Quelle solution énergétique convient à quel chantier? (2e partie)
De la batterie de chantier à la centrale électrique hors réseau
Dans la 1re partie, nous avons donné un aperçu de ce qui se passe exactement sur le "chantier électrique". Dans cette 2e partie, nous allons à l’essentiel. Nous présentons plusieurs scénarios de chantier courants et décrivons à chaque fois une solution possible pour faciliter la transition vers l’électrification. Attention, il n’y a pas de réponse toute faite: chaque chantier est unique. Il ne s’agit pas simplement de placer une batterie à côté d’une pelleteuse et de la recharger. Il s’agit de l’équilibre énergétique global du chantier.
Dimensionnement d’une batterie ou d’un générateur
En ce qui concerne les batteries, la puissance et la capacité doivent être considérées séparément. La puissance détermine la quantité de kW que la batterie peut fournir à un moment donné. La capacité, exprimée en kWh, détermine la durée pendant laquelle elle peut maintenir ce niveau.
Pour de brefs pics de levage, des courants de démarrage ou pour absorber une charge temporaire, une capacité relativement limitée peut suffire, à condition que la puissance de l’onduleur soit suffisante. Pour une consommation élevée de longue durée, c’est surtout la capacité de stockage qui est déterminante. Une batterie capable d’absorber un pic élevé n’est donc pas automatiquement adaptée pour alimenter une charge importante pendant des heures. À l’inverse, une batterie dotée d’une grande capacité de stockage peut être limitée dans la puissance qu’elle peut délivrer à un moment donné.
Il en va de même pour les générateurs. Un générateur doit non seulement être suffisamment puissant pour la charge, mais aussi être correctement sollicité. Un générateur surdimensionné fonctionnant pendant longtemps en sous-charge est défavorable tant sur le plan technique qu’économique. Sur les générateurs de norme Stage V, cela entraîne des pannes, car le filtre DPF s'encrasse en cas de charge prolongée inférieure à 30% de sa puissance.
C’est précisément pour cette raison que les batteries sont de plus en plus souvent utilisées comme tampon entre une charge variable sur chantier et un groupe électrogène ou un raccordement au réseau.
Quatre chantiers types
Pour bien cerner les différentes solutions, nous partons de plusieurs situations spécifiques. Pour chaque "cas d’utilisation", nous analysons l’augmentation de la demande énergétique et proposons une solution intelligente. Dans la première partie, nous avions déjà évoqué la "borne de recharge 'basique'", la recharge en courant alternatif (CA) et en courant continu (CC), ainsi que la place de recharge intelligente. Ci-dessous, nous allons nous rendre sur place et nous pencher sur plusieurs situations courantes sur les chantiers.
Baraque de chantier, caméras et mâts d’éclairage
Commençons par la cabane de chantier équipée de caméras et de mâts d’éclairage. Aujourd’hui, ce type de chantier fonctionne encore souvent avec un générateur diesel classique. Dans de nombreux cas, celui-ci fonctionne même en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, afin de répondre aux besoins énergétiques, notamment d’un mât de caméra. Cela semble être la solution la plus simple, mais ce n’est pas une solution efficace.
"Une solution hybride comprenant une petite batterie et des panneaux solaires est capable de couvrir en grande partie cette consommation", explique Brecht Maes, responsable des ventes et du développement commercial chez Locquet Power & Light. Selon lui, une telle installation peut – en fonction de la consommation, de la capacité de la batterie, du rendement photovoltaïque, etc. – fonctionner pratiquement sans générateur pendant six à sept mois par an. Le générateur sert de solution de secours, mais, dans des conditions optimales, il n’a plus besoin de fonctionner jour et nuit. Cela se traduit par une consommation de carburant réduite, un entretien limité et – ce qui n’est pas négligeable – une diminution du bruit. Une batterie est beaucoup plus silencieuse et peut continuer à alimenter certains appareils la nuit sans que le générateur ne tourne.
