Verdissement du MIT

Steven Amanti a passé une bonne partie de sa dernière année au MIT à espionner ses camarades étudiants et chercheurs. De novembre 2005 à avril 2006, pendant la journée et à des heures impaires de la nuit, il a effectué d'innombrables visites au bâtiment 18, qui abrite 40 laboratoires de chimie. Il a scruté ces laboratoires, pris des photographies en accéléré et pris des notes, enregistrant un comportement qu'il qualifierait plus tard d'excessif, d'irresponsable et même de dangereux.

Toujours allumé Les codes de sécurité exigent que les couloirs du bâtiment 18 restent allumés 24 heures sur 24.

Dans le cadre de sa thèse de licence en génie mécanique, Amanti documentait la manière dont l'énergie était gaspillée dans le bâtiment, l'un des plus gros consommateurs d'énergie du campus. Sur la base de ses observations, il a estimé que le MIT gaspillait jusqu'à 350 000 $ par an en chauffage, refroidissement et électricité dont il n'avait pas besoin, juste pour ce seul bâtiment. Et, dit-il, l'Institut pourrait arrêter ce gaspillage en prenant des mesures qui ne coûteraient presque rien.

Les enquêtes d'Amanti coïncidaient avec le début de la MIT Energy Initiative (MITEI), un effort majeur pour promouvoir la recherche et l'éducation en matière d'énergie à l'Institut. Lorsque la présidente Susan Hockfield a discuté de l'initiative en novembre 2005, elle a déclaré qu'en plus d'engendrer des technologies énergétiques innovantes et respectueuses de l'environnement, elle visait également à inspirer un changement dans la façon dont l'Institut lui-même utilise les ressources : j'espère vraiment que nous dirigerons également par l'exemple et … modéliser les pratiques énergétiques durables sur notre campus.

Depuis lors, le MIT a pris des mesures pour que cela se produise. Les nouveaux bâtiments construits sur le campus ont été conçus pour être plus écoénergétiques que les bâtiments conventionnels. Et les professeurs, le personnel et les étudiants travaillant sur plusieurs projets différents ont découvert des équipements et des pratiques de gaspillage d'énergie sur le campus qui pourraient s'élever à des millions de dollars par an. Un groupe d'étudiants de la Sloan School of Management, par exemple, a travaillé avec le département des installations pour identifier des projets d'économie d'énergie d'un coût de 14 millions de dollars qui pourraient être amortis en moins de trois ans. Déjà, un investissement de 765 000 $ dans un projet de deux ans permet à l'Institut d'économiser environ 800 000 $ par année.

Multimédia

• Un panel d'experts du MIT discute des technologies d'efficacité énergétique lors de la Semaine de l'avenir de l'énergie.

• Lors de la conférence 2009 du MIT sur l'énergie, un panel d'experts discute de la « gestion de la demande ».

Pour lancer de tels projets, l'année dernière, la vice-présidente exécutive et trésorière du MIT, Theresa Stone, a mis en place un nouveau fonds d'investissement pour la conservation de l'énergie du MIT avec un capital d'amorçage de 500 000 $. Les anciens ont depuis versé 1,5 million de dollars supplémentaires au MITEI Campus Energy Task Force Fund, y compris un don de 1 million de dollars de Jeffrey Silverman '68 établissant le Silverman Evergreen Energy Fund. L'argent économisé grâce aux projets financés par ces fonds sera réinvesti dans d'autres projets de conservation.

Mais gérer un institut de recherche de manière durable n'est pas une tâche facile. Les laboratoires consomment beaucoup plus d'énergie que les bureaux ou les résidences, en grande partie par nécessité. De plus, de nombreuses entreprises vertes sont impatientes de vendre des solutions qui pourraient ne pas vraiment fonctionner. L'un des obstacles institutionnels à l'amélioration de l'efficacité énergétique est l'incertitude perçue concernant les coûts et les économies, déclare Steven Lanou, MCP '98, directeur adjoint de la durabilité environnementale au bureau du siège de l'environnement, de la santé et de la sécurité du MIT et membre du MIT Energy. Groupe de travail sur l'énergie du campus de l'Initiative. Les promesses de conservation sont souvent sceptiques. Quel sera vraiment le rapport qualité-prix pour mon argent ?

