et pour quelques semaines la base autonome urbaine ne peut être durable, et devrait donc être nommée Base Autonome Urbaine (B.A.U.).
3. Que faire ?
3.1. Définir vos objectifs
Vous devez dans un premier temps fixer vos objectifs à atteindre. Par exemple cela pourrait être la segmentation de votre projet en deux étapes :
- Scénario de niveau 1 : Rupture de normalité temporaire pour laquelle quelques dispositifs peuvent répondre rapidement aux besoins élémentaires avec une autonomie de plusieurs semaines voir de mois (Réserve de carburant, cuve fioul, cuve de gaz, stock de bois…).
- Scénario de niveau 2 : Rupture de normalité à long terme ou recherches indépendance maximum (voir effondrement) avec des solutions pérennes et durables. Cet article est la raison être de ce scénario.
3.2. Etudier et analyser
Avant d’envisager votre autonomie énergétique, vous devez dans un premier temps connaitre vos habitudes et besoins énergétique pour ensuite agir sur ces postes de consommations. Pour cela vous devez étudier et analyser vos consommations, vos besoins et faire votre bilan énergétique. Vous devrez connaître votre profil de consommations et identifier les pics de charges ou de besoins sur plusieurs périodicités (quotidiennes, mensuelles et annuelles [saisonnalité]).
Par exemple, savez-vous,
- à quel moment dans la journée votre besoin en quantité d’énergie est le plus grand (toutes énergies confondues) ?
- à quel moment dans la journée se situe le pic de charge électrique (Puissance apparente) ?
- à quel moment dans l’année vous consommez le plus d’énergie (toutes énergies confondues) ?
- quel est votre bruit de fond électrique (talon seuil minimum) ?
- …
Autant de questions qui vont définir les limites et les caractéristiques du dimensionnement de votre futur système en autonomie énergétique.
Une fois seulement cette étude effectuée vous pourrez déterminer, les moyens, les vecteurs et leviers du changement, pour modifier vos infrastructures, vos habitudes, et les énergies utiles à ce changement.
Ce n’est pas un exercice facile, et certains diront déjà :
[Mode bourrin ON] – Mais pas la peine de se prendre la tête ! Fais ça et ça, puis ce sera réglé. [Mode bourrin OFF]
Les plus gros besoins énergétiques de l’habitat sont alloués aux besoins d’eau chaude sanitaire et la thermorégulation de l’habitat. Cela représente entre 50 à 85% des besoins annuelles en fonction de la localisation de l’habitat et de la rudesse des saisons.
En disant cela, je résous presque toute l’équation pour beaucoup. Mais cela ne répond pas à toutes les situations et besoins hélas. En effet, la variabilité de l’écart représente à lui seul au moins 50% des besoins énergétique, et les compléments en électricité resteront omniprésent. S’en passer est possible mais cela n’est pas si facile.
Par exemple : Si comme moi vous envisagez la cyber-résilience et le maintien opérationnel d’éléments de communication filaire et radiofréquences de vos infrastructures, vos besoins en électricité “informatique et communication” resteront un problème à résoudre. Pour certains par contre, l’équation s’arrêtera là.
Il est vrai que ces deux postes énergétiques que sont la chauffe de l’air et de l’eau représentent une grande part de nos besoins. Que cela soit avec un ou plusieurs poêle à bois, ou avec une chaudière à gaz, une pompe à chaleur, un système thermodynamique ou de la géothermie, il est effectivement intéressant d’exploiter un circuit de convection “eau” avec éventuellement un appui solaire thermique dès lors qu’une énergie d’élévation thermique est déjà utilisée.
Beaucoup diront que pour faire des économies d’énergies, il suffit de moins consommer et de ne pas perdre d’énergie avec une isolation parfaite. C’est effectivement la base, mais nos besoins en énergie ne se limitent pas au chauffage et ne cessent d’augmenter.
Le plus simple pour ces deux besoins serait donc :
- d’être bien isolé,
- puis d’utiliser le bois de chauffage couplé aux panneaux thermiques solaires pour le chauffage air et eau.
Oui cette solution est plutôt simple et correspond aux besoins élémentaires de certains, mais il existe bien plus de configurations possibles pour répondre aux problématiques de chacun. Il n’existe donc pas de configuration unique dans ce domaine.
