Smart grids et réseaux de communication urbains 1

Thomas HOMYRDA Justine POUZACHE Aaron TSEDE

Intégration de la domotique pour la gestion du

chauffage dans les bâtiments résidentiels

Smart grids et réseaux de communication urbains 2

Table des matières

1. Introduction et contexte ................................................................................................................ 4

2. Analyse du marché ......................................................................................................................... 6

2.1. Etude du marché ..................................................................................................................... 6

2.2. Comparatifs entre entreprises ................................................................................................ 7

2.3. Etude et comparatif technologique ...................................................................................... 11

2.4. Projets nationaux et internationaux ..................................................................................... 12

2.5. Thématiques de recherche .................................................................................................... 14

3. Analyse technique ........................................................................................................................ 16

3.1. Enjeux de la domotique appliquée au chauffage .................................................................. 17

3.2. Challenges et risques ............................................................................................................. 17

4. Conclusion et perspectives ........................................................................................................... 19

Smart grids et réseaux de communication urbains 3

Table des illustrations

Figure 1. Répartition des consommations énergétiques d’une habitation selon les différents postes

de consommation .................................................................................................................................... 4

Figure 2. Gestion centralisée des données par la domotique ................................................................. 4

Figure 3. Schéma explicatif du principe de fonctionnement de la domotique ....................................... 5

Figure 4. Evolution des systèmes de chauffage depuis 1970 .................................................................. 5

Figure 5. Part du marché de la domotique en France ............................................................................. 6

Figure 6 : Tableau comparatif des entreprises du secteur de la domotique .......................................... 8

Figure 6 : Tableau comparatif des entreprises du secteur de la domotique ........................................ 10

Figure 7 : Chauffage par Lancey ............................................................................................................ 12

Figure 8 : Smart Remote ........................................................................................................................ 13

Figure 9 : Gate Box ................................................................................................................................ 13

Figure 10 : LG Hub Robot....................................................................................................................... 13

Figure 11. Topographie du réseau multi-agent ..................................................................................... 14

Figure 12. Variation du niveau de fluide chaud en réserve en fonction du prix de l'électricité ........... 15

Figure 13. Etapes de prédiction de consommation en chauffage ......................................................... 16

Smart grids et réseaux de communication urbains 4

1. Introduction et contexte L’augmentation de la demande mondiale en énergie, les émissions de gaz à effet de serre ainsi que la problématique du changement climatique au cours de ces dernières années sont des réalités indéniables. Dans ce contexte énergétique, la mise en œuvre de mesures concrètes en faveur d’une plus grande sobriété énergétique de nos sociétés devient urgente. Ainsi, face aux enjeux de la transition énergétique, le secteur du résidentiel et du tertiaire est principalement concerné. En effet, le secteur du bâtiment représente 44% des consommations énergétiques françaises, soit plus d’une tonne d’équivalent pétrole par an et par habitant, ce qui fait de lui le plus gros consommateur d’énergie parmi tous les secteurs économiques. Une grande partie de cette consommation provient des systèmes de chauffage et de climatisation qui assurent une température intérieure compatible avec les conditions de confort en été comme en hiver. En France, avec plus de 60%, le chauffage reste le premier poste de consommation dans les logements. En plus de cela, le bâtiment contribue à près de 20% des émissions de gaz à effet de serre en France avec plus de 120 millions de tonnes de CO2 rejeté.

Figure 1. Répartition des consommations énergétiques d’une habitation selon les

différents postes de consommation

Ainsi, le Grenelle de l’environnement a pour objectif de diviser par 4 la consommation d’énergie des habitations en France d’ici 2050. La moyenne actuelle se situant autour de 200 kWh/m².an, atteindre cet objectif ferait passer l'ensemble des maisons sous 50 kWh/m².an et par conséquent les logements deviendraient économes.

C’est pourquoi la meilleure façon de diminuer les besoins énergétiques d’un bâtiment demeure la réduction des pertes et par conséquent une isolation performante. Cependant, cela n’est pas suffisant. En effet, la consommation d'énergie doit être ajustée au mieux, sans gaspillage, pour atteindre des niveaux de consommation très bas et ainsi réduire les factures énergétiques. C’est donc ici qu’intervient la domotique…

Tout d’abord, qu’est-ce que la domotique ? Il s’agit d’une spécialité du bâtiment regroupant les techniques permettant de contrôler à distance ou localement le comportement d’appareils électroniques et électriques d’un bâtiment et donc d'automatiser et de programmer l'habitat. C'est une discipline récente issue de l'application à l'habitat des Technologies de l’Information et de la Communication (TIC). Elle permet, plus précisément, une gestion centralisée des données de chaque automatisme présent au sein du bâtiment tout en s’adaptant aux besoins énergétiques et à la relation homme-machine souhaitée par l’utilisateur.

Figure 2. Gestion centralisée des données par la domotique

Smart grids et réseaux de communication urbains 5

Plus précisément, le principe de fonctionnement de la domotique est expliqué sur le schéma suivant.