Porcs d'énergie

Les photos en accéléré d'Amanti montraient les lumières du bâtiment 18 allumées en permanence jour et nuit. Les lectures des capteurs de lumière ont révélé que le bâtiment était deux fois plus lumineux à l'intérieur que les autres sur le campus. Mais les lumières, a calculé Amanti, ne représentaient que 5 % de l'électricité utilisée. Le principal problème - la raison pour laquelle ce bâtiment consommait plus d'énergie par pied carré que tout autre bâtiment du MIT sauf un - était qu'il avait 200 hottes, et les chercheurs les laissaient ouvertes lorsqu'elles n'étaient pas utilisées.

Les hottes sont l'un des plus gros consommateurs d'énergie sur le campus, déclare Stone, qui copréside le groupe de travail sur l'énergie du campus. Ces appareils en forme d'armoire utilisent des ventilateurs pour évacuer l'air de l'environnement confiné du laboratoire, transportant des traces de produits chimiques toxiques à l'extérieur afin que les chercheurs ne les inhalent pas pendant leurs expériences. Mais ce faisant, ils tirent constamment de l'air chauffé ou refroidi hors du bâtiment. C'est comme laisser votre porte d'entrée et votre porte de derrière ouvertes toute la journée, explique Peter Cooper '70, responsable de l'ingénierie durable et de la planification des services publics au département des installations du MIT. Selon une estimation, dit-il, une seule hotte représente généralement autant de consommation d'énergie annuelle que deux maisons - et il y en a plus d'un millier sur le campus.

Les hottes conventionnelles pompent l'air au même débit, que leurs portes vitrées soient ouvertes ou fermées. Les hottes du bâtiment 18, cependant, avaient été choisies parce que le débit d'air diminue des deux tiers lorsque les portes sont fermées, ce qui les rend potentiellement beaucoup moins inutiles. Mais les chercheurs déjouaient le but. Amanti a découvert que certains avaient même désactivé les alarmes conçues pour sonner chaque fois que les hottes utilisaient plus d'énergie que nécessaire, bloquant le bouton de sourdine avec des bouts de papier, a-t-il écrit.

Les chefs de laboratoire étaient peu incités à obliger les chercheurs à fermer les capots. Les départements et les chercheurs individuels ne paient pas leurs propres factures d'énergie, dit Cooper ; l'Institut dans son ensemble paie la note. Exiger de chaque laboratoire qu'il paie pour l'énergie qu'il utilise pourrait motiver les chercheurs à économiser, dit-il, mais il est peu probable que la politique actuelle change – pour une bonne raison. Au MIT, il est facile pour, disons, un biologiste et un ingénieur électricien de former ensemble un laboratoire. Bien que l'attribution de l'espace puisse parfois être un défi, ils n'ont pas à se soucier du fait que le département de biologie et le département d'électrotechnique combinent leurs budgets, dit-il. Lorsque nous nous comparons à d'autres universités de recherche, une grande partie de notre succès est due au fait que nous avons des corridors interconnectés et un système financier commun.

Il s'avère que les gens peuvent être persuadés de changer même sans incitation financière. Après que le chef du département de chimie, Tim Swager, ait appris à quel point son bâtiment était gourmand en énergie, il a décidé de faire quelque chose et a cherché un moyen de révéler les laboratoires les plus gaspilleurs. Chaque hotte est équipée de capteurs qui enregistrent la distance d'ouverture des portes et transmettent cette information à un système qui contrôle le flux d'air. Swager a trouvé 12 000 $ pour développer un programme permettant de convertir les données en rapports comparant tous les laboratoires, identifiant les plus performants et exposant les pires contrevenants.

