En quoi consiste la GTB ? Comment l'associer à des technologies IoT ?

Domotique

La domotique concerne un logement d'habitation qu'il s'agisse d'un appartement ou d'une maison. Elle exploite diverses techniques permettant de contrôler, de programmer et d’automatiser une habitation. Les applications domotiques mettent les technologies d'automatisation, d'informatisation et de communication de dernière génération aux services des occupants qui pourront gérer et piloter plus aisément de façon centralisée localement ou à distance, leur chauffage, leur climatisation, leurs éclairage, leur volets roulants, leurs systèmes de surveillance (caméras, alarmes, détecteur de mouvement, interphone, digicode), etc. Les technologies domotiques permettent également de programmer de contrôler et d’automatiser à distance ou sur place une variété d'appareils électriques et électroménagers du domicile via un réseau filaire ou sans fil auxquels ils sont connectés. Elles visent principalement à faciliter la vie des résidents en évitant les tâches répétitives (fermeture des volets ou des portes de garage) ou rébarbatives (allumer/éteindre le chauffage et l'éclairage). Elles sont destinées à procurer davantage de confort et de sécurité aux usagers et promettent la réalisation d'économies d'énergies.

Gestion Technique des Bâtiments

Alors que la domotique s'intéresse aux logements d'habitation individuelle, la Gestion Technique des Bâtiments (GTB ou BMS en anglais pour Building Management System) s'adresse à des bâtiments de plus grande envergure : centres commerciaux, immeubles de bureaux, hôpitaux, établissements scolaires... La GTB a pour objectif d’automatiser le pilotage des équipements techniques du bâtiment tels que les utilités (eau sanitaire, gaz, électricité), le chauffage, la climatisation, l’éclairage, le contrôle d'accès, la vidéo-surveillance... En revanche, les équipements concourant à la sécurité incendie du bâtiment doivent être gérés indépendamment, conformément à la réglementation et aux normes en vigueur. Généralement, un système de sécurité incendie (SSI) comprenant plusieurs fonctionnalités (détection, alarme, mise en sécurité) est prévu dans les grands bâtiments. Des informations provenant du SSI peuvent néanmoins être transmises au système de supervision de GTB afin de permettre à l'exploitant du bâtiment de disposer d'une vue d'ensemble depuis une interface centralisée.

La GTB met en œuvre un système de supervision et de traitement des informations provenant des équipements d'un même site. Ce qui permet à l'exploitant du bâtiment de visualiser à distance leur fonctionnement, de les configurer, les piloter, de recevoir des alarmes en cas de dysfonctionnement, etc. Un tel système de supervision peut cependant être connecté à plusieurs bâtiments géographiquement séparés.

Grâce au contrôle et au suivi de différentes installations techniques d'un bâtiment, une GTB vise à améliorer le confort des usagers d'un bâtiment en adaptant les fonctionnement des équipements (chauffage, ventilation, climatisation, éclairage, stores électriques..), à renforcer leur sécurité (contrôle d'accès, vidéo‐surveillance), à optimiser les consommations énergétiques (électricité, gaz, eau, eau, vapeur, ...), et à faciliter la gestion de différents lots techniques (alimentation électrique, ascenseurs, plomberie, arrosage,...). Elle promet des économies d’énergies, la baisse des coûts d’exploitation et de maintenance, et l’amélioration du bien-être des occupants.

Les systèmes de supervision de GTB sont aujourd'hui disponibles sur des plates-formes Cloud afin de s'y connecter plus aisément à distance pour collecter des données et les visualiser. Ce qui offre également la possibilité d'effectuer la programmation et les mises à jour du système à distance. L'exploitant de plusieurs bâtiments peut ainsi relever, par exemple, les consommations de gaz, d'électricité et d'eau chaude de chacun de ses sites depuis un seul point d'accès et effectuer des comparaisons. Il peut aussi vérifier par exemple le fonctionnement de la climatisation de ses bâtiments. Ce qui évite à des techniciens de se rendre sur place pour l’ensemble des interventions et réaliser les modifications requises. Ce qui est très pratique et réduit considérablement le nombre de déplacements liés à l’accès aux données et à la modification des paramètres. Les systèmes de supervision de GTB fournissent également des outils de reporting et d’affichage concernant les consommations énergétiques, le confort thermique et la qualité d’air. Les exploitants peuvent ainsi mieux comprendre et contrôler les consommations énergétiques et les coûts.