Déterminer quel mix énergétique (bouquet) vous convient le mieux dépend de votre environnement de vie, votre habitat, le contexte météorologique et climatologique, les ressources locales disponibles, et la constitution de votre foyer (famille), mais en fonction de votre budget aussi. Vous devrez aussi augmenter votre résilience en amenant de la redondance et du backup à votre système (Deux c’est un et un c’est rien).
Évident n’est-ce pas ?
Il existe une grande variété de besoins. Entre l’Alsace et le Roussillon, il y a de grandes différences, le climat change aussi dans le temps, la météorologie influence vos besoins de chauffe, le couvert nuageux ou les vents, une maison en carton face à une maison de pierre, et encore un Earthship ou maison bioclimatique (passive) sont autant d’éléments permettant de comprendre que cela n’est pas si simple.
Nos usages de l’énergie électrique n’ont fait qu’augmenter avec l’apparition d’usages moderne comme l’électroménager et le confort auquel nous aurions du mal à renoncer pour vivre comme il y a cinquante ans. Cependant, il est évident qu’en cas de rupture de normalité, nous serions plus facilement disposé à rationaliser nos usages vers les besoins critiques.
4. Auditer vos consommations
Faites un bilans en priorisant les besoins énergétique par poste de consommation. Essayer d’identifier et d’évaluer le coût par poste énergétique avec des métriques quantitatives temporelles (par jour) et identifier la charge maximum (pic) des besoins ponctuels. Un inventaire complet de vos besoins et des énergies utilisées est nécessaire.
Voici le type de raisonnement que vous pourriez appliquer dans le cas d’audit du poste suivant :
Par exemple pour le poste de consommation d’eau chaude sanitaire nous allons analyser ce que pourrait-être votre consommation énergétique électrique (Mais cela pourrait être un ballon thermodynamique ou une pompe à chaleur ou encore le circulateur de votre chaudière à gaz …) :
- Il faut 50 litres d’eau chaude par jour est par personne (valeur moyenne). On utilisera moins d’eau chaude l’été que l’hiver dans les région sud mais partons sur une consommation stable pour 365 par an.
- Un “Cumulus” (ballon d’eau chaude sanitaire électrique) de 300 litres (6 personnes) totalement utiliser (300l) demandera environ 12kWh pour élever sa température à 65°.
Le besoin d’une famille de 4 personnes sera donc de 50 x 4 = 200 sur 300 disponible. On utilisera donc 2/3 d’énergie pour chauffer l’eau renouvelé de ce cumulus. 2/3 de 12kWh nous donne 8 kWh par jour pour cette famille, nous aurons donc besoin de (x 365) 2920kWh par an (soit 730kWh/pers./an et donc environ 110€/pers./an).
Avec ce type raisonnement, vous avez déterminé qu’il vous faudrait produire au minimum 8 kWh/jour d’électricité pour ce poste de consommations. Cela correspond à une métrique de quantité qu’il serait possible de couvrir par une installation photovoltaïque solaire si le choix de l’électricité était conclu. Mais attention, ce cumulus aurait besoin d’une puissance électrique suffisante pour fonctionner. Dans cette exemple, les données techniques de cet appareil pourrait nous donner la puissance utile de 2800W instantané. En théorie, il faudrait donc disposer d’une puissance crête de production au moins supérieure.
Il est aussi possible d’ajouté la notion de lestage/délestage afin d’optimiser votre production journalière avec la programmation différée (décalage) de plusieurs consommateurs électrique, et ainsi de limiter le soutirage sur une puissance crête insuffisante pour alimenter plusieurs équipements simultanément.
Vous devrez donc pour chaque poste de consommation connaitre vos besoins journaliers maximum (quantité) et la puissance de fonctionnement de l’appareil. Une fois que vous aurez défini la quantité globale utile à votre habitation et la charge maximum permise, vous aurez déjà une bonne idée du dimensionnement approximatif des dispositifs de production énergétique utile.
Il existe des outils de collectes et d’analyses de vos consommations thermique et électrique. Les calorimètres permettent d’étudier la thermodynamique de votre habitat, et les “smartmeters” permettent d’analyser les courbes de charges de puissance ou de consommation électrique. Ceux sont des investissements utiles dès lors que la résidence est déjà construite, mais ils sont aussi utiles aux pilotage précis de vos énergies. Sachez cependant que l’on peut s’en passer. Je reviendrais ultérieurement et dans d’autres articles sur ces dispositifs de mesures et comptages.