Figure 3. Schéma explicatif du principe de fonctionnement de la domotique

Son application est aujourd’hui particulièrement appréciable pour la régulation du chauffage dans une habitation, permettant ainsi de piloter le système de chauffage en fonction des désirs individuels. En effet, avec le développement des objets connectés ces dernières années, la domotique appliquée au chauffage prend une nouvelle dimension. Alors que le contrôle et la programmation du chauffage se faisait jusqu’alors sur place et de façon globale, il peut maintenant également être géré à distance et par zone !

Figure 4. Evolution des systèmes de chauffage depuis 1970

Le schéma ci-dessus nous montre l’évolution du chauffage depuis son apparition en 1970 (chauffage électrique) jusqu’à aujourd’hui. En effet, avec l’apparition du concept de la domotique en 1980, l’intérêt s’est rapidement porté vers les applications de chauffage puisque ce dernier représente un poste fortement énergivore dans le secteur du bâtiment. Ainsi, il est désormais possible de trouver des thermostats connectés, des chauffages connectés ou encore des box domotiques sur le marché de la domotique avec une part de 14% pour les équipements de gestion énergétique et 5,5% pour les outils de contrôle à distance.

Smart grids et réseaux de communication urbains 6

Après avoir présenté le contexte et introduit le sujet, nous allons maintenant analyser plus en détails le marché que représente la régulation du chauffage par la domotique dans les bâtiments résidentiels.

2. Analyse du marché

2.1. Etude du marché

Les premiers développements de la domotique sont apparus au milieu des années 1980, mais la naissance de ce marché très intéressant a réellement débuté dans les années 2000, avec l’amélioration importante des composants électroniques, ainsi que des moyens de communication entre les différents appareils, ce qui a permis d’améliorer les performances, contenir et réduire les coûts de consommations en énergie des bâtiments. Le marché de la domotique, est un marché en pleine évolution, qui pourrait bien devenir un marché de masse à l’horizon 2035, car celui-ci progresse d’environ 4 à 6% par an. Mais à l’heure actuelle, il est encore considéré comme un marché de niche car les produits proposés sont chers à l’achat, en effet on considère que 60% des appareils vendus dans les magasins français représentent des produits hauts et moyens de gamme. Malgré le nombre de produits lancés sur ce marché et l’attention des consommateurs pour ces solutions, le prix est encore une barrière importante à l’évolution de ce segment vers un statut de marché de masse, mais ces technologies commencent à se démocratiser. En effet, la domotique représente un marché qu’il ne faut pas mettre de côté, car celui représente actuellement en France, 150 millions d’euros par an, ce qui est déjà conséquent, mais devrait prendre une dimension bien plus importante dans les années à venir avec son positionnement dans le marché de masse. En 2016, les parts de marché dans le secteur de la domotique s’organisent en 5 parties, nous avons par ordre d’importance :

- les détecteurs de fumées et alarmes - la motorisation (volets, portails …) - les visiophones / interphones - la gestion de l’énergie (chauffage, éclairage …) - le contrôle à distance (box domotique …)

Toutes ces informations sont récapitulées dans la représentation suivante :

Figure 5. Part du marché de la domotique en France

32%

25%

23%

14%6%

Part du marché domotique en France

Détecteurs de fumés/ alarmes

Motorisation (volets, portails…)

Visiophone/interphone

Gestion de l'énergie (chauffage, éclairage)

Contrôle à distance (box domotique)

Smart grids et réseaux de communication urbains 7

On s’aperçoit que la partie gestion de l’énergie occupe une part de marché encore peu importante dans le domaine de la domotique (entre 10 et 15 millions d’euros), alors que c’est dans cette tranche, que nous pouvons réaliser d’importantes économies sur nos factures énergétiques, en réduisant, grâce à l’ajout de ces technologies dans nos bâtiments, nos consommations énergétiques. Ce marché en pleine expansion est partagé entre une quinzaine de fabricants dont quatre sont françaises (Legrand, Delta Dore, Schneider Electric et Somfy, nous verrons plus en détails ces entreprises dans la parties suivantes). On note également, sur ce secteur, la présence d’opérateurs de télécommunication et d’informatique comme Orange, SFR, ou Bouygues, ou encore Google, pour ne citer qu’eux. Ils occupent principalement ce domaine en tant que fabricants de box domotiques, qui permettent de gérer à distance plusieurs autres appareils connectés, et ainsi de simplifier les moyens de mise en œuvre. Enfin, il existe sur ce marché quelques start-up qui arrivent à se développer malgré les entreprises importantes déjà implantées. On peut citer parmi elles, NEST, NETATMO ou encore Quivivo, qui proposent principalement des thermostats connectés, qui viennent s’intégrer directement au réseau de chauffage, sans que celui-ci n’ait besoin d’être changé. C’est donc une solution économique pour réaliser des économies d’énergie, sans toucher aux installations déjà existantes. Nous allons dès à présent, nous intéresser aux différentes entreprises qui occupent ce marché de la domotique dans la gestion du chauffage dans les bâtiments résidentiels.

2.2. Comparatifs entre entreprises

Dans cette partie nous allons répertorier les entreprises qui composent le marché de la domotique

dans la gestion du chauffage dans les bâtiments résidentiels, de manière non exhaustive.