Aux côtés de la GTB on parle également de GTC. Les grands principes de fonctionnement de ces deux systèmes informatiques sont sensiblement les mêmes. Cependant, alors que la GTB permet de gérer l’ensemble des installations techniques d’un même bâtiment tertiaire, la Gestion Technique Centralisée (GTC) est un système de conduite d'un seul domaine technique : chauffage ou éclairage, ou climatisation, etc.

Réseau de commande commun

Si la GTB s'est dans un premier lieu focalisée sur l'économie d'énergie, son intérêt ne se limite pas uniquement à cela. Il s'agit d'un système de gestion qui interagit avec les organisations humaines du bâtiment. Elle améliore le confort du bâtiment, contribue à sa meilleure exploitation et facilite sa maintenance. A partir du moment où un bus de terrain est prévu pour la gestion du chauffage et de la climatisation, rien n'empêche d'élargir le système de GTB au contrôle d'autres équipements en les reliant à ce même bus de communication. D'autant que pour un immeuble de 10 à 1000 bureaux le ticket d'entrée à la GTB ne va beaucoup changer si on ajoute d'autres applications à la fonction initiale. Ainsi, par le biais de ce réseau de commande commun, le chauffage, la climatisation, la ventilation, l'éclairage et les volets roulants peuvent par exemple être contrôlés par le même système de GTB. A cela, s'ajoute la possibilité de gérer poste par poste la consommation électrique du bâtiment et de vérifier le fonctionnement des ascenseurs et des matériels de sécurité (groupe électrogène, onduleurs, etc.). Enfin, des systèmes de contrôles d'accès et d'intrusion peuvent être gérés par ce même dispositif. En revanche, les équipements concourant à la sécurité incendie du bâtiment doivent être gérés indépendamment, conformément à la réglementation et aux normes en vigueur.

Poste de supervision

Toutes les données concernant le fonctionnement du bâtiment transitent alors sur le bus vers un ou plusieurs postes de supervision. Le responsable d'exploitation est ainsi informé en permanence sur l'écran d'un PC, voire d'une tablette ou d'un smartphone, de l'état de santé du bâtiment. Pour améliorer son efficacité, le système de GTB doit être ergonomique et offrir une aisance d'accès aux informations sécuritaires et techniques. Il faut qu'il soit accessible au niveau d'exploitation le plus élémentaire. A l'aide de toutes ces informations, l'exploitant peut optimiser l'utilisation de tous les équipements dont il a la charge. Et il peut repérer immédiatement tout dysfonctionnement et y remédier rapidement. Des alarmes techniques peuvent lui parvenir et être transmises simultanément par email ou SMS vers un service de maintenance extérieur. Lorsqu’un ascenseur tombe en panne, la société de dépannage est ainsi aussitôt prévenue et pourra intervenir rapidement. Pour certains équipements, il est même possible d'effectuer un diagnostic et de remédier à certains problèmes à distance. Le poste de supervision est d'ailleurs inutile dans les bâtiments pour lesquels il n'est pas prévu de personnel d'exploitation. Les alarmes seront directement transmises à des agences de télésurveillance. Les solutions de supervision peuvent être aujourd'hui être hébergées sur des plates-formes Cloud. Ce qui permet de surveiller à distance et d'un seul point un ou plusieurs bâtiments géographiquement séparés.

La GTB autorise également des opérations de maintenance préventive. Car le comportement de certains équipements peut parfois présager de leur défaillance prochaine. Une alarme signalant un niveau de surchauffe excessive d'un système de ventilation permettra notamment de le réparer avant qu'il ne tombe en panne. Sur certains systèmes de GTB, le poste de supervision peut aller au-delà de la simple surveillance. Le gestionnaire peut, depuis son bureau, corriger certains paramètres comme la température de consigne du chauffage dans certaines pièces ou encore modifier les autorisation d'accès au bâtiment.