Les rapports ont incité les chercheurs à fermer les capots plus souvent ; cela a permis à l'Institut d'économiser environ 24 000 $ par an et de réduire les émissions de dioxyde de carbone de 93 tonnes dans le seul bâtiment 18, selon une analyse réalisée par Dan Wesolowski, PhD ‘08. Même si le département de chimie lui-même n'a pas économisé d'argent, dit Cooper, le simple fait de leur donner des informations a changé leur comportement.

D'autres efforts pour changer les comportements sont en cours. Wesolowski, avec d'autres étudiants, a également étudié l'utilisation des portes tournantes dans le bâtiment médical du MIT (E25). En moyenne, huit fois plus d'air est échangé lorsqu'une porte battante est ouverte par rapport à une porte tournante. C'est huit fois plus d'air qui doit être chauffé ou refroidi, ont écrit les étudiants. Ils ont conclu que si tout le monde utilisait les portes tournantes de l'E25, le MIT économiserait près de 7 500 $ en gaz naturel chaque année, soit assez pour chauffer cinq maisons, et éliminerait près de 15 tonnes d'émissions de dioxyde de carbone. Leur étude a également révélé que de nombreuses personnes évitent les portes tournantes parce qu'elles sont difficiles à pousser, un problème que le service des installations a depuis résolu en les entretenant et en s'assurant qu'elles fonctionnent correctement. Et Wesolowski a découvert que davantage de personnes utilisent ces portes si des panneaux expliquent pourquoi c'est une bonne idée et les remercient de l'avoir fait. Des versions permanentes de ces panneaux sont maintenant installées sur le campus.

Mais amener les gens à changer leur comportement ne suffit pas. Les 24 000 $ par an économisés en fermant les hottes, par exemple, représentaient moins de 7 % de ce qu'Amanti avait prévu ; selon les données recueillies par Swager, les capots n'étaient pas laissés ouverts aussi grand qu'Amanti l'avait estimé, donc beaucoup moins d'énergie était gaspillée. Un autre problème avec les changements de comportement est qu'ils ne durent pas toujours. Une étude récente des bâtiments écoénergétiques par le National Renewable Energy Laboratory à Golden, CO, a montré que les mauvaises habitudes peuvent revenir rapidement : les personnes qui ont d'abord répondu aux invites pour économiser l'énergie dans un nouveau bâtiment les ignoraient après un an. À tout le moins, maintenir les économies de comportement nécessite une formation continue, dit Lanou, en particulier dans un endroit comme le MIT, où de nouvelles personnes arrivent constamment.

Là où les gens échouent, cependant, la technologie peut parfois aider. Et même des résultats décevants peuvent être instructifs s'ils fournissent suffisamment de données. Des informations aussi détaillées ont été absentes de nombreux efforts visant à améliorer l'efficacité énergétique, car les mesures nécessaires peuvent être coûteuses ; mais le MIT a décidé de se concentrer sur la quantification minutieuse des changements dans l'utilisation de l'énergie pour déterminer quelles approches fonctionnent et dans quelle mesure.

Pièges à vapeur et inondations de données

La plupart des projets du MIT visant à réduire la consommation d'énergie ne remporteront aucun prix pour l'innovation. Les lumières des courts de squash duPont brûlaient 24 heures sur 24. Plus rien : les détecteurs de présence les éteignent désormais lorsque personne ne joue. De même, l'installation de détecteurs de présence dans la patinoire et le remplacement des anciennes lampes à décharge à haute intensité par des lampes fluorescentes ont permis de diviser par deux la consommation d'électricité pour l'éclairage, tout en rendant la patinoire deux fois plus lumineuse. Pourtant, ces changements et des changements similaires à apporter sur le campus devraient être amortis dans un peu plus de deux ans.