Pour faciliter les recherches, nous avons classé ces dernières par importance selon leur chiffre

d’affaire, nous avons également renseigné, leur secteur, leur taille (lorsque cela était possible), ainsi

que leur impact sur le marché (si on retrouve plutôt cette entreprise au niveau mondial, européen, ou

national).

A cela, vient s’ajouter le type de produit que ces fabricants développent, son prix, ainsi qu’une brève

description. Visualisons ces comparatifs dans le tableau suivant :

Smart grids et réseaux de communication urbains 8

Figure 6. Tableau comparatif des entreprises du secteur de la domotique

Objet étudié Type Entreprise Secteur Localisation Taille CA Fonctionnalités Gamme de prix

Echo Amazon Box domotique Amazoncommerce

électronique Monde 230

75 milliards

d'euros

Utilisation Echo pour allumer la lampe avant de sortir du lit, allume le ventilateur ou l’appareil de

chauffage lors de la

lecture dans votre fauteuil préféré ou tamiser l’éclairage depuis le canapé à regarder un film —

tout cela sans lever le petit doigt.

Les contrôles smart thermostats, interrupteurs et éclairage maison

Joue toute votre musique de premier musique, Spotify, Pandora

180 €

thermostat intelligent Lyric T6 Thermostat

connectéHoneywell

régulation de

chauffage,

nucléaire,

l'aérospatial,

l'automation du

bâtiment, et la

défense

Monde 132 00040 milliards

d'euros

Vous pouvez désormais vous fier à un thermostat innovant qui s'adapte à votre emploi du temps,

vous aide à réaliser des économies d'énergie et rend votre habitation plus intelligente

L'application Lyric s'occupe de tout grâce à la localisation de votre smartphone pour savoir si vous

êtes chez vous ou en déplacement. Économisez de l'énergie en votre absence et assurez-vous

d'avoir la bonne température à votre retour.

En cours de

commercialisation

Tydom 1.0 Box domotique Delta Dore

Gestion

technique

des bâtiments

EuropeDe 500 à

999 Employés

26 milliards

d'euros

Votre logement est équipé d’une alarme, d’un thermostat, ou d’une commande d’ouvrants ou

d’éclairage Delta Dore de moins de 10 ans ?

Rendez-le connecté, sans changer votre produit existant, et sans travaux ni décoration à refaire,

notre box domotique Tydom 1.0 vous permet de piloter votre équipement où que vous soyez !

155 €

myHome Céliane Ecran domotique Legrand

installations

électriques

et réseaux

d'information

Monde 36 0004,5 milliards

d'euros

Permet de commander l'ensemble de votre installation domotique

(sécurité, chauffage, ambiances d'éclairage, automatismes, intercom, etc.)

Pour fonctionner, il faut rajouter des compteurs d'énergies au niveau des appareils à étudier,

puis centraliser ces données pour les afficher sur un écran mural ou appareils mobiles

Environ 800€

(sans option)

Somfy thermostat connectéThermostat

connectéSomfy

un des leader

dans la

motorisation, de

l'automatisation

des ouvertures

de l'habitat et du

bâtiment et des

systèmes

d’alarme

Monde 7 8001 milliards

d'euros

le Thermostat RTS de SOMFY et son utilisation avec la Somfy Box.

Un thermostat d’ambiance, qui s’occupe de contrôler la température et d’envoyer les consignes

de marche/arrêt a la chaudière (ou aux radiateurs électriques…) suivant les programmes

paramétrés (Automatique/Confort/Eco./Hors-Gel/Vacances/Arrêt) et la température ambiante

de la pièce ou il est placé.

Sur son afficheur, on retrouve les informations suivantes: La température ambiante, l’heure, le

jour de la semaine, le mode de chauffe actuel, ainsi que les plage horaire de la journée en cours

Ce thermostast est compatibleavec la box domotique qui permet de contrôler d'autres appareils

(volets, éclairage...)

230 €

Wiser Box domotique Schneider

produits de

gestion

d'électricité, des

automatismes

et des solutions

adaptées à ces

métiers

Monde 130 000

Plus de 500

millions

d'euros

Le contrôleur Wiser (ou Wiser Box), est le cerveau du système Wiser.

Il enregistre les programmes et communique sans fil avec l'ensemble des élements du système.

Il est conçu pour optimiser la consommation d’énergie électrique.

La Wiser Box permet de contrôler son installation électrique avec un ordinateur, un smartphone

ou une tablette. Pour fonctionner et être efficace, il doit être relié à d'autres produits Wiser

(thermostats connectés, actionneur de chauffage électrique, prise pilotée ...)

Collecte et pilote tous les équipements du système Wiser

Pack chauffage

200€-400€

(Option possible)

Smart grids et réseaux de communication urbains 9

Radiateur connecté (ex : equateur 3)Radiateur

connectéThermor

chauffage

électrique

et chauffe-eau

France 500 employés

de 100 à 500

millions

d'euros

Equipé du pilotage intelligent, ce radiateur électrique à inertie programmable vous permet de

réalisez jusqu'à 45% d'économies.*

Grâce à l’application Cozytouch pilotez vos radiateurs connectés pièce par pièce depuis votre

smartphone.