Dans un établissement de formation, l’éclairage, le chauffage, la climatisation et la distribution d’électricité peuvent notamment être contrôlés et programmés salle par salle en fonction de leur occupation. Il est possible de connaître la température dans chacune des salles de cours et de modifier individuellement chaque température de consigne. L’ouverture et la fermeture des portes des salles s’effectuent par gâches automatiques en fonction de l’emploi du temps prévu. L’éclairage et l’électricité sont coupés dès qu’une salle est inoccupée.

Gestion de l'éclairage

En intégrant à la GTB les dispositifs d'éclairage, il est possible de réaliser des économies d'énergie et de mettre en place des scenarios d'éclairage. Pour éviter les gaspillages, l'éclairage peut être coupé automatiquement en dehors des heures d'occupation des locaux ou se déclencher uniquement lorsqu'une personne pénètre dans une salle. Pour plus de confort, on peut même envisager que le niveau d'éclairage soit ajusté en fonction de la luminosité de la pièce. La luminosité d'une pièce pourrait même être gérée en jouant sur les éclairages artificiels à l'aide de variateurs de lumière et sur l'éclairage naturel en orientant automatiquement les lames des stores. Le contrôle automatique des stores ne sert pas qu'au confort des usagers du bâtiment. Cela permet de réaliser des économies de chauffage et de climatisation. Couplés à des capteurs solaires à l'extérieur du bâtiment, les stores pourront, été comme hiver, servir de régulateur thermique. Ils pourront s'ouvrir automatiquement l'hiver lorsque la façade est ensoleillée et descendre à la tombée du jour. En revanche, pendant l'été, ils descendront pour protéger le bâtiment des rayonnements solaires. Dans un bureau, un occupant peut avoir à sa disposition un boîtier qui lui permet de régler le nombre de lux et la température qu'il désire. Les stores, l'éclairage et le chauffage se configurent alors automatiquement en fonction de ces paramètres. Ensuite, dès que la personne quitte son bureau, tous les équipements se placent dans les conditions d'économie maximales.

Un manque de connaissances

Le manque de connaissances des interlocuteurs et utilisateurs des systèmes freinent le développement des systèmes de Gestion Technique du Bâtiment (GTB ou BMS en anglais pour Building Management System). Pourtant les technologies ont évolué pour en faciliter l'accès et l'utilisation du plus grand nombre. La configuration logicielle à partir d'interface ergonomique à pris le pas sur les aspects matériels et les automatismes. L’outil de supervision et d’exploitation est à même d'intégrer différents protocoles de communication et de répondre aux exigences des différents lots techniques (chauffage, climatisation, électricité, eau, gaz, ventilation, contrôle d'accès, etc).

Certains maîtres d’ouvrage ne connaissent pas suffisamment les atouts de la GTB alors que ceux qui vont exploiter le bâtiment ne sont pas toujours informés de ce que la GTB peut leur apporter en termes de confort et d’optimisation des ressources techniques des installations. De plus, l'installation d'un système de GTB implique l'achat de matériels spécifiques et le déploiement d'un réseau de communication dédié qui conduisent à un surcoût lors de la construction d'un édifice. Ce qui arrête plus d’un promoteur. Pourtant, selon les spécialistes du domaine, la GTB permet de faire des économies lors de l’exploitation du bâtiment qui compensent largement la plus-value de l’installation GTB. Mais la plupart du temps les entreprises qui sont chargées de construire un bâtiment ne sont pas celles qui vont utiliser le bâtiment et donc tirer parti de la solution de GTB.

Même lorsque les maîtres d’ouvrage sont conscients de l’utilité de la mise en place d’un système de GTB, ce ne sont pas pour autant toujours des spécialistes du domaine. Ils doivent souvent faire appel à un bureau d’étude technique pour définir le cahier des charges, sélectionner les équipements, concevoir l'architecture de pilotage et déployer les équipements et les systèmes de GTB dans les meilleures conditions. Les architectes, les bureaux d’étude, les installateurs ne sont pas non plus toujours des spécialistes de la GTB qui élève la technicité du bâtiment. Il existe en France bien entendu des bureaux d’études compétents en la matière, alors que d'autres ayant peu d'expertise dans le domaine laissent le soin au fournisseur de systèmes de GTB de leur fournir une solution toute faite. Les bureaux d’études et les entreprises qui ne maîtrisent pas parfaitement ces équipements perdent alors en autonomie par rapport à leur fournisseur.

