À Belfort, Territoire Habitat va construire d’ici fin 2024 deux bâtiments de 15 logements sociaux : un bâtiment “démonstrateur”, équipé d’un système de production, stockage et utilisation d’hydrogène, et, au même endroit, un 2e bâtiment “témoin” identique au premier, mais sans cette technologie. Une installation de métrologie prévue dans les deux bâtiments permettra de mener des études comparatives à la fois sur le coût, la technique et le fonctionnement.
Le bâtiment démonstrateur sera équipé d’une pompe à chaleur hybride solaire alimentée en électricité par 280m2 de panneaux photovoltaïques par bâtiment, soit environ 20m2 par logement. Lorsqu’il y aura surplus de production photovoltaïque, hors période de chauffe, l’énergie sera transformée en hydrogène via un électrolyseur (voir schéma). L’hiver, une pile à hydrogène génèrera l’électricité nécessaire à partir de l’hydrogène stocké, sachant qu’1kg d’hydrogène équivaut à 33 kWh d’énergie. D’après les premières simulations, 300kg d’hydrogène seront nécessaires pour rendre le bâtiment autonome toute l’année pour ses besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire. Pour optimiser le système, l’énergie thermique dégagée par la pile à hydrogène sera également récupérée pour couvrir les besoins énergétiques du bâtiment. Ainsi, il n’émettra pas de CO2.
Un écosystème pré-existant
L’été, la pompe à chaleur hybride solaire sera alimentée en électricité par les panneaux photovoltaïques. Le surplus de production énergétique sera transformé en hydrogène via un électrolyseur.
Pour monter ce projet très innovant, l’Office a bénéficié de la présence d’un écosystème territorial historique, développé depuis 20 ans à Belfort avec des laboratoires de recherche tels que le FC LAB, l’Université de Franche-Comté et la Région. “Le fait d’être dans cet écosystème local nous a poussés à développer ce projet”, reconnaît Serge Rouland, responsable du pôle Innovation de Territoire Habitat. Le dossier de l’Office a également été retenu dans le cadre des Territoires d’innovation du 3e Programme d’investissements d’avenir (PIA3), au moment où se montait un consortium industriel local dont l’un des axes portait sur l’hydrogène énergie. L’investissement total des installations de chauffage et d’ECS est estimé à 1,5M€. Le PIA subventionne ce projet à hauteur de 705 000€.
Après de nombreux questionnements, l’OPH s’est associé les compétences d’une AMO juridique, énergétique et numérique et a retenu l’option d’une conception- réalisation des bâtiments avec garantie de résultat, dans le cadre d’un partenariat d’innovation pour la production, le stockage et l’utilisation de l’hydrogène. Ses recherches ont montré qu’il n’existait aucune solution industrielle clé en main pour réaliser ce type de projet, mais des produits individuels que le marché d’innovation aura pour mission d’assembler. À l’heure actuelle, trois entreprises candidates ont été sélectionnées, l’Office lance la phase de Recherche & Développement du partenariat d’innovation et, d’ici le deuxième semestre, la conception-réalisation des deux bâtiments.
Innovation à tous les niveaux
L’hiver, en période de chauffe : la pile à combustible est mise en route pour générer l’électricité nécessaire et la chaleur dans les logements, à partir de l’hydrogène stocké.
Outre le défi technique et énergétique, l’innovation résidera dans la nécessaire formation et acculturation des équipes - puis, dans un deuxième temps, la sensibilisation des locataires utilisateurs - et dans les outils et logiciels de management de l’énergie pour piloter et réguler l’installation. “Cette expérimentation ouvrira également le champ de la réglementation pour le stockage d’hydrogène dans ou proche d’un bâtiment d’habitation, domaine non réglementé à ce jour”, précise Serge Rouland.
Monté en BIM conception puis BIM GEM (gestion exploitation maintenance), ce projet aura pour ambition de permettre la collecte d’un grand nombre de données en temps réel pour dupliquer ensuite cette expérimentation sur d’autres immeubles collectifs du parc de Territoire Habitat. L’ambition ne s’arrête d’ailleurs pas là : “Ce projet suscite un grand engouement partout sur le territoire, annonce Serge Rouland. Il y a des développements d’usages associés importants, dont la mobilité avec peut-être demain une voiture partagée sur le site ; nous sommes aussi sollicités pour du stockage de l’énergie thermique et de l’électricité pour d’autres acteurs, et dans le cadre du développement des smart grids”.
L’hydrogène, vecteur de transition énergétique
L’hydrogène de base est l’élément le plus abondant dans l’univers, il représente aujourd’hui 75% en masse et 92% en nombre d’atomes. L’hydrogène n’est quasiment jamais à l’état moléculaire sur terre. Actuellement, 95% de l’hydrogène produit dans le monde est basé sur des énergies d’origine fossile (gaz naturel, charbon ou pétrole). Mais l’hydrogène peut être produit à faible empreinte carbone par électrolyse de l’eau à partir d’électricité (dont renouvelable : hydraulique, éolienne, solaire) ou à partir de la biomasse. Il trouve ses applications essentiellement dans la mobilité (les transports) mais de plus en plus en stationnaire (réseaux électriques indépendants, groupes de secours, habitat).
La pile à hydrogène est un dispositif électrochimique qui convertit l’énergie chimique d’un combustible (hydrogène) et d’un comburant (oxygène) en énergie électrique, chaleur et eau (ʺdéchetʺ issu de cette réaction).
Extraits de l’intervention de Daniel Hissel, vice-président de l’université de Franche-Comté, directeur adjoint de la Fédération nationale de recherche sur l'hydrogène FRH2 (FR CNRS) lors du webinar du Bat’Im Club, le 7 avril, sur le thème Bâtiment autonome à l’hydrogène.