4.1. Nos besoins réels
4.1.1. Nos besoins essentiels (prioritaires) sont :
- Chauffage air,
- Chauffage eau,
- Cuisson et réfrigération alimentaire,
- Éclairage,
- Pompage, relevage et filtration eau (puit, cuve) [dans le cadre de l’autosuffisance hydrique],
- Ventilation et irrigation Walipini / Serre [dans le cadre de l’autosuffisance alimentaire],
- Le reste n’est pas fondamental est disons accessoires, mais c’est à chacun de définir le curseur autonomie/confort.
Votre audit doit donc évaluer ces postes de consommations en priorité. Vous pouvez affiner en fonction des spécificités de votre habitat et de la constitution de votre famille.
4.1.2. Les solutions énergétiques de chauffage air ou eau sont :
- Le solaire thermique,
- Le brûlage bois,
- Le brûlage gaz,
- Le brûlage hydrocarbure,
- L’électricité.
En face des besoins, il va falloir mettre en place des réponses techniques. Les solutions de production énergétique seront développés au travers de plusieurs articles à venir.
4.1.3. Les solutions énergétiques de réfrigération sont :
- L’électricité
- Le gaz
Plus généralement, les solutions de réfrigération domestique sont essentiellement basées sur le vecteur énergie électrique.
5. Aparté sur l’électricité
L’électricité n’est pas une énergie mais un vecteur d’énergie (transport/transfert ou stockage). Par commodité de langage nous accepterons l’expression “Energie électrique”.
On le voit bien, l’électricité reste essentielle à certains besoins. Disposer d’une capacité de production en électricité est donc primordiale. Il faudra aussi envisager l’autonomie électrique et évaluer l’impact de l’intermittence pour déterminer aussi votre capacité de stockage.
Avez-vous besoin d’une capacité de production de 1, 2 ou 3 kWc (crête) pour répondre à l’appel de charge et aux besoins instantanés ? Quelle quantité d’énergie électrique en kWh avez-vous besoin pour répondre à votre besoin journalier ? Le dimensionnement pourra être évalué qu’une fois l’audit abouti.
Il faut savoir que pour l’électricité avec un logement supérieur à 80m2 le coût moyen se situe de 100 à 200€ par mois, la facture annuelle en énergie électrique est alors de 1200 à 2400€ par an. Votre démarche d’autonomie et d’investissement devra prendre en compte l’amortissement et le retour sur investissement.
On ne peut pas décemment investir des milliers d’euro(sans S) à l’aveugle dans un dispositif d’auto production électrique sur-dimensionné. Il faut donc ajuster et aligner les ressources et les besoins (offre et demande) en fonction du retour sur investissement des solutions choisies.
5.1. Produire de l’électricité
Dans le schéma ci-dessous vous trouvez une architecture idéale d’autonomie électrique. Ce dispositif permet d’être vraiment autonome en site isolé. Il est constitué d’un Onduleur hybride (obligatoire et rien à voir avec un régulateur 300W) qui aura la fonction de chef d’orchestre des flux électrique de l’installation. Ce dispositif est de part sa conception redondant en termes de sources énergétique et de stockages. Dans une logique de “survivalisme” et de “défense passive”, on peut considérer l’éolien comme inadapté au besoins de discrétion. En effet les contraintes d’implantation de l’éolienne la rendent nécessairement visible de très loin en raison de la hauteur et du dégagement utile à son fonctionnement.
Focus et remarque au sujet de l’auto-production électrique :
A ce sujet, certains font des mélanges de genres et des confusions grossières dans le fonctionnement des installations type vente, type auto-consommation et vente (OnGrid) ou type isolé (OffGrid). Parmi ces installations seul le type isolé est capable de vous alimenter en cas de rupture de la normalité comme un black-out. Il faut être un peu plus technique dans la compréhension des normes de sécurités.
En effet dès lors que la distribution réseau (OnGrid) sera interrompue votre onduleur de production s’arrêtera immédiatement. Cette typologie d’installation n’a aucun intérêt dans le cadre de nos besoins d’autonomie énergétique et cela quelque soit la source de production énergétique (Hydroélectrique, éolien, solaire PV).
