Quand les façades d’immeubles deviennent des centrales énergétiques

L’exploitation d’un bâtiment est souvent coûteuse en raison du prix du chauffage et de la consommation d’énergie, qui représentent 37 % des émissions mondiales de CO2. Alors que de plus en plus de bâtiments commerciaux et à usage mixte sont construits au Canada, l’utilisation de mesures énergétiques durables pour gérer leur impact sur l’environnement est vitale pour la santé de notre planète.

« L’application des microalgues dans les bâtiments transforme l’architecture économe en énergie en systèmes durables et vivants qui capturent le carbone, diminuent les charges thermiques et réduisent la demande et les coûts énergétiques », a déclaré Mohamad Araji, directeur de l’ingénierie architecturale et professeur à l’école d’architecture de l’Université de Waterloo au Canada.

Il ajoute : « Nous voulons étendre l’utilisation des microalgues pour faire des bâtiments des producteurs nets d’énergie, autonomes et indépendants du réseau électrique. Si nous parvenons à intégrer ce système d’énergie renouvelable dans la façade d’un grand bâtiment, dont la surface totale est supérieure à celle du toit d’un bâtiment, cela pourrait changer la donne. »

Dans les bâtiments dotés de façades à double peau, c’est-à-dire de deux couches de verre séparées par une cavité, l’espace entre les deux murs abrite un photobioréacteur qui fait pousser des microalgues pour absorber la lumière du soleil et fournir de l’ombre à l’intérieur pour l’isolation thermique.

À l’aide d’un logiciel de simulation et d’apprentissage automatique, Araji et Adham Elmalky, récemment titulaire d’un doctorat du département d’ingénierie mécanique et mécatronique, ont étudié différentes géométries de parois vitrées, des surfaces planes aux surfaces incurvées, afin d’optimiser les performances du photobioréacteur. Les résultats ont montré que la croissance de la biomasse des microalgues a augmenté de 80 %, ce qui contribuera à rendre le bâtiment plus économe en énergie.

« Notre système a amélioré l’utilisation des microalgues pour le contrôle de la température intérieure, et nous pensons qu’avec l’infrastructure adéquate, ce volume accru de biomasse peut être converti en biocarburant pour la production d’énergie d’un bâtiment. Ce système peut stabiliser ou même inverser la perte potentielle de chaleur intérieure que les bâtiments connaissent souvent », a indiqué M. Elmalky.

Examen des façades par rapport aux éléments environnants. crédit 10.1016/j.renene.2024.120607

Cette approche innovante de la production d’énergie renouvelable est particulièrement applicable dans les pays à climat froid comme le Canada. Les bâtiments ont besoin d’une énorme quantité de combustible pour rester chauds et opérationnels pendant l’hiver et les toits sont inutilisables en raison de l’accumulation de neige.

À l’avenir, les ingénieurs de Waterloo prévoient de collaborer avec l’industrie et d’autres équipes de recherche pour faire progresser la conception du photobioréacteur, en mettant l’accent sur le remaniement de la paroi intérieure en verre et sur d’autres résultats d’essais.

En synthèse

L’intégration des microalgues dans l’architecture représente une innovation prometteuse pour l’avenir de la construction durable. Si cette technologie offre des avantages significatifs en termes d’efficacité énergétique et de réduction des émissions de CO2, elle nécessite encore des développements techniques et des investissements importants. Les résultats encourageants obtenus par les chercheurs canadiens, notamment l’augmentation de 80% de la biomasse, ouvrent la voie à une nouvelle génération de bâtiments autonomes. Toutefois, le défi réside dans la généralisation de ces solutions à grande échelle et leur adaptation à différents contextes climatiques et architecturaux.

Exemples de façades courbes et convexes à double peau étudiées dans le cadre des recherches d’Araji

Pour une meilleure compréhension

Comment fonctionnent les façades à microalgues ?

Les façades sont constituées de deux parois vitrées entre lesquelles se trouve un photobioréacteur. Les microalgues y croissent en absorbant la lumière solaire, créant ainsi une isolation naturelle et produisant de la biomasse utilisable comme source d’énergie.

Quels sont les principaux avantages de cette technologie ?

Cette innovation permet la capture du carbone, la réduction des charges thermiques, l’amélioration de l’isolation, la production de biocarburant et l’autonomie énergétique des bâtiments.

Quels sont les défis techniques à surmonter ?

Les principaux défis concernent l’optimisation des géométries des parois, la maintenance des systèmes de culture d’algues, et la mise en place d’infrastructures adaptées pour la conversion de la biomasse en énergie.

Cette technologie est-elle applicable à tous les types de bâtiments ?

Elle est particulièrement adaptée aux grands bâtiments commerciaux et à usage mixte, mais nécessite une conception architecturale spécifique et des conditions climatiques favorables.

Quel est le coût de mise en œuvre de cette technologie ?

Bien que l’investissement initial soit important, les économies d’énergie réalisées et la production de biocarburant peuvent permettre un retour sur investissement à long terme. Les coûts exacts varient selon l’échelle et la complexité du projet.

Adham M. Elmalky et al, Optimization models for photosynthetic bioenergy generation in building façades, Renewable Energy (2024). DOI: 10.1016/j.renene.2024.120607

Adham M. Elmalky et al, Neural Networks for Monitoring Microalgae Biomass in Building Façades, Technology|Architecture + Design (2024). DOI: 10.1080/24751448.2024.2313441

Source : Traduction Enerzine.com / Université de Waterloo au Canada

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