Vous avez également le choix entre utiliser la batterie et le générateur comme deux éléments distincts, ou opter pour une
unité hybride intégrée. Selon Pieter Willems, Business Line Manager Power and Flow chez Atlas Copco Group, cette solution est particulièrement intéressante pour la location: "Le transport, la mobilité et la commande sont simplifiés, car un seul contrôleur gère à la fois la batterie et le générateur. Le revers de la médaille, c’est qu’une telle solution intégrée est plus volumineuse et moins modulaire que des composants séparés que l’on peut combiner différemment selon les chantiers."
"Il existe toutefois des solutions tout-en-un qui permettent de passer facilement de la batterie au générateur, si nécessaire", ajoute Maes.
Assèchement de chantiers et pics de consommation
Une deuxième application courante est le drainage de puits. Les pompes requièrent une charge de base spécifique en fonction du débit, de la hauteur de refoulement et de la puissance de pompage, mais peuvent également générer des pics lors du démarrage. Auparavant, on utilisait souvent un générateur plus puissant à cette fin. Celui-ci devait pouvoir supporter le pic le plus élevé, mais fonctionnait le reste du temps en dessous de sa charge optimale.
Aujourd’hui, une batterie peut facilement absorber ces pics. La charge de base est alors fournie par le réseau ou par un générateur plus petit. La batterie prend le relais lorsque la puissance augmente brièvement. Ce principe s’appelle le "peak shaving". La batterie lisse les pics, ce qui permet de conserver un raccordement ou un générateur de plus petite taille.
"Alors qu’autrefois, un générateur de 100 ou 150 kVA fonctionnait en continu pour absorber les pics de consommation, un appareil de 30 ou 45 kVA suffit aujourd’hui dans certains cas", explique M. Maes. "La batterie fournit alors le courant supplémentaire au moment où il est nécessaire. C’est particulièrement vrai sur les chantiers comportant un système de drainage et une grue à tour."
On connaît des exemples où un raccordement au réseau de 32 A ou 63 A, associé à une batterie intelligente, suffit à alimenter un chantier complexe sans devoir produire d’énergie supplémentaire.
Le dimensionnement reste toutefois une affaire sur mesure. Un pic de démarrage de courte durée nécessite une batterie différente de celle requise pour une pompe fonctionnant à pleine puissance pendant des heures. La question n’est donc pas seulement de savoir quelle est l’amplitude du pic, mais aussi combien de temps il dure et à quelle fréquence il se reproduit.
Machines électriques sur le chantier
Dès que des engins de chantier électriques sont utilisés, la complexité augmente. La batterie doit alors non seulement absorber les pics de consommation, mais aussi fournir une capacité suffisante pour recharger efficacement les engins. On y ajoute souvent une borne de recharge ou un chargeur CC mobile. La priorité reste la même: recharger d’abord via le réseau. Si le réseau n’est pas suffisamment performant, une batterie tampon peut prendre le relais. Si cela ne suffit pas non plus, un générateur peut assurer un soutien temporaire. La différence par rapport à un chantier classique réside dans le fait que le générateur n’a plus besoin de fonctionner en continu. Il démarre lorsque le système en a besoin et s’arrête dès que la charge diminue à nouveau.
"Tant que c’est nécessaire, le générateur apporte un complément", explique M. Maes."Dès que la charge élevée disparaît, il s’arrête à nouveau." Cela nécessite une gestion intelligente. Le système d’alimentation doit savoir quand une machine doit être rechargée en priorité, quand une batterie doit prendre le relais et quand un générateur peut fonctionner de manière efficace. En charge rapide, ce n’est pas seulement la puissance de sortie qui compte, mais aussi la capacité de stockage du tampon."
