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La 3ème révolution industrielle commence maintenant… avec le retour du courant continu

Le remplacement concomitant de l’éclairage traditionnel par les LEDS dans les bâtiments combiné à celui des véhicules thermiques par les véhicules électriques ou hybrides induit à l’échelle du bâtiment et de la ville 2 mutations majeures : l’arrivée du courant continu (48V DC) et le Digital. C’est là le point de départ de la 3ème révolution industrielle.  

Il y a environ 120 ans, nos « arrière-grands parents » vivaient une vraie révolution avec d’une part l’électrification des bâtiments et des villes pour l’alimentation de l’ampoule incandescente en remplacement de la bougie et du bec de gaz et d’autre part l’arrivée de la voiture individuelle thermique.

Ce qui allait révolutionner la mobilité individuelle et contribuer à redessiner les bâtiments, les villes et les territoires.

Une des conséquences de cette révolution a été la centralisation de tous les services, à commencer par l’énergie avec pour une grande partie la construction de centrales thermiques puis nucléaires et dans une moindre mesure hydroélectrique voire désormais éoliennes ou photovoltaïques pour la couverture énergétique d’un territoire.

Pour accompagner cette production et distribution électrique centralisée, fut décidé à la fin des années 1880 de passer sur le courant alternatif, au grand dam de Thomas Edison, pour l’électrification de New York, pour des raisons de transport du courant à haute tension*.

Dans la foulée, tous les équipements électriques, jusqu’alors en courant continu passèrent en courant alternatif.

Aujourd’hui nous vivons une révolution similaire avec d’une part le remplacement de toutes les sources d’éclairage par les LEDs et d’autre part le retrait progressif du véhicule thermique au profit de l’hybride voire très prochainement tout électrique.

Si la concomitance de cette évolution peut apparaître comme le fruit du hasard, elle n’est pas sans conséquence pour notre environnement.

Les éléments de convergence à l’origine de la 3ème révolution industrielle

C’est tout d’abord le courant continu (DC) 48V. En effet l’éclairage LED fonctionne à majorité en DC 48V.

Son alimentation en alternatif nécessite l’ajout de transformateurs, coûteux, énergivore et à durée de vie limitée. Tous les professionnels s’accordent sur un remplacement de toutes les sources lumineuses dans le monde sous 7 ans (durée de vie moyenne des sources actuelles).

Par ailleurs, les batteries des véhicules électriques stockent et délivrent également du courant continu. Le 48V peut être la référence du véhicule électrique et Valéo a d’ailleurs conçu tout récemment un véhicule tout électrique en 48V.

C’est bien entendu la production et le stockage énergétique décentralisés. En effet, les centrales électriques actuelles ne pourront pas suivre l’appel de consommation lié à l’essor de la mobilité électrique.

Il faut donc produire et stocker localement et cette énergie est nativement en courant continu.

Alors que plus de 75% des sources électriques (éclairage, informatique, audio vidéo, une grande partie de l’électroménager, systèmes de ventilation, de chauffage, etc..) fonctionnent nativement en courant continu et nécessitent systématiquement une alimentation pour supporter le courant alternatif, il est plus que fondé de s’interroger sur la persistance d’un tel système excessivement coûteux pour l’environnement dès lors même que nous allons vers une production et un stockage local de l’énergie en courant continu.

Pourquoi transformer du courant continu (DC) issu d’unité de stockage ou de production ENR en courant alternatif (AZC) pour le transformer à nouveau en courant continu. La déperdition énergétique au passage est estimée à 25%.

A cela s’ajoute le coût des composants additionnels nécessaires à la transformation AC/DC et le risque accru de panne (les alimentations étant souvent le maillon faible des systèmes électroniques). Cela devient juste insensé.

C’est encore plus insensé dans des régions du monde où il n’y a pas encore de production ni de distribution électrique centralisées à commencer par des régions de l’Afrique ou même de l’Inde (environ 14% de la population mondiale n’ont pas accès à l’électricité (source Banque Mondiale).

Par ailleurs, alors que nous allons vers un monde « tout électrique » tout cela ne peut fonctionner sans le numérique et l’IA.

En effet, il va falloir gérer les pics de consommation et les arbitrer en adaptant la production et le stockage à la consommation.

