Comment les logiciels peuvent aider à nettoyer les industries à forte intensité d’émissions

Les bâtiments non résidentiels génèrent 6,6% des émissions de gaz à effet de serre, soit l’équivalent de l’aviation, du transport maritime et de la fabrication de ciment combinés, selon le World Resources Institute, un organisme américain de recherche environnementale.

Pour un immeuble de bureaux ou d’enseignement typique, les équipements tels que les ordinateurs utilisés par ceux qui y travaillent occuperont environ 40% de ses besoins énergétiques. « Les 60 % restants sont à gagner », déclare Jake Williams, directeur associé de la physique du bâtiment chez Buro Happold, un cabinet de conseil en ingénierie basé à Bath. « Vous pourriez être en mesure d’influencer cela de plus ou moins 50%. »

Mais les choix de conception par rapport aux besoins énergétiques « réglementés » d’un bâtiment – refroidissement, chauffage, contrôle de l’humidité, éclairage et équipements tels que les ascenseurs – doivent être basés sur ses circonstances spécifiques. Un bâtiment de forme peu profonde pourrait réduire ses besoins énergétiques en utilisant plus de lumière naturelle, mais un bâtiment avec moins de surface pourrait avoir besoin de moins de chauffage. Les bâtiments aux murs épais tels que les cathédrales ont une masse thermique qui régule les températures internes, réduisant les besoins de chauffage et de refroidissement, mais ont besoin de matériaux plus intensifs en carbone pour construire.

Les sites urbains peuvent être partiellement ou entièrement ombragés par d’autres bâtiments pendant une partie ou la totalité de la journée. La proportion de verre a un impact, et les fenêtres ouvrables peuvent fournir un refroidissement sans énergie pendant une partie de l’année, mais gaspiller de la chaleur à d’autres. « Il y a généralement des compromis », dit Williams. « Chaque projet est à peu près unique. »

Buro Happold utilise le logiciel du fournisseur IES basé à Glasgow pour prédire la consommation d’énergie d’un bâtiment, ce qui lui permet de minimiser les émissions de carbone avant le début de la construction ou du réaménagement. Williams dit que les logiciels pourraient également être utilisés pour explorer comment les gens interagiront avec les bâtiments, comme fermer les stores ou allumer les lumières; effectuer des tests de résilience, tels que la façon dont les bâtiments feraient face aux vagues de chaleur susceptibles de devenir plus courantes avec le changement climatique; et de tirer parti de la tarification dynamique de l’électricité, qui est de plus en plus importante compte tenu de l’utilisation beaucoup plus importante des sources d’énergie renouvelables, dont la production varie.

La réduction de la contribution des bâtiments au changement climatique est devenue une question brûlante. « Historiquement, ce n’était pas une priorité pour tous les clients », explique Williams, mais ajoute : « Nous avons constaté une énorme adoption de ce que les clients demandent. C’est de plus en plus l’attente sur chaque projet d’avoir une histoire de durabilité ou de zéro net qui l’accompagne. »

Le gouvernement britannique, qui est sur le point d’accueillir la conférence sur le changement climatique COP26, a fixé un objectif juridiquement contraignant pour que le pays a atteint zéro net – ce qui signifie réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre et éliminer le dioxyde de carbone de l’atmosphère pour annuler le reste – d’ici 2050.

Mais de nombreuses entreprises et organisations veulent y arriver beaucoup plus tôt, BT, Microsoft, Sky et plus de 60 autorités locales s’engageant à atteindre zéro net (dans certains cas uniquement pour le dioxyde de carbone, le principal gaz à effet de serre) d’ici 2030, tandis que O2 vise 2025. Buro Happold revendique le statut de carbone net zéro depuis avril de cette année et prévoit que tous les nouveaux bâtiments sur lequel il travaille seront conçus comme zéro carbone net d’ici 2030.

Le travail complexe d’amélioration de l’efficacité énergétique des bâtiments, ainsi que les processus industriels et d’autres activités d’entreprise à forte intensité d’émissions, semblent être un territoire naturel pour les logiciels spécialisés. Le logiciel Virtual Environment d’IES permet aux utilisateurs de créer des jumeaux numériques de bâtiments pour tester leurs performances pendant 12 mois de conditions météorologiques locales typiques, ainsi que différents modèles d’occupation, tels que leur utilisation uniquement pendant les heures de bureau ou autour de l’horloge.