Concrètement, cela signifie que le tampon de batterie doit pouvoir fournir une puissance suffisante au chargeur, mais aussi contenir suffisamment d’énergie pour soutenir efficacement ce moment de charge. Une batterie capable de fournir un seul pic de puissance de courte durée n’est pas automatiquement adaptée pour recharger plusieurs machines à la suite.
Grues à tour et grands chantiers
Les grues à tour ne nécessitent pas nécessairement une puissance continue élevée tout au long de la journée. Les pics de puissance peuvent toutefois être importants. Elles se prêtent donc à une alimentation par batterie, à condition que la batterie et l’onduleur soient correctement dimensionnés pour les pics de levage et les courants de démarrage. Sur les grands chantiers, la situation est plus complexe. Il peut y avoir plusieurs pompes (de drainage), grues, baraques de chantier, bornes de recharge et machines électriques fonctionnant simultanément. Dans ce cas, il n’est guère judicieux de vouloir faire porter toute la charge par la batterie. En général, une alimentation secteur puissante est nécessaire, ou une combinaison hybride associant réseau, générateur, batterie et gestion de l’énergie.
La batterie reste utile pour absorber les pics de consommation, limiter le temps de fonctionnement des générateurs ou alimenter silencieusement les appareils fonctionnant la nuit. Mais elle n’est pas une solution miracle. En cas de consommation élevée et continue sur une longue durée, l’énergie doit bien provenir de quelque part: du réseau, d’une production sur le chantier ou d’un générateur.
Willems considère surtout les batteries mobiles comme un système accessible, y compris pour les petits chantiers. Selon lui, une telle batterie mobile peut, en fonction de la configuration du chantier, alimenter une à deux grues ou d’autres consommateurs, en combinaison avec le réseau existant ou un générateur. Les systèmes plus importants – comme les conteneurs de batteries – sont quant à eux destinés, selon lui, à des applications industrielles, maritimes, d’infrastructure ou ferroviaires plus lourdes.
La centrale électrique hors réseau
L’application la plus complexe est ce qu’on appelle la centrale électrique hors réseau. Elle entre en jeu lors de grands travaux d’infrastructure, sur des chantiers isolés sans raccordement au réseau utilisable ou dans le cadre de projets temporaires où le raccordement disponible ne peut pas suivre les pics de consommation. Une telle centrale combine différents composants: des batteries ou des conteneurs de batteries, des générateurs, des panneaux solaires, des bornes de recharge, des tableaux de distribution et un système de gestion de l’énergie performant. Le système doit constamment établir des priorités. Lorsque le chantier démarre le matin, les grues, les pompes et les machines sont prioritaires. Les bornes de recharge pour voitures particulières ou camionnettes peuvent alors être temporairement mises en veille. Si la consommation du chantier diminue, ces véhicules peuvent à nouveau se recharger plus rapidement.
"Lorsque le chantier démarre, les travaux sont prioritaires", explique M. Maes. "Il faut alors pouvoir réduire la consommation d’électricité via les bornes de recharge pour véhicules."
Le chantier se transforme alors en une petite centrale électrique. Chaque appareil ne reçoit pas à tout moment ce dont il a besoin. L’énergie est répartie en fonction des priorités, du moment et de la puissance disponible. M. Willems y voit avant tout une approche modulaire. De grands conteneurs de batteries peuvent être déployés au centre du chantier, tandis que des batteries mobiles plus petites alimentent des consommateurs spécifiques.
Contradiction sur le chantier
Diesel et électricité
Combiner un générateur diesel avec une batterie semble à première vue contradictoire dans le cadre d’un chantier à faibles émissions. Pourtant, cette combinaison peut s’avérer judicieuse dans certaines situations. La batterie prend en charge les petits consommateurs à charge variable. Le générateur ne fonctionne que lorsqu’il y a une charge suffisante ou lorsque la batterie doit être rechargée.