Obligation d'avoir tous les chauffages connectés

600 € par

chauffage

NestThermostat

connectéNest Labs

spécialisée

dans la

domotique

Monde 500 employés -

Il mémorise vos habitudes. Il baisse le chauffage en votre absence.

Et il détecte même le temps nécessaire pour chauffer ou rafraîchir votre maison, afin d'utiliser le

minimum d'énergie.

Celui-ci est relié à un autre dispositif directement relié à la chaudière. Nest permet de gérer la

production de cette dernière.

250 €

NetatmoThermostat

connectéNetatmo

spécialisée dans

les objets

connectés

Monde 100 employés -

A l'aide de votre Thermostat Netatmo, vous pouvez modifier la température de votre maison

depuis votre lit ou depuis le bout du monde.

Programmez le chauffage pour votre retour de vacances.

À partir de 5 questions, le Thermostat définit un programme en fonction de vos habitudes de vie,

pour ne chauffer que lorsque c'est utile.

Avec la fonction Auto-Adapt, le Thermostat Netatmo prend en compte l'isolation de votre

maison et la température extérieure pour anticiper le démarrage du chauffage. Vous bénéficiez

ainsi de la température souhaitée au bon moment.

Grâce à la fonction Auto-Care, le Thermostat Netatmo vous informe lorsque les piles sont faibles

ou lorsqu'une anomalie du fonctionnement de votre chauffage est détectée.

Visualisez votre historique de consommation d'énergie.

Le relais Netatmo est branché à votre chaudière et contrôle votre chauffage.

Il communique en radio avec le Thermostat Netatmo sur lequel vous réglez la température.

Le relais assure la connexion Wi-Fi à internet et le contrôle à distance depuis l'application

Netatmo.

179 €

tado°Thermostat

connectéTado

spécialisée dans

les objets

connectés

Europe 80 employés -

Les Têtes Thermostatiques Intelligentes installés directement sur le chauffage se connectent à

internet et contrôlent votre système de chauffage ou vos radiateurs.

Le Thermostat Intelligent tado° baisse automatiquement votre chauffage quand la dernière

personne quitte la maison et recommence à chauffer quand il détecte que la première personne

se rapproche de la maison grâce à la géolocalisation du smartphone

Quand l'appli tado° est installée sur les smartphones des utilisateurs, tado° ajuste le chauffage

selon leur distance par rapport à la maison. Le chauffage est aussi contrôlable manuellement sur

l'application.

abonnement

6€/an

WeenThermostat

connectéWeen

spécialisée dans

les objets

connectés

France 15 employés -

Ween est un thermostat temps réel qui réchauffe votre maison avant votre retour. Pour la

première fois, c’est votre maison qui vous accueille ! La température baisse dès que vous partez,

et augmente avant votre arrivée.

349 €

momit Home Thermostat Thermostat

connectéMomit

spécialisée dans

les objets

connectés

Europe - -

Il vous suffit d'acquérir le momit Home Thermostat Starter Kit. Utilisez les câbles de votre

chauffage déjà présents pour fixer le thermostat contre le mur. Ensuite, connectez la Gateway à

votre box internet.

Si c'est la première fois que vous installez un thermostat chez vous, l'installation est la même.

Si vous souhaitez remplacer plus d'un thermostat filaire, vous pouvez acquérir autant de

thermostats additionnels (momit Home Thermostat) que nécessaires. Vous pouvez connecter

jusqu'à 20 objets connectés momit à votre Gateway momit. Le momit Home Thermostat Starter

Kit inclut un thermostat.

129 €

Ecobee3Thermostat

connectéEcobee

spécialisée dans

les objets

connectés

Amérique - - Thermostat connecté, le système Canadien vient se fixer directement sur le tableau électrique 250 €

Smart grids et réseaux de communication urbains 10

Figure 6. Tableau comparatif des entreprises du secteur de la domotique

HeatzyThermostat

connectéHeatzy

spécialisée dans

les objets

connectés

France - -

Nous avons donc décidé de créer un boîtier pour contrôler vos radiateurs électriques

individuellement, 

par pièces, ou par zones, suivant la configuration de votre foyer (chambres, pièces de vie, etc.),

permettant une bonne gestion du chauffage et maitrise de sa facture énergétique.

49 €

NiQThermostat

connectéNeurbat

spécialisée dans

les objets

connectés

Europe - -

Le NiQ, quant à lui, tient compte de facteurs tels que l’inertie du bâtiment (durée pendant

laquelle il emmagasine/restitue de la chaleur), l’apparition soudaine d’un rayon de soleil et la

chaleur émanant des personnes, pour harmoniser de façon optimale la puissance de chauffe et le

bien-être des résidents. Le NiQ est un petit équipement complémentaire qui se raccorde

simplement à votre installation de chauffage existante, dont il prend le contrôle de façon

prospective et nettement plus efficace qu’un régulateur classique.

-

Smart grids et réseaux de communication urbains 11

2.3. Etude et comparatif technologique

Comme nous l’avons évoqué dans les parties précédentes, il existe trois types de système de gestion

de chauffage : les box domotiques, le chauffage connecté et le thermostat.