Le service des installations suit rigoureusement les résultats de ces projets pour vérifier ceux qui rapportent. Pour tester une mesure d'économie d'énergie, ils ont remplacé les purgeurs de vapeur défectueux dans l'un des deux dortoirs presque identiques du campus Est. Des purgeurs fonctionnant correctement maintiennent la vapeur dans les radiateurs jusqu'à ce qu'elle se condense et dégage sa chaleur ; quand ils ne fonctionnent pas, la vapeur passe en continu. Non seulement cela rend le radiateur trop chaud, mais cela gaspille également une grande partie de l'énergie de la vapeur. Le remplacement des pièges à l'échelle du campus a permis d'économiser environ 800 000 $ en un an, soit plus que la facture de 765 000 $ pour les réparations et les capteurs installés pour surveiller le système. Bien que l'installation des capteurs du campus de l'Est ait coûté plus cher que la réparation des purgeurs de vapeur des deux dortoirs, Cooper considère que l'argent est bien dépensé puisqu'il a permis au MIT de quantifier les économies.

Certains des changements reposent sur des technologies plus avancées, au moins pour identifier les problèmes qui doivent être résolus. Les grands bâtiments du MIT utilisent des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation très différents de ceux utilisés dans les maisons. D'énormes centrales de traitement d'air régulent la température avec des serpentins à vapeur pour le chauffage et des serpentins à eau glacée pour le refroidissement, tous deux alimentés par la centrale de cogénération du MIT, qui capte la chaleur résiduelle de la production d'électricité pour produire de la vapeur qui peut être utilisée directement ou exploitée pour entraîner des compresseurs et des réfrigérateurs. Ces appareils de traitement de l'air sont souvent contrôlés par un système qui enregistre des données telles que les températures et les débits d'air et d'eau, et les différences de pression dans les conduits.

Le système de contrôle du MIT, l'un des plus importants en Amérique du Nord, collecte et envoie environ 50 000 points de données toutes les 15 minutes. En règle générale, ce type d'informations n'est ni conservé ni analysé ; il est utilisé uniquement pour contrôler le traitement de l'air d'un instant à l'autre. Mais dernièrement, quelques entreprises ont commencé à mettre en place des systèmes qui traduisent les mesures enregistrées à l'origine dans des termes différents afin que certaines données puissent être archivées et analysées de manière exhaustive à l'aide de modèles informatiques et d'algorithmes conçus par des ingénieurs mécaniciens et d'autres experts. Ce type d'analyse aide les entreprises à déterminer si un bâtiment fonctionne comme il a été conçu. Ils peuvent alors identifier les problèmes et estimer combien il en coûtera pour les résoudre.

Le MIT a fait appel à l'une de ces sociétés, Cimetrics, basée à Boston, pour surveiller et analyser certains de ses bâtiments. L'entreprise a jusqu'à présent identifié des moyens d'économiser plus de 500 000 $ par an ; environ la moitié de ces projets ont été achevés. Dans le bâtiment E25, par exemple, les lectures ont révélé qu'un nouveau système conçu pour capturer une partie de la chaleur pompée hors du bâtiment par le système de ventilation ne fonctionnait pas correctement. Nos gars ont rampé dans les conduits et ont découvert qu'ils s'étaient effondrés, dit Cooper. Sans l'analyse de Cimetrics, cela n'aurait peut-être jamais été trouvé – et certainement pas assez tôt pour être réparé sous garantie.

Mais alors que la plupart des bâtiments du campus sont sur le système de contrôle du bâtiment, l'analyse de toutes les données capturées est difficile, coûteuse et presque impossible à faire à la main pour plus de 100 bâtiments sur le campus du MIT, explique Stephen Samouhos '04, SM '06, un doctorant en génie mécanique impliqué dans plusieurs projets énergétiques sur le campus. Même pour un bâtiment, l'analyse des données de contrôle est très difficile à réaliser. Samouhos parle d'expérience, ayant étudié le bâtiment des sciences et technologies de l'information (N42) pour identifier les opportunités d'économiser l'énergie. Mais quelques jours après avoir installé des capteurs dans le N42, il a trouvé des moyens de réduire la consommation d'énergie de 25 %. Une source de gaspillage : les lumières sont restées allumées toute la nuit. Si vous vous promenez dans ce bâtiment, vous ne pouvez même pas trouver où se trouvent les interrupteurs, dit-il. Il a également découvert que parce que le bâtiment a été conçu pour contenir un centre de données jamais installé, qui aurait généré beaucoup de chaleur, il dispose d'un climatiseur plus gros que ce dont il a besoin. Et même si ce climatiseur peut refroidir le bâtiment en 20 minutes environ, il est allumé quatre heures avant que quelqu'un n'arrive pour la journée. La solution est simple, dit Samouhos : il suffit de décocher une case dans le logiciel de contrôle.