Pour la rénovation de bâtiments existants, les utilisateurs peuvent tester des options telles que de nouveaux vitrages, systèmes de chauffage et de refroidissement et l’ajout de panneaux solaires, en utilisant des données de consommation d’énergie réelles.

Le directeur de la technologie d’IES, Craig Wheatley, affirme que les propriétaires de bâtiments se concentrent sur la conception économe en énergie depuis quelques années, à la suite d’une directive de l’Union européenne en 2006 et d’objectifs plus stricts depuis lors. Mais leur attention se tourne vers l’efficacité opérationnelle continue, le Royaume-Uni adoptant l’année prochaine le national australien d’évaluation de l’environnement bâti (Nabers) utilisé dans ce pays depuis deux décennies.

La société australienne d’optimisation énergétique EP&T Global a connu une croissance à la suite de l’introduction initiale de Nabers, qui a lié les augmentations et les baisses de loyer aux changements dans l’efficacité énergétique. Ses clients britanniques comprennent le fonds de placement immobilier Derwent London, qui exploite 5,4 millions de pieds carrés de propriétés commerciales, principalement dans le centre de Londres, où il a réduit sa consommation d’énergie de 21% grâce aux services de la société.

EP&T installe généralement des centaines de compteurs intelligents en réseau dans chaque bâtiment qu’il dessert, avec des données prises toutes les 15 minutes, puis traitées avec l’apprentissage automatiqueing pour générer des alertes et des recommandations. Celles-ci peuvent être relativement simples, comme repérer qu’une pompe qui ne devrait fonctionner que pendant les heures prévues fonctionne jour et nuit. Un exemple plus complexe pourrait proposer d’utiliser l’air extérieur pour le « refroidissement par air libre » – la ventilation naturelle – pour prendre le relais des unités de climatisation gourmandes en énergie à certains moments de la journée certains mois de l’année.

Sam Gooder, responsable des opérations au Royaume-Uni, affirme que les recommandations sont transmises aux clients par les ingénieurs d’EP&T. Ceux qui gèrent des bâtiments ont tendance à ne pas vouloir laisser des tiers les contrôler directement, et certaines recommandations exigent que ceux qui utilisent le bâtiment changent de comportement. « Cela ne fonctionne pas aussi bien s’il n’y a pas de gens impliqués », dit-il.

Une telle optimisation peut réduire la consommation d’énergie d’un bâtiment d’un cinquième en moyenne, généralement grâce à ce que Gooder décrit comme « une agrégation de nombreux ajustements et ajustements », plutôt que quelques grands changements. Selon lui, le passage des bâtiments à zéro émission nette nécessitera probablement de nouveaux systèmes de chauffage et de refroidissement – que de bonnes données opérationnelles peuvent aider à justifier – et des conceptions permettant l’utilisation d’équipements modulaires et faciles à changer.

Contrôle avancé des processus dans l’industrie pétrochimique

Les procédés industriels chimiques et pétrochimiques génèrent jusqu’à 11,6 % des gaz à effet de serre en fonction des besoins énergétiques (3,6 %), des sous-produits directs de leurs procédés (2,2 %) et des « émissions fugitives », y compris des fuites souvent accidentelles (3,9 %). Comme pour les bâtiments, un logiciel spécialisé peut aider à réduire ces émissions en améliorant l’efficacité des processus et en rendant les accidents moins fréquents.

Le logiciel peut gérer l’utilisation systémique du contrôle avancé des processus (APC), qui vise à optimiser le fonctionnement des équipements dans les usines pétrolières, gazières et chimiques. Ron Beck, directeur principal chez Aspen Technology, fournisseur de logiciels industriels basé à Boston, affirme que la mise en œuvre d’APC systémique réduit généralement la consommation d’énergie de 10 à 20%, avec des réductions correspondantes des émissions de carbone.

« C’est une technologie très éprouvée, mais elle n’a pas encore été appliquée aussi largement », dit-il, bien que le client Dow Chemical affirme avoir réduit la consommation d’énergie à l’échelle mondiale d’un dixième au cours de la dernière décennie, en grande partie grâce à la mise en œuvre d’APC.

Aspen fournit également un logiciel qui utilise les données d’exploitation pour prédire les défaillances des composants, ce qui permet une maintenance préventive et potentiellement prévenir les accidents. L’opérateur italien de raffinerie de pétrole Saras l’utilise avec un parc éolien de 54 turbines qui aide à alimenter son site de Sarroch en Sardaigne, en fournissant des avertissements de problèmes de développement dans les réducteurs d’éoliennes, par exemple, afin qu’ils puissent être réparés avant qu’une panne coûteuse ne se produise. La société utilise également des données pour chronométenir la maintenance de routine pendant les périodes de faible production.