Ceci concerne bien entendu l’alimentation des bâtiments mais également des véhicules dont les batteries deviennent elles mêmes une unité de stockage déportée.

Une gestion intelligente des réseaux

Nous allons vers une gestion intelligente des réseaux (smart grids) et cela nécessite une interconnexion de toutes les sources à commencer par les bâtiments et leurs équipements et les véhicules.

En effet, il faut tirer profit du changement de l’éclairage dans le bâtiment pour apporter concomitamment l’infrastructure en courant continu et le numérique.

Un nouveau type de conducteur, le PoE (Power over Ethernet) le permet. Une normalisation internationale de ce type de conducteur sera effective dès Septembre 2018 pour arriver à un standard international permettant de transmettre sur le même conducteur à la fois la donnée et la puissance jusqu’à presque 100 Watts.

Ceci doit permettre d’alimenter non seulement l’éclairage mais une grande partie des équipements connectés à commencer par l’informatique et tous les objets connectés par l’intermédiaire d’un raccordement universel l’USB type C.

C’est une occasion unique d’apporter en même temps : l’efficacité énergétique dans les bâtiments, le digital et le courant continu.

L’ensemble de cet investissement peut être porté en grande partie en rénovation par l’efficacité énergétique.

La conséquence majeure de cette mutation est l’introduction dans le bâtiment de l’onduleur en complément de systèmes de production ENR et de stockage in situe ou déportés à proximité (échelle du quartier ou la de la résidence suivant la taille des bâtiments et de leurs besoins énergétiques). L’onduleur devient quelque part, le « moteur » du bâtiment.

Il assure la distribution d’un courant stable en 48V quelque soit son type d’alimentation.

Il faut désormais penser le bâtiment en courant continu

C’est juste une évidence. Tout converge et il est temps de prendre la décision inverse de celle qui avait vu l’arbitrage entre Tesla et Edison il y a 130 ans au profit du courant alternatif.

L’enjeu à terme est de 25 % d’économies d’énergie(entre l’économie réalisée au niveau de la conversion d’énergie, l’économie réalisée pour refroidir les espaces soumis aux dégagements calorifiques et l’économie sur le transport), entre 10 et 20 % d’économies sur le coût des équipements basiques par l’absence d’alimentation, au moins 25 % d’économie sur le coût de l’installation électrique (moins de câblage, simplification et moins d’équipements) sans compter la durabilité augmentée de plus de 25 % des équipements.

Tout converge pour beaucoup plus de durabilité

Le corollaire à cette mutation est le transfert d’un grand nombre d’équipements actuels en courant continu. Cela ne doit pas poser de problème en soi puisque la plupart fonctionnent naturellement en continu.

En parallèle il est nécessaire d’adapter les normes et les règles d’installation électriques. Là encore il ne devrait y avoir aucun obstacle, car le transport et la distribution du courant en continu à 48V à l’échelle locale est beaucoup plus simple.

C’est un formidable enjeu, planétaire. Nombreux s’opposeront du fait de lobbies en faveur du courant alternatif (une telle mutation entraînant l’abandon progressif d’équipements ou de composants propres au courant alternatif) ou de la tâche énorme à réaliser pour changer les installations électriques ou les équipements.

Cette prise de conscience doit être mondiale, à tous les niveaux, politiques pour l’accompagnement de cette mutation et la levée d’éventuels blocages normatifs ou réglementaires, industriels afin de mettre sur le marché le plus rapidement possible une offre d’équipements et de systèmes répondant directement aux critères du courant continu et enfin citoyens/usagers pour s’approprier cette mutation dans les plus brefs délais.

Une occasion unique à saisir maintenant

Il est important que chacun de ces acteurs comprenne qu’il s’agit d’une occasion unique à saisir maintenant. Toutes ces transitions, numériques, énergétiques et électriques sont liées.

C’est le vrai point de départ de la 3ème révolution industrielle.

Mener de front ces 3 transitions et déployer concomitamment les infrastructures et équipements permettant de produire et stocker l’énergie localement, de transporter le numérique et le courant continu dans les bâtiments et la ville en s’appuyant sur le PoE, de mettre en place des équipements et systèmes permettant la réduction de la consommation énergétique des bâtiments en commençant par les LEDS qui tireront le PoE et enfin de muter le parc automobile thermique vers une mobilité électrique multi modale.