Nous n’allons développer dans cette partie que ces 3 technologies, car ils représentent la globalité du

marché actuel. Et de manière générale, si l’on prend l’exemple des thermostats connectés, malgré les

nombreux produits sur le marché, ils fonctionnent globalement de la même façon, nous avons alors

décidé de ne développer la technologie seulement pour 3 produits, qui seront représentatif de

l’ensemble des produits existants.

La box Wiser proposée par Schneider propose un pilotage du chauffage qui est relativement avancé

par rapport à un système traditionnel. Elle permet de régler le niveau de chauffage depuis une

application mobile et d’établir un calendrier de chauffe dépendant de l’emploi du temps des occupants

de la maison. Cependant, si on le compare aux autres systèmes domotiques pour le chauffage, il est

celui proposant le moins de fonctionnalités. Il est tout de même intéressant de noter que les

actionneurs et les sondes de température servent de répéteurs ZigBee lorsqu’ils sont intégrés dans un

écosystème Wiser.

Les chauffages connectés largement produits par Thermor intègre une fonction de programmation

automatique. Au moyen d’un capteur de présence infrarouge, ils détectent si la pièce est occupée. En

apprenant au fil du temps les habitudes de l’usager, il définit un programme qui anticipe l’arrivée des

occupants de la maison. Le capteur de présence permet notamment de diminuer la température de

chauffage lorsque la pièce n’est pas occupée. Les chauffages Thermor intègrent également un capteur

de température capable de détecter l’ouverture d’une fenêtre, ce qui aura pour conséquence d’arrêter

la chauffe. En termes de connectivité, ces équipements peuvent être pilotées grâce à une application

mobile. Il est cependant nécessaire de s’équiper d’un bridge Cozytouch qui sert de passerelle entre les

chauffages et la box internet. Le protocole de communication entre le bridge et le chauffage et

l’IoControl qui est un protocole propriétaire fermé, ce qui ne permet pas d’interfacer simplement ces

équipements avec d’autres systèmes.

Le chauffage produit par Lancey va quant à lui communiquer avec le compteur électrique au moyen

d’une antenne pour détecter les pics de puissance et se reposer sur sa batterie interne pendant ces

derniers, ce qui permet à l’utilisateur final de réduire sa puissance souscrite. Il est possible, via un

portail en ligne de suivre ses consommations électriques et d’observer les économies qui ont été faites.

Parmi les thermostats, différentes technologies existent aujourd’hui.

La troisième génération du thermostat Nest intègre une intelligence qui, au bout d’une semaine, apprend les préférences de son utilisateur. Le thermostat communique avec le smartphone des occupants de la maison. Pour ce faire, il se connecte au Wifi de la box internet. Il est ainsi capable d’arrêter le chauffage lorsque la maison n’est pas occupée (les coordonnées GPS des utilisateurs sont envoyées au thermostat), il peut être pilotée au moyen d’une application et chaque mois, il établit un rapport qui reprend les différentes données de consommation.

Netatmo est un thermostat communicant aussi grâce à la Wifi. Il est compatible avec la fonction Apple HomeKit.

Qivivo intègre également les fonctionnalités de communication et d’apprentissage. Le thermostat sans fil communique avec une passerelle qui est reliée à la box internet au moyen d’un câble RJ45. Qivivo prend également en compte l’inertie du bâtiment et les données météo pour améliorer les temps de mise en service du chauffage.

Smart grids et réseaux de communication urbains 12

2.4. Projets nationaux et internationaux

Dans cette partie, nous allons nous intéresser aux différents projets nationaux ou internationaux qui

voient ou verrons le jour dans les années à venir, en voici quelques exemples :

En France :

Le chauffage par Lancey

Figure 7. Chauffage par Lancey

Le radiateur de Lancey propose les technologies les plus innovantes (chauffage infra-rouge lointain,

détection fenêtre ouverte, contrôle par smartphone, détection de présence…), le tout étant associé à:

• Un stockage d’électricité, qui accumule l’énergie pendant les heures creuses pour la restituer en heures pleines • Il permet à l’utilisateur de réduire la puissance de son abonnement électrique grâce à la batterie On peut alors noter une économie jusqu’à 50% sur la facture d’électricité comparé à un convecteur

de 1ère génération.

Smart Remote

La start-up française Sevenhugs va lancer sa Smart Remote, une télécommande universelle pour

piloter tous les objets connectés de la maison simplement en les pointant. Avec la Smart Remote, il

n'est désormais plus nécessaire d'avoir à sortir son smartphone pour piloter les divers équipements

de la maison. Cette télécommande prend en charge tous les produits, qu'ils soient connectés en Wi-Fi

ou en Bluetooth. La technologie de pointage — actuellement en attente de brevet — permet à

l'utilisateur de pointer la Smart Remote vers l'objet connecté pour accéder à ses fonctionnalités. Pour

ce faire, trois relais doivent être installés et permettent de trianguler la position de la télécommande

intelligente. Les Sensors kit — c'est leur petit nom — sont des capteurs de mouvements embarquant

un accéléromètre et un gyroscope et qui servent donc à la géolocalisation en intérieur. Ils permettent

d'associer une localisation dans la pièce à un service ou un objet connecté.

