Dossier S3 (5/6). Le numérique et systèmes énergétiques et habitats durables

Parmi les thèmes abordés dans la nouvelle stratégie wallonne de spécialisation intelligente (S3), figure le déploiement d’innovations et de technologies dans le DIS « Systèmes énergétiques et habitats durables ». Le numérique jouera un rôle clé dans la mise en œuvre de ce DIS.

Le Gouvernement wallon a approuvé en février 2021 la nouvelle stratégie de spécialisation intelligente (S3) pour 2021-2027. Cette stratégie s'articule autour de 5 domaines d'innovation stratégique. Elle définit l'ensemble des actions à mettre en œuvre afin d'amplifier la recherche et l'innovation dans des niches de spécialisation tout en assurant la montée de puissance de nouvelles expertises.

Pilotée par l'Agence du Numérique (AdN), Wallonie Entreprendre (WE) et le Service Public de Wallonie (SPW), la S3 définit les efforts et orientations de la politique industrielle et d’innovation de la Wallonie pour les années à venir.

L'Agence du Numérique propose un dossier en 6 parties pour comprendre cette stratégie et le rôle que le numérique y joue:

• Partie 1 : Dossier S3 (1/6). La nouvelle stratégie de spécialisation wallonne
• Partie 2 : Dossier S3 (2/6). Le numérique, clé de la réussite du déploiement
• Partie 3 : Dossier S3 (3/6). Le numérique et les dimensions d'innovation stratégiques en Wallonie
• Partie 4 : Dossier S3 (4/6). Le numérique et les modes de conception et de fabrication
• Partie 5 : Dossier S3 (5/6). Le numérique et les systèmes énergétiques et habitats durables
• Partie 6 : Dossier S3 (6/6). Le numérique et les appels à manifestation d'intérêts

Le Domaine d’Innovation Stratégique (DIS) "Systèmes énergétiques et habitats durables" a pour objet de déployer des solutions nouvelles pour la transition énergétique verte et l’habitat du futur.

L’investissement en recherche, développement et innovation vise à faire des contraintes énergétiques et climatiques des opportunités de développement économique et social, comme la réduction de la précarité énergétique, le soutien au développement de nouveaux modèles d’affaires intégrant notamment une approche circulaire. Il vise également à diminuer le coût des technologies et systèmes énergétiques et leur impact au niveau des ressources afin de limiter les émissions de CO2, les consommations d’énergie et faciliter le développement des énergies renouvelables.

Enfin, la recherche s’intéressera à l’acceptation sociale des nouvelles technologies et services associés et impliquera le citoyen et les entreprises dans leur conception, leur acceptation sociale et leur utilisation, par exemple via des living labs ou des accompagnements visant à soutenir les entreprises de toutes tailles dans cette transition. Outre l’impact à long terme sur l’atténuation du changement climatique, la recherche-énergie amène des bénéfices concomitants en termes de santé, de qualité de l’air, de confort dans les bâtiments, de réduction du coût de la facture énergétique et, in fine, de la dépendance géopolitique de la Wallonie.

Le DIS vise des expertises clés de la Wallonie dans des domaines tels que :

• L'efficacité énergétique des bâtiments et de l’industrie (nouveaux matériaux isolants et/ou capteurs d’énergie);
• La gestion intégrée des flux de production et de consommation d’énergie au sein des productions industrielles, bâtiments et smart grids;
• Les énergies renouvelables;
• Le stockage et distribution d’énergie;
• L'ingénierie, la conception et la simulation de pièces/systèmes/composants économes en énergie;
• Les solutions digitales liées à la sécurisation, la modélisation, la simulation et le monitoring
• La mobilité décarbonée;
• La chimie verte;
• La construction éco-durable.

Plusieurs écosystèmes numériques sont donc directement impliqués dans la mise en œuvre de ce DIS, comme ceux de l'économie circulaire, des smart buildings, des smart cities, des smart grids, de la smart logistics, ou encore de la cybersécurité. Les technologies numériques concernées sont très nombreuses, citons en premier l'IoT, l'IA ou les jumeaux et simulations numériques.