"La batterie alimente les petits consommateurs", explique M. Willems. "Si un gros consommateur vient s’ajouter, le groupe électrogène peut prendre le relais. Il n’est alors utilisé que pour recharger la batterie, à charge et combustion optimales."
C’est particulièrement important pour les générateurs modernes de norme Stage V. Ceux-ci ont besoin d’une charge suffisante pour continuer à fonctionner correctement. Une sous-charge prolongée peut entraîner des problèmes tels que la formation de suie, le « wet stacking » ou l’encrassement et la saturation des systèmes de post-traitement. Une batterie permet de prendre en charge les consommateurs de faible puissance et à consommation variable, de sorte que l’alternateur fonctionne moins souvent et sous une charge plus adaptée.
Maes résume ce principe de manière concrète: "La batterie prend en charge les petites charges variables, tandis que le groupe électrogène n’intervient que lorsqu’il y a une charge suffisante pour fonctionner de manière efficace et propre."
Le HVO100 n’est pas synonyme d’absence d’émissions
Le HVO100 peut également jouer un rôle dans certains projets. Ce carburant peut réduirel’impact du CO₂ d’origine fossile sur l’ensemble du cycle de vie, en fonction de la matière première, de la certification et de la méthode de calcul. Cependant, la combustion se poursuit au niveau de l’échappement. Le HVO100 n’est donc pas synonyme de chantier sans émissions. Pour les cahiers des charges oules calculs de CO₂ basés sur le cycle de vie, le HVO100 peut toutefois jouer un rôle en tant que solution intermédiaire, surtout en combinaison avec un système de stockage par batterie et un générateur fonctionnant moins d’heures. Mais un générateur fonctionnant au HVO100 reste un moteur à combustion. Il est important de bien respecter l’ordre de priorité. Maes: "D’abord le soleil, puis le réseau et, en dernier recours seulement, le générateur."
Quelques défis à relever
Logistique, sécurité et maintenance
Les grands systèmes de batteries doivent être transportés, installés, raccordés, surveillés et utilisés correctement. Selon le type, la configuration et le mode de transport, les règles ADR ou des procédures de sécurité spécifiques peuvent s’appliquer. Cela est plus facile à organiser pour les grandes entreprises de construction que pour les petits entrepreneurs. Les acteurs de taille moyenne ne disposent pas toujours en interne des connaissances ou du personnel nécessaires pour gérer eux-mêmes les flux d’énergie, les réglages des batteries, les demandes d’alimentation sur le réseau et les stratégies de recharge. C’est pourquoi le marché s’oriente vers l’énergie en tant que service. Les fournisseurs ne se contentent plus de fournir des batteries ou des bornes de recharge, mais proposent de plus en plus souvent des services de conseil, de surveillance, de dimensionnement, de formation et d’assistance.
Les politiques et les infrastructures déterminent le rythme
Aux Pays-Bas, le marché est déjà plus avancé. En Belgique, les choses bougent surtout au niveau urbain, notamment là où les villes souhaitent éliminer les émissions des zones densément construites. M. Willems y voit un rôle clair pour les pouvoirs publics. "En Belgique notamment, les pouvoirs publics devraient apporter davantage de soutien à l’écologisation des chantiers. Peu d’exigences sont imposées et les contrôles sont rares."
L’application de la réglementation reste un point d’attention. Les exigences en matière d’émissions n’ont d’effet que s’il est clairement établi qui contrôle, comment les contrôles sont effectués et quelles normes s’appliquent. Une obligation sans contrôle n’est qu’une coquille vide. Par ailleurs, la capacité du réseau n’est pas toujours fiable. Les entrepreneurs souhaitent de plus en plus souvent utiliser le courant du réseau et des batteries, mais se heurtent à des possibilités de raccordement limitées ou à de longs délais de mise en service. C’est pourquoi les solutions hybrides resteront encore nécessaires pendant un certain temps.
Avec la collaboration d’Atlas Copco, de Locquet Power & Light et de SMT Belgium