Pour porter ce message fort,  le DC parmi a été inscrit parmi les 3 priorités de la SBA à côté de la nécessité de réinventer les bâtiments et les territoires pour répondre aux enjeux actuels de société, lesquelles seront grandement débattues dans le cadre des universités d’été : UESB4SC 2018 qui auront lieu les 5 & 6 Septembre 2018 : https://www.univ-sb4sc.org/

Par ailleurs, DC World , évènement qui aura lieu les 2 & 3 Avril 2019 à Paris – Porte de Versailles aura pour ambition de porter cette transition au niveau mondial.

L’objectif étant au-delà de la présentation des solutions et écosystèmes existants pour porter cette transition, d’aboutir à la signature d’une charte par les grands acteurs mondiaux, industriels et politiques menant à un engagement de chacun d’accompagner cette mutation dès maintenant avec des mesures concrètes afin que d’ici 5 ans le déploiement du DC soit une généralité à l’échelle planétaire,

Je souligne que cet engagement devra concerner en priorité les zones géographiques dépourvues partiellement ou complètement de réseau électrique.

L’enjeu d’apporter tout de suite l’énergie électrique à des Milliards d’habitants à moindre coût et de fait, leur apporter internet ainsi que l’opportunité de se développer grâce à l’énergie.

N’attendons pas et faisons les bénéficier tout de suite de la 3ème révolution industrielle sans passer par une période intermédiaire.

Dans cette transition, la France et l’Europe doivent être en pôle position.

commentaires

COMMENTAIRES

  • Intéressant! Surtout qu’on sort en 12v, 24v ou 48v des panneaux photovoltaïques.

    Par contre pour du 16 ampères (230v), le diamètre des câbles est des 2.5mm2.

    P = UI = 230v*16A = 3680Watt
    Si on est avec du 48V
    => I doit être à 76,6666 ampères au lieu de 16A
    Pperdu = p(L/S)I²

    Donc si on veut la même perte
    Pperdu = p(L/S[48] I[48]² = p(L/S[230]) I[230]²

    => I[48]²/S[48] = I[230]²/S[230]
    => S[48] = S[230] * I[48]²/I[230]²
    => S[48] = 2.5 * 76.6² / 16² = 57.4mm²

    Cela faut quand même des gros câbles si on veut alimenter par exemple une voiture en 16 ampères 🙂
    (Sauf si je me suis planté dans mes calculs.)

    57.4mm² au lien de 2.5mm²

    Répondre
    • Je ne pense pas que l’on pourra recharger une voiture en POE ;-)… je pense qu’il faudra gérer une épine dorsale du batiment en 400 v continu et ensuite distribuer celui-ci via le tableau électrique qui servira de switch POE pour certains éléments (lumières : Leds, ecrans de TV, objets connectés filaires….) et d’autres (moteurs , ballon d’eau chaude… devront rester en tension élevée…)
      Le business model tient la route ça va juste changer de façon radicale le travail de l’électricien…et demander aux fabricants de repenser le tableau électrique… A suivre

      Répondre
  • Je ne pense pas qu’il faille revenir au courant continu car pour supprimer la distribution dans les villes la puissance 100W pour d’électroménagers est ridicule. De plus, pour les voitures électriques comment seront produit les kW pour les chargeurs de batteries, avec des panneaux solaires?? Il faut redescendre sur terre, la puissance demandée est bien supérieur à la puissance produite et puis pour le stockage il faudrait des m3 de batteries car le plus important c’est qu’on ne sait stocker le courant fusse-t-il continu en grande quantité.
    Tesla produisait et distribuait de l’énergie libre, on l’a traiter de fou et pourtant il avait démontré ces avancées.
    Alors désolé mais c’est un mixte de courant, continu et alternatif, courant bien plus sécuritaire d’ailleurs, qui sera l’avenir.
    Le monde veut toujours opposer les techniques, ce qu’il faut c’est les faire avancer ensemble.

    PS: l’éclairage et les réseaux ne sont pas la plus grande demande en énergie, c’est le chauffage et là le courant continu ne fera jamais fonctionner une PAC avec 100w. Pour la cuisson on fait quoi??? on reprend du bois….

    Répondre
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