- Le principal problème d’une installation en autoconsommation électrique “non isolé” ou “Hybride On Grid” sera la protection de découplage DIN VDE 0126-1-1/A1 qui fera tomber la production dès la distribution réseau sera stoppée. Donc si vous subissez un interruption de distribution (panne), votre système d’électricité entier tombera.
- Une installation d’auto-production vente n’est donc pas une solution de résilience et ne procure aucune autonomie énergétique. C’est au mieux une solution de résilience économique si la rupture de normalité permet encore de vendre de l’électricité.
- L’auto consommation de sa propre production électrique n’est pas non plus un dispositif vraiment autonome dans la mesure où le dispositif de couplage au réseau de distribution permet d’injecter le surplus de production vers l’extérieur.
- Seul un site dit “isolé” avec stockage des excédents est un dispositif d’autonomie énergétique.
Une alternative au site totalement isolé peut permettre de maintenir une autonomie partielle concentrée sur les besoins critiques. Dans cette logique, il est possible d’avoir deux réseaux électriques résidentiels isolés, l’un pour le confort et l’autre pour le critique. Ainsi vous soutirez au réseau l’énergie de confort et vous auto-consommez seulement sur les consommateurs critique. Ainsi, lors de rupture de la normalité vous perdrez seulement l’usage de l’énergie de confort.
Par exemple : Un compromis tel qu’un soutirage réseau de 3kWA pour le confort avec 3kWc d’auto production des consommateurs critique, permet de répondre respectivement à la problématique de normalité et de rupture de la normalité.
5.2. Stocker
Le principal inconvénient de ces énergies reste leur intermittence de production (soleil et vent) pour lequel il faudra mettre en place des capacités de stockage afin d’offrir de la continuité de services. Il faudra donc dans le cadre d’un site isolé mettre en œuvre des solutions de stockage simple de ce vecteur énergétique qu’est l’électricité :
- Parc de batteries (durée de vie de batterie, cher),
- Pile à combustible (hydrogène 50% de perte),
- Step (Pompe/turbine 15-30% de perte),
- Pneumatique (Compression détente gaz [Air]),
- Transfert et inertie thermique (stockage chaleur : Chauffage, ballon eau chaude).
5.3. Équilibrer
En mode isolé et autonome, vous devrez équilibrer l’offre et la demande en “énergie électrique”.
- Soit produire plus et l’ajout d’un groupe électrogène peut vous aider à combler les pics exceptionnels.
- Soit consommer moins à l’instant “T” en déplaçant dans le temps les consommations essentielles avec des procédés de “Lestage et délestage”. Je reviendrais ultérieurement sur ce sujet très spécifique et technique.
6. Conclusion
J’espère que ce sujet aura permis de mettre en perspective votre projet. Cet article est une introduction qui permettra d’aborder d’autres sujets plus spécifiques avec un bagage générique suffisant.
A ce stade vous pouvez étudier, réfléchir et élaborer une stratégie de résilience énergétique au niveau domestique, et envisager d’offrir à votre BAD des perspectives d’indépendance énergétique.
J’insiste encore une fois sur les compétences à acquérir. Il est illusoire de penser être autonome sans disposer des compétences utiles au maintien opérationnel de vos solutions énergétiques. Certains feront appel à des énergéticiens et installateurs pour résoudre la problématique de leur habitat. C’est selon moi un mauvais choix, dans une logique d’autonomie énergétique. Il faut considérer les compétences comme primordiales et aussi importante que les équipements.
Dans le cadre de votre stratégie globale de résilience, vous devrez soit développer vos propres connaissances techniques ou développer des liens de proximité avec une ou plusieurs personnes de votre voisinage capable de vous appuyer le cas échéant.
Pour étoffer vos connaissances, voici une playlist de vidéos Youtube en relation directe avec le sujet :
Je m’appelle Sébastien. Sans jugement ou catégorisation, je ne m’identifie pas plus particulièrement aux « Survivalistes », « Preppers », « Décroissant », (…) qui ont cependant le mérite de mettre en lumière des sujets et connaissances malgré tout. Je me reconnais plutôt comme un « Résilient ». En tant que père de famille, je développe une approche modéré, structurée et éducative avec une forte envie d’apprendre et transmettre. En savoir plus.
Article très intéressant : l’autonomie ça s’apprend et ça ne s’improvise pas: bravo, j’ai beaucoup appris.