Smart grids et réseaux de communication urbains 13

Figure 8. Smart Remote

Ainsi, en désignant les ampoules connectées, les utilisateurs vont pouvoir modifier l'intensité de leur

luminosité, changer les chaînes TV dès lors que la télécommande sera dirigée vers l'écran de télévision

ou bien augmenter ou réduire le volume des enceintes diffusant de la musique, mais aussi passer à la

chanson suivante ou revenir à la précédente lorsque celles-ci sont pointées par la Smart Remote. La

Smart Remote va encore plus loin puisqu'elle est capable de donner des informations sur la météo

lorsque la télécommande est dirigée vers la fenêtre, par exemple ou bien commander un Uber en la

pointant vers la porte d'entrée. La Smart Remote répond également à des services.

La Smart Remote sera commercialisée à l'automne 2017 au prix de 299 €.

A l’international :

GateBox un assistant personnel plutôt original, qui adopte les traits d’un

personnage féminin dans un style manga. La Gatebox est reliée à toute la maison,

permet de contrôler les appareils et communique avec le téléphone portable de

son utilisateur

Le LG Hub Robot utilisera bien la technologie de

reconnaissance vocale d’Amazon Alexa. Il pourra accomplir

des tâches ménagères telles que l’allumage du climatiseur ou

le changement d’un cycle de séchage avec des commandes

verbales simples. Mais il pourra bien entendu faire tout ce que

fait Echo la possibilité de lancer des playlists, de créer des

mémos de rappel, la météo, le trafic …

Figure 10. LG Hub Robot

Figure 9. Gate Box

Smart grids et réseaux de communication urbains 14

2.5. Thématiques de recherche

Les thématiques de recherche dans le secteur de la gestion du chauffage par la domotique sont

relativement divers. De nombreux systèmes connectés ont vu le jour, et plus récemment une première

forme de machine learning est apparu dans les thermostats. A court terme, le but est d’améliorer les

algorithmes de ces produits pour en faire de véritables intelligences artificielles qui ne nécessiteront

plus l’intervention de l’homme. Il est aussi question d’arriver à une interopérabilité des produits dans

un écosystème totalement hétérogène.

L’intégration des systèmes domotiques dans les smart grids est un réel enjeu pour les années futures.

Plusieurs sujets de recherche actuels portent sur cette thématique.

Intelligent Heating Systems in Households for Smart Grid Applications,

B. Roossien and al. Aux Pays-Bas, dans la province de Groningen, l’ECN (Energy Research Centre of the Netherlands) a

lancé une étude afin de tester la mise en place d’un système de chauffage régit par le prix de l’énergie.

Ce système comprend un bruleur couplé d’une génération combinée de chaleur et d’électricité, et d’un

ballon de stockage d’eau. Lorsque l’énergie est peu cher le bruleur est utilisé pour produire de la

chaleur ce qui permet de chauffer l’eau et de la stocker. Lorsque le prix de l’énergie dépasse un certain

seuil, la génération combinée se met en marche.

Comme le montre la figure 11,

l’expérimentation fonctionne

grâce à un système multi-agent.

Chaque chauffage est lié à un

agent qui communique avec un

concentrateur, lui-même lié à un

actionneur. Ce système n’est pas

régi par un algorithme centralisé

d’optimisation, mais chaque

agent décide de son mode de

fonctionnement et gère son

optimisation à son niveau.

L’agent lié au chauffage envoie

une demande à l’actionneur qui

lui renvoie le prix de l’énergie. En

fonction de cela, l’agent choisi

d’acheter l’énergie, ou pas. Figure 11. Topographie du réseau multi-agent

Les résultats de cette expérience sont visibles ci-dessous (fig.12). Lorsque le prix de l’énergie chute, la

nécessité d’avoir une réserve pleine diminue et inversement. On peut voir que grâce au système multi-

agent, le niveau de stockage effectif du ballon suit le niveau de stockage requis.

Smart grids et réseaux de communication urbains 15

Figure 12. Variation du niveau de fluide chaud en réserve en fonction du prix de l'électricité

Automation System Products and Research, Mikko Rintala and al. Le Lapland University Consortium mène des recherches afin d’améliorer les processus de chauffe des ballons contenant de l’eau chaude sanitaire. Cette étude pourrait être étendue au secteur du chauffage. Leur objectif est d’avoir un suivi précis des cycles de chauffe du fluide grâce à des algorithmes de type génétique. Habituellement, le contrôle de la température se fait au moyen d’un modèle mathématique. Ce modèle peut dégrader le système de contrôle, notamment lorsque le contrôle est non linéaire et complexe. L’utilisation d’algorithme génétique permet de créer un effet d’asservissement. Celui-ci va analyser le processus de chauffe et effectuer des corrections là où il y a une grande probabilité d’améliorer le processus. Cette recherche a montré que l’utilisation d’un algorithme génétique permet une meilleure régulation des performances. De plus ces algorithmes sont utilisables dans des environnements et contraintes diverses, ce qui n’est pas le cas des contrôleurs conventionnels.

Artificial Intelligent Models for Improved Prediction of Residential Space Heating, Zeyu Wang and al.