Les DIS se structurent en ambitions dont découlent des aires stratégiques. Chaque DIS vise des domaines de compétences clés identifiées comme levier pour la Wallonie.

Pour le DIS « Systèmes énergétiques et habitats durables », 4 ambitions et 4 aires stratégiques ont été définies et constituent le cadre dans lequel seront déployés les projets.

La rénovation énergétique des bâtiments fait face à deux grands défis, dans lesquels la Wallonie doit développer des compétences afin de devenir un acteur majeur du secteur :

• L’industrialisation des rénovations profondes pour des bâtiments énergétiquement efficients, et une approche de mass customisation pour la construction modulaire préfabriquée, depuis la conception et la fabrication hors site à l’installation.
• La rénovation énergétique du patrimoine bâti. Ce dernier qui a des exigences de préservation de l’héritage culturel demande de la créativité dans les entreprises de rénovation énergétique. Des solutions innovantes doivent prendre en compte tous les aspects, non seulement techniques mais aussi culturels, sociétaux et environnementaux.

L’ambition est de diminuer la consommation énergétique de l’industrie et de décarboner le secteur à l’horizon 2050. Ces deux objectifs ne sont pas toujours concomitants. La recherche et l’innovation s’orienteront donc vers :

• L’amélioration des produits, des procédés, des flux de production et de consommation d’énergie, le développement de l’économie circulaire, la réduction des besoins en ressources utilisées dans les processus. « Energy efficiency first ».
• Le développement de l’économie de l’hydrogène : son utilisationdans les processus industriels, et pour subvenir aux besoins énergétiques lorsque cela a du sens.

La Wallonie doit être à la pointe en matière de développement de systèmes de gestion d’énergie (électrique et thermique) et de solutions intégrées de stockage d’énergie, notamment la bioénergie, l’hydrogène et les e-fuels, et développer une économie exportatrice de solutions en la matière.

Le défi en matière de recherche se situe tant au niveau de l’augmentation de la puissance installée que de l’optimisation des flux d’énergie et la gestion des réseaux. La recherche et l’innovation s’orienteront donc vers :

• L’optimisation des flux d’énergie et la gestion des réseaux, électriques mais aussi thermiques.
• La production d’énergie à partir de biomasse par une meilleure gestion des sous-produits agricoles et forestiers et leur transformation.
• La production d’hydrogène vert ou d’origine « fatale » et d’e-fuels, dans les meilleures conditions d’efficience énergétique et d’économie circulaire.

En lien avec la « VISION FAST 2030 » adoptée en 2017 et la « Stratégie régionale de mobilité » adoptée en 2019, il s'agira de développer des solutions innovantes en matière de :

• Gestion intégrée des flux de trafic et des réseaux (logistique-transport-mobilité).
• Mobilité électrique et hydrogène. La Wallonie développera (en lien avec l’ambition 3) ses capacités de production, stockage, distribution, utilisation d’hydrogène d’origine renouvelable ou "fatal".

La rénovation énergétique des bâtiments fait face à quelques grands défis, dans lesquels la Wallonie a tout intérêt à développer des compétences afin de devenir un acteur majeur du secteur :

• Accélérer la vague de rénovations performantes: cet axe passe par une numérisation et une industrialisation des activités de rénovation, le développement de mesures 3D et leur intégration dans un modèle numérique, une approche de mass customisation pour la construction modulaire préfabriquée.
• Rénovation du patrimoine bâti: le patrimoine bâti a des exigences de préservation de l’héritage culturel qui demande de la créativité dans les entreprises de rénovation énergétique (voir Ambition 1).
• Enveloppes intelligentes: la recherche s’orientera vers les systèmes intelligents de refroidissement actifs et passifs, combinés à des concepts de façade.
• Déploiement de matériaux, composants et structures à faible impact environnemental.

L'objectif 2030  est l'intégration de nouveaux matériaux isolants, de nouvelles techniques de rénovation et de construction (y compris modulaire), ainsi que de nouveaux concepts architecturaux et urbanistiques.