Un autre client d’Aspen, la société publique Abu Dhabi National Oil Company des Émirats arabes unis, gère un tableau de bord de durabilité couvrant son plus grand champ gazier qui comprend une surveillance en temps réel de la consommation d’énergie et des émissions fugitives de méthane, disponible pour tout le personnel. « Cela change les comportements », explique Beck, ajoutant que la mise à disposition rapide de ces données permet des réponses beaucoup plus rapides.

« Dans l’ensemble de l’industrie, les gens testent toutes sortes d’approches technologiques », dit-il, soulignant que la mise en place d’usines pour s’auto-optimiser afin qu’elles puissent être gérées à distance permettrait d’économiser des émissions, de l’argent et du temps impliqué dans les déplacements du personnel, en particulier pour les installations offshore.

Gestion de l’empreinte produit à partir de SAP

Les fournisseurs de logiciels qui travaillent dans tous les secteurs font également plus pour suivre et réduire les gaz à effet de serre. Les utilisateurs des suites logicielles SAP ont pu utiliser son module de gestion de l’environnement, de la santé et de la sécurité à cette fin, mais en septembre 2021, la société allemande a annoncé la gestion de l’empreinte produit (PFM), conçue spécifiquement pour mesurer et déclarer les émissions. Il s’intégrera à d’autres composants SAP à partir de la fin de l’année.

« Vous pouvez publier les empreintes des produits à partir de cela dans la planification de la chaîne d’approvisionnement, l’approvisionnement, la logistique, les finances au fil du temps », explique Gunther Rothermel, responsable de la gestion de la durabilité de S/4 Hana. De nombreuses organisations conservent les données sur les émissions dans des feuilles de calcul, plutôt que dans des logiciels où elles peuvent être facilement accessibles et auditées, ajoute-t-il. « Avec ce produit, nous assurons une intégration dans les processus métier. »

Rothermel affirme que le travail visant à améliorer la durabilité est souvent spécifique à l’industrie, et pfM se concentrera d’abord sur les produits de consommation, la vente au détail et la fabrication, où le besoin de suivre les émissions est actuellement le plus fort, compte tenu de l’intérêt public. Le logiciel peut également estimer les émissions des fournisseurs, ce qui est particulièrement important pour des industries telles que l’automobile, où environ les trois quarts des pièces d’un véhicule automobile sont généralement fournies par des tiers.

Conception responsable et production, un autre produit qui sortira dans les prochains mois, inclura des fonctionnalités spécifiquement pour la gestion des batteries de véhicules électriques.

Secondmind, un spécialiste de l’apprentissage automatique basé à Cambridge créé il y a six ans, n’avait pas l’intention d’être un spécialiste de l’automobile. Mais avec son principal client, Mazda, elle se concentre désormais sur l’optimisation des groupes motopropulseurs des véhicules – le moteur, les roues et les composants qui transmettent la puissance de l’un à l’autre.

Actuellement, les fabricants testent généralement des prototypes de moteurs en construisant des modèles physiques sur lesquels exécuter des expériences. Secondmind vise à rendre le processus beaucoup plus efficace en fournissant des profils de fonctionnement optimaux pour les moteurs, en équilibrant les émissions – sur lesquelles les fabricants sont réglementés – par rapport à d’autres facteurs tels que la puissance de sortie. « Nous pouvons réduire de plusieurs mois le processus de développement », a déclaré le directeur général Gary Brotman.

Les constructeurs automobiles ont une responsabilité importante dans le changement climatique, le transport routier générant 11,9% des émissions de gaz à effet de serre. « Tout le monde essaie de passer de l’autre côté de la transition verte le plus rapidement possible », dit Brotman. « L’effort est herculéen. »

Comme pour d’autres industries à fortes émissions, il estime que ses entreprises veulent apporter des changements, mais ceux-ci doivent être réalistes basés sur l’amélioration de la situation actuelle. « Je pense que le désir de l’industrie automobile d’être une entreprise plus propre est grand », dit-il, ajoutant que les logiciels peuvent y contribuer. « Nous savons qu’il y a des processus considérés comme sales qui ont la possibilité d’être nettoyés. »