Il est intéressant de noter qu’une étude a été menée afin d’améliorer les prédictions de consommation en chauffage grâce à une intelligence artificielle. Plusieurs algorithmes ont été essayés, et il se trouve qu’une méthode SVR (support vector regression) est plus précise que les méthodes back propagation neural network (BPNN), radial basis function neural network (RBFNN) et general regression neural network (GRNN), qui ont aussi été testées.

Afin d’établir ces prédictions, l’algorithme procède comme indiqué sur le diagramme ci-dessous

(fig.13).

Smart grids et réseaux de communication urbains 16

Figure 13. Etapes de prédiction de consommation en chauffage

Dans un premier temps il procède à un rassemblement de données climatiques et d’usage électrique.

Ensuite, il effectue des opérations sur ces données qui lui permettent de les consolider et les mettre

en forme pour la prédiction. Durant la troisième étape, les données nécessaires à l’algorithme sont

sélectionnées. L’algorithme s’exécute ensuite et permet d’obtenir les résultats de prédiction.

Ces prédictions sont utiles pour les producteurs d’énergie afin d’adapter la production en fonction de

la demande. Si l’utilisation de thermostats, d’objets communicants et d’intelligences artificielles se

démocratisent dans le secteur du chauffage, il serait pertinent d’intégrer les calculs de ces éléments

aux calculs de prédiction afin de produire de l’énergie en conséquence et notamment grâce aux

ressources décentralisées.

Cette partie nous a permis d’obtenir une vision globale du marché de la régulation du chauffage par la

domotique. En effet, les principales entreprises qui se positionnent dans ce secteur ainsi que les

différentes technologies offertes par celles-ci, les différents projets ou encore les recherches en cours

(à l’échelle nationale comme internationale) sont désormais connus. Cela permet de situer ce nouveau

marché dans son ensemble et plus particulièrement de connaître quels en sont les acteurs dominants.

Cependant, cette étude doit également présenter l’aspect technique afin d’être la plus complète possible. Cela est développé dans la partie suivante.

3. Analyse technique Les smart grids ont pour objectif d’apporter de nouveaux leviers de flexibilité du système électrique permettant ainsi d’aboutir à des réseaux électriques plus communicants, grâce aux possibilités apportées par les technologies de l’information qui sont les suivantes :

Gestion de l’offre, notamment l’intermittence ;

Gestion avancée / automatisée des réseaux (transport et distribution) ;

Stockage ;

Action sur la demande.

Face à cela, il est donc intéressant de s’attarder sur la thématique du chauffage, à savoir quels enjeux la domotique doit surmonter quant à sa régulation dans les bâtiments mais également quels sont les challenges à relever et quels pourraient en être les risques.

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3.1. Enjeux de la domotique appliquée au chauffage L’objectif final relatif à la gestion du chauffage dans le bâtiment par la domotique est celui d’arriver à une autonomie totale visant à satisfaire les besoins de chaque habitant en fonction de leur mode de vie et de leurs habitudes. Cela implique donc les points suivants :

Offrir un confort thermique automatisé La domotique permet au chauffage de disposer de plusieurs fonctionnalités. En effet, le chauffage est intelligent c’est-à-dire qu’il est capable d’analyser l’environnement direct et ainsi s’adapter automatiquement au rythme de vie des utilisateurs. Il parvient à anticiper les absences ainsi que les retours dans le but de baisser la température ou au contraire, garantir une certaine température de confort. Les principales zones de vie de l’habitat s’adaptent aux besoins avec intelligence et précision en fonction de l’occupation des lieux au quotidien, notamment grâce à leur capteur de présence. Le chauffage est également communicant, c’est-à-dire qu’il permet d’échanger et mutualiser les informations de plusieurs appareils connectés dans le but de synchroniser le fonctionnement et produire un confort adapté. Enfin, pour une utilisation toujours plus simple, le chauffage peut être connecté à un smartphone, une tablette ou un ordinateur par exemple pour contrôler à distance et ajuster précisément le confort dans l’habitat. La domotique est un exemple type de l’intelligence artificielle puisqu’elle permet de mettre en œuvre plusieurs fonctions dans l’habitat normalement accomplies par l’homme. Celle-ci devrait se développer encore davantage à l’avenir.

Optimiser les consommations énergétiques et réduire les dépenses

Au-delà de son aspect pratique, le chauffage intelligent permet de contrôler ses consommations en énergie de manière ponctuelle et précise et donc de faire d’importantes économies tant au niveau énergétique qu’économique (à hauteur de 25% sur la facture de chauffage). En effet, l’enjeu de demain est principalement de réussir à vivre avec le même niveau de confort tout en consommant moins d’énergie. On peut également relever le fait qu’en diminuant les consommations énergétique, un impact positif sur l’environnement est effectué puisque le recours aux énergies fossiles est diminué de même que les émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, la domotique respecte l’environnement et tend à préserver les ressources énergétiques.

3.2. Challenges et risques Le marché de la domotique étant un marché en plein essor, de nouvelles technologies doivent être développées afin de répondre à la demande des utilisateurs offrant ainsi plusieurs challenges à relever. L’accent doit donc être mis sur les points suivants.