Une vision sur le long terme

L’installation d'un système de GTB doit reposer sur les choix stratégiques des responsables en charge de l’exploitation du bâtiment. Le système de GTB doit être exploité conformément aux besoins du bâtiment et être maintenu en état de fonctionnement optimal tout au long de la vie du bâtiment. Il doit en outre faire preuve d’évolutivité afin de prendre en compte les changements de besoin des occupants.

La GTB souffre aussi du conservatisme des acteurs du bâtiment qui n’est pas réputé pour évoluer rapidement et d'intégrer les nouvelles technologies dans des édifices qui sont construits pour être utilisés durant plusieurs dizaines d'années. Les automatismes sont pour eux des technologies qui ne sont pas leur cœur de métier et qu’ils doivent donc apprendre à maîtriser.

Les spécifications fonctionnelles doivent être définies précisément dès la phase de conception et les conditions d’exploitation bien déterminées. Pour éviter que des dérives ne surviennent au fil du temps en phase d’exploitation, il faut que la prise en main de la solution soit à la portée de ces utilisateurs qui doivent être préalablement impliqués et suffisamment formés. Personne ne peut penser l’organisation de la GTB à la place de l'utilisateur du bâtiment.

Si les occupants du bâtiment sont associés à la démarche lors du déploiement d'un système de GTB, ils seront plus impliqués, et le potentiel d'économies lors de l'exploitation du bâtiment sera encore plus important. Un système de GTB ne peut être à lui seul la source d’économies. Il doit s’inscrire dans une démarche globale d’optimisation de l’exploitation, impliquant l’ensemble des acteurs (propriétaire, gestionnaire, occupants, entreprises d’exploitation/maintenance).

Le bon fonctionnement et la pérennité d'un système et le GTB seront assurés par la mise en œuvre de matériel correspondant aux besoins des utilisateurs. Il faut également envisager des procédures de contrôle de la qualité de l’installation implique et des mises à jour matérielles et logicielles au fil du temps. Ceci réclame des ressources humaines chargées d'y veiller.

L'installation et l'utilisation d'un système de gestion technique du bâtiment (GTB) sont loin d'être encore généralisées. Pourtant sans GTB, difficile de connaître la consommation énergétique des différents équipements techniques d'un bâtiment et donc de les piloter afin d'optimiser l'efficacité énergétique de l'établissement. D'ici le 1er janvier 2025, peu de bâtiments tertiaires pourront échapper à la GTB. Le décret BACS (Building Automation & Control Systems) qui a été publié au Journal Officiel le 21 juillet 2020 impose d’équiper, d’ici le 1er janvier 2025, tous les bâtiments tertiaires non-résidentiels neufs et existants d’un système d’automatisation et de contrôle. L'installation d'un système de GTB constitue ainsi l’un des moyens pour permettre aux bâtiments d’atteindre les objectifs fixés par l'obligation réglementaire Éco Énergie Tertiaire qui engage les acteurs du tertiaire vers la sobriété énergétique. Issue du décret tertiaire, une réduction progressive de la consommation d’énergie des établissements abritant des activités tertiaires du secteur public ou du secteur privé est imposée afin de lutter contre le changement climatique. L'objectif est de parvenir à une réduction des consommations d’énergie finale de l’ensemble du parc tertiaire d’au moins 40% en 2030, 50% en 2040 et 60% en 2050.

Bien entendu les objectifs de réduction d'énergie fixés par l'obligation réglementaire Éco Énergie Tertiaire ne reposent pas sur la seule installation d'un système d’automatisation et de contrôle de bâtiments. Ils pourront être atteints en jouant également sur d'autres leviers telles que la rénovation des bâtiments par leur isolation notamment, et en sensibilisant leurs occupants à adopter un comportement approprié. Les objectifs de réduction de la consommation énergétique peuvent en outre être modulés en fonction des contraintes techniques, architecturales ou patrimoniales, d’un changement de l’activité exercée dans ces bâtiments ou du volume de cette activité, et des coûts manifestement disproportionnés des actions par rapport aux avantages attendus sur les consommations d’énergie.