La digitalisation et la gestion des flux sont des éléments importants dans nombre de solutions pour la transition énergétique de la Wallonie. Cette aire reprend notamment les différentes solutions numériques et techniques nécessaires à leur optimisation. La Wallonie développera ses compétences dans les domaines suivants :

• Bâtiments : les solutions digitales liées à la sécurisation, la modélisation, la simulation et le monitoring de la consommation et des performances énergétiques d’un bâtiment et d’un ensemble de bâtiments, intégration du bâti et de l’électromobilité dans les réseaux électriques (smart-charging, V2G, gestion des pompes à chaleur,…), la gestion des réseaux de chaleur/froid, les districts « zero energy » ou à énergie positive.
• Industrie : la digitalisation des processus, la gestion des flux de production et de consommation d’énergie, les réseaux d’énergie.
• Énergies renouvelables : intégration des énergies renouvelables dans les réseaux électriques et thermiques et gestion de la production décentralisée d’énergie, développement des communautés d’énergie renouvelable et citoyenne, en ce compris en îlotage (micro-réseaux).
• Mobilité : gestion des flux de trafic et de réseaux de transport (logistique-transport-mobilité).

L'objectif est de disposer pour 2030 de nouvelles installations de systèmes de gestion intelligente de l’énergie, du trafic et de la logistique, ainsi que de nouvelles communautés d’énergies. La diffusion de ces technologies sera renforcée grâce à leur installation notamment dans les industries. Les solutions de financement de ces installations auront été adaptées et renforcées.

Cette aire vise le développement de l’écosystème wallon dans les domaines des matériaux avancés et des solutions de stockage pour permettre une flexibilité industrielle accrue, garantir l’alimentation électrique, améliorer le fonctionnement des réseaux électriques et réaliser une prise en charge efficace de l’intermittence des énergies renouvelables aussi bien au niveau industriel que particulier et assurer le bon fonctionnement des réseaux de chaleur et valoriser de manière optimale les investissements dans les sources d’énergies renouvelables.

Les aires d’intervention sont :

• La production de vecteurs énergétiques : la valorisation énergétique de la biomasse, les biocombustibles (biogaz) et biocarburants, les carburants synthétiques, les e-carburants (Méthane, recombinaison endothermique à partir du CO2, production de chaines carbonées d’intérêt pour l’industrie à partir d’hydrogène, …).
• La capture et l’utilisation du CO2 en lien avec d’autres flux/procédés, dans des conditions d’efficience énergétique soutenables.
• Les technologies de stockage d’énergie proprement dite (électrique : batterie, pompage-turbinage, chaleur sous différentes formes, froid).
• Les processus électrochimiques : électrolyse, catalyse, électrodes, séparateurs, assemblage et encapsulation de cellules électrochimiques …
• Les technologies de valorisation de bioénergie, la cogénération, la tri-génération et la micro-cogénération.

L'objectif 2030 est de disposer de nouvelles solutions de stockage d’énergie, intégrables dans le bâti et l’industrie à un coût raisonnable.

Les aires d’intervention sont :

• Technologies de production d’hydrogène vert : électrolyse, pyrolyse plasma, bioénergie, etc.
• Technologies de transport et stockage d’hydrogène : réseau d’hydrogène, réservoirs à matériaux composites, matériaux de stockage innovants (MOF, hydrures métalliques,…), …
• Technologies d’utilisation de l’hydrogène :
• Power to fuel : production de e-méthane, e-méthanol, e-kérosène, e-ammoniac,… ;
• Power to power : piles à combustible et moteurs à hydrogène, en ce compris la cogénération ;
• Power to mobility : infrastructures de rechargement, flottes captives, autobus et autocars, poids lourds :
• Power to industry : Production de e-fuels dans le cadre de la décarbonation des procédés industriels, en particulier dans les secteurs repris dans l’ETS, Production d’hydrogène vert dans les secteurs ETS dépendant de la production d’hydrogène et valorisation de l’hydrogène fatal, Utilisation d’hydrogène vert dans une grande variété d'autres applications, comme les semi-conducteurs, les aliments et les boissons, le secteur hospitalier, ou pour le traitement de métaux en utilisant ses propriétés réactives et protectrices, Conversion de certains processus industriels vers l’hydrogène (sidérurgie).