Un aspect social à prendre en compte

La domotique offre une démarche d’efficacité énergétique active avec des équipements performants et donc l’implication de tous les acteurs y compris l’utilisateur du bâtiment.

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Pour cela, il est tout d’abord nécessaire d’informer les consommateurs et de les sensibiliser sur l’impact des mesures d’efficacité énergétique et sur l’enjeu de la réduction de leur consommation quant au respect de l’environnement mais également vis-à-vis des bénéfices économiques que cela peut engendrer. En effet, il est raisonnable de penser qu’ils vont ensuite modifier leurs comportements et adapter leur consommation à leurs justes besoins pour réduire leur facture énergétique. Ils deviennent ainsi des consomm’acteurs, proactifs vis à vis des fonctions techniques du bâtiment et de leur environnement. Ils le font en agissant directement ou en installant des systèmes automatiques ou semi-automatiques et donc en ayant recours à des installations domotiques.

La protection et la sécurité des données

C’est en raison de la mise en réseau complète et de l’adaptation individuelle au comportement des utilisateurs que la protection des données personnelles et la sécurité technique des données deviennent des thèmes essentiels qui doivent être traités en conséquence. En effet, des données personnelles sensibles telles que le nombre d’habitants, les horaires de présence et d’absence ou encore le comportement des utilisateurs par exemple sont renseignées en cas d’installation domotique. Par conséquent, il est nécessaire de protéger le système lui-même ainsi que les données d’accès des accès non autorisés et des manipulations. En effet, il existe des risques potentiels de partage d’informations ou encore de traçage des usagers, compte tenu du volume de données collectées et des informations qu’elles fournissent sur leur quotidien, qui pourraient causer d’importants problèmes comme l’utilisation frauduleuse de données (piratage), l’usurpation d’identité, etc.

L’esthétique et la compatibilité

De nouveaux appareils sont sans cesse concoctés pour la domotique de la maison. Cependant il est nécessaire d’assurer la compatibilité de ceux-ci avec les équipements actuels existants dans le bâtiment. En effet, l’installation ou encore l’intégration des dispositifs connectés dans la maison devront pouvoir se faire de manière simple et de façon la plus générique possible.

Possibilité d’un changement de tarification

La demande d'électricité des ménages est la résultante complexe de choix individuels non coordonnés. L'électricité étant difficilement stockable, la satisfaction de cette demande s'opère par la mise en œuvre de moyens de production diversifiés que l'on ajuste en permanence. Cela s'effectue au prix d'une grande variabilité des coûts de production qui se reflète peu dans le tarif payé aujourd'hui par le consommateur. En effet, la France dispose actuellement d’une tarification à prix fixe de l’électricité fixée par chaque fournisseur d’énergie. Cependant, le consommateur consomme trop pendant les moments où les coûts de production sont élevés et pas assez quand ces coûts sont faibles. Une meilleure coordination des choix de consommation serait bénéfique d'un point de vue économique mais aussi d'un point de vue environnemental. Cette coordination passe par la mise en œuvre de la tarification dynamique qui consiste à pratiquer des prix de vente de l'électricité pour le consommateur final en phase avec les coûts de production effectif. Elle passe aussi par une meilleure information du consommateur sur son niveau de consommation. De plus, du fait du développement des smart grids, il serait donc envisageable d’adopter une stratégie de tarification consistant à ajuster les prix aux variations de la demande, guidé par des prix de marché et piloté automatiquement par des compteurs intelligents.

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4. Conclusion et perspectives Le développement des réseaux intelligents apparaît aujourd’hui comme l’une des mesures d’activation de la demande électrique, qui servira à atteindre des objectifs d’efficacité énergétique et environnementaux grâce à la maîtrise des consommations. En effet, les smart grids se positionnent sur toute la chaîne électrique et permettent d’accompagner la transition en cours, ce qui fait de ce secteur un marché en plein essor et suscitant beaucoup d’intérêt. Face à cela, la domotique y joue un rôle important puisqu’elle traite l’automatisation du domicile et rend la maison intelligente. En effet, elle permet un suivi et un contrôle des données en temps réels par les objets connectés. Elle intervient dans quatre différents usages qui sont la santé (télésanté, télémédecine), la sécurité (alarmes, caméras IP, autres équipements pour la télésurveillance), le confort de vie (ouverture volets, etc.) ou encore la gestion de l’énergie (régulation du chauffage, éclairage, etc.). Malgré des débuts difficiles, la domotique commence à s’imposer dans nos maisons et ne cessera de progresser dans les années à venir par la multiplication des objets connectés et des moyens de communications de plus en plus performants. D’autre part, les personnes prennent de plus en plus conscience que notre environnement est fragile, qu’il faut le conserver, et cela passe par une meilleure consommation de nos énergies, c’est ce que tente d’apporter la domotique. Le marché de la domotique est alors un marché en pleine expansion, où la France est bien représentée avec des entreprises influentes au niveau mondial, ce qui laisse présager un bel avenir pour ces technologies et ces entreprises qui auront, sans nul doute, besoin d’une main d’œuvre qualifiée et en nombre, pour continuer à développer et innover dans le secteur de la domotique.