Le décret BACS concerne les bâtiments tertiaires neufs si leur permis de construire est déposé un an après la publication du décret, soit à partir du 21 juillet 2021. Il s'adresse également aux bâtiments tertiaires existants équipés d’un système de climatisation ou de chauffage d’une puissance nominale supérieure à 290 kW, combiné ou non avec un système de ventilation. Cependant, si des contraintes techniques et économiques ne permettent pas l'installation d'un système GTB, le propriétaire du bâtiment devra notamment réaliser une étude démontrant que sa mise en place n’est pas réalisable avec un temps de retour sur investissement inférieur à six ans.

L'installation d'un système de GTB dans un bâtiment neuf ne devrait pas poser de problématique technique puisque de nombreuses solutions sont déjà disponibles et opérationnelles sur le marché. Certes, elle renchérira quelque peu le coût du bâtiment. Elle nécessite en effet l'installation d'équipements de régulation thermique (capteurs, thermostats, etc.) qui sont reliés à un bus de terrain sur lequel ils s'échangent les informations nécessaires à ajuster la température du bâtiment. Ainsi, l'exploitant du bâtiment peut optimiser depuis un poste de contrôle centralisé le chauffage et la climatisation du bâtiment zone par zone en fonction des horaires d'occupation des lieux. Et à tout moment, il peut envoyer à travers le réseau les nouvelles températures de consigne.

Pour les bâtiments existants, l'affaire est bien différente. Outre les coûts liés à l'investissement en matériels et logiciels, s'ajoutent ceux liés aux travaux d'installation qui peuvent peser lourds dans la facture. La mise en place de capteurs, de détecteurs et autres régulateurs ainsi qu'un réseau de câblage permettant leur communication vers un système de contrôle centralisé est évidemment plus coûteuse et plus complexe dès lors que l'infrastructure technique n'avait pas été envisagée dès la conception de l'établissement.

Heureusement, les technologies de communication sans fil et de l'IoT peuvent aujourd'hui réduire tant les difficultés d'installation que leurs coûts. La maturité des technologies de transmission sans fil telles que Wi-Fi, ZigBee ou Z-Wave, un protocole radio conçu pour la domotique, rendent possibles l'installation de détecteurs, régulateurs, afficheurs, prises et autres contrôleurs, alors que les progrès de l'électronique dédiée à l'IoT permettent à de nombreux de ces appareils d'être alimentés par piles. Ainsi, leur installation n'exige pas de réaliser de saignées dans les murs pour mettre en place des liaisons de communication par bus et des câbles d'alimentation. "Ces solutions rendent possible le déploiement d'un système de GTB léger et simplifié au maximum", observe Marion Crozet, responsable communication de Smart & Connective, entreprise française créée en 2016 pour répondre à une demande grandissante en matière d’économie d’énergie.

Smart & Connective qui propose désormais une solution pour piloter les appareils énergivores d’un bâtiment tertiaire. Sa solution combine des objets connectés sans fil (détecteurs, capteurs, thermostats, lecteurs de consommations, interrupteurs, etc.) et un système de contrôle qui envoie les données récoltées sur le Cloud, les analyse par des techniques d'intelligence artificielle et commande les mesures correctives. L'exploitant dispose ainsi de l'ensemble des informations liées au fonctionnement de son bâtiment depuis une interface logicielle centralisée. Il peut y établir des scénarios d'usage (chauffage, climatisation, éclairage, etc.), surveiller les dépenses et les économies énergétiques et planifier les interventions de maintenance et d'entretien des équipements. Depuis un tableau de bord personnalisable, il peut gérer ses alertes et analyser les données depuis une interface ergonomique. Une application mobile permet également de recevoir des alertes et de paramétrer le système depuis un smartphone. Il est possible de mettre à disposition d'équipes dédiées une application mobile spécifique via laquelle elles recevront des alertes ciblées à leur périmètre d'intervention. "Notre solution a été conçue afin d'être installée simplement et sans programmation par des intégrateurs et pour être prise en main sans formation technique par des utilisateurs non spécialistes du domaine. Elle permet ainsi aux exploitants des bâtiments existants d'assurer leur transition énergétique et d'économiser de l’énergie." précise Marion Crozet.