Et dans le bâtiment 6C, Samouhos a découvert que les détecteurs de présence, conçus pour éteindre les lumières lorsqu'il n'y avait personne à proximité, avaient été pris pour des interrupteurs et éteints. C'est le dernier kilomètre pour terminer un projet qui nous empêche de capitaliser sur les économies prévues, explique Samouhos. L'étiquetage des commutateurs de capteurs n'est pas très difficile à faire, souligne-t-il. Il suffit d'avoir quelqu'un pour le faire.

Prendre soin de ces détails sera important dans la construction d'un nouveau campus, qui est guidé en partie par un processus appelé conception intégrée, déclare Leon Glicksman '59, PhD '64, professeur de technologie du bâtiment et de génie mécanique, qui copréside le Campus Energy Force d'intervention. Dans la conception intégrée, les mesures d'efficacité, telles que des fenêtres mieux isolées avec de meilleurs revêtements pour empêcher la chaleur d'entrer en été et en hiver, sont considérées en même temps que les systèmes de base tels que le chauffage et la climatisation. De cette façon, par exemple, un climatiseur plus petit que d'habitude peut être choisi en prévision de besoins de refroidissement inférieurs. Le nouveau bâtiment Sloan, qui, selon Glicksman, sera probablement le bâtiment le plus écoénergétique du campus, utilisera des fenêtres qui permettront d'améliorer les économies d'énergie en hiver en capturant plus d'énergie solaire tout en réduisant la quantité de chaleur perdue par les fenêtres la nuit. Mais la conception intégrée ne rapporte que si les gestionnaires de bâtiments s'assurent que les conceptions économes en énergie fonctionnent comme prévu. Ainsi, les nouveaux bâtiments seront surveillés pour confirmer les économies d'énergie.

Faire plus

Tous ces projets ne sont qu'un échantillon des travaux d'efficacité énergétique en cours au MIT. Des professeurs comme Harvey Michaels, un scientifique en efficacité énergétique au Département d'études et de planification urbaines, étudient des approches efficaces de la politique gouvernementale. Samouhos travaille avec Neal Gershenfeld, le directeur du Center for Bits and Atoms du MIT, pour développer des réseaux capables de collecter des données à moindre coût que les systèmes de contrôle des grands bâtiments – et avec des détails encore plus fins. Par exemple, chaque ampoule d'un bâtiment pourrait être surveillée séparément. Ils développent également des algorithmes pour utiliser ces informations pour faire des choses comme alerter les gestionnaires d'immeubles si les systèmes de chauffage, comme le dit Samouhos, s'écartent de leur comportement. L'étape suivante consiste à développer un logiciel qui aide les gens à décider quoi faire avec l'information. Je ne peux pas simplement dire, votre refroidisseur ne fonctionne pas, dit Samouhos. Je dois dire que votre refroidisseur gaspille 100 $ par jour et que le retour sur investissement pour vous d'avoir un gestionnaire de service est de x.

Pour toute l'activité sur le campus, cependant, beaucoup de gens pensent qu'il devrait y en avoir plus. Je ne pense pas que nous ayons vu ce que nous devrions voir en termes d'investissement, déclare Jason Jay, doctorant à Sloan et membre du groupe de travail sur l'énergie du campus. Il souligne que le service des installations a identifié des projets de renouvellement d'immobilisations d'une valeur de 1 milliard de dollars qui ont été reportés, dont plusieurs pourraient avoir un impact sur l'efficacité énergétique. Et jusqu'à présent, seuls 2 millions de dollars ont été alloués aux 14 millions de dollars de projets d'économie d'énergie que le groupe Sloan a aidé à identifier. L'argent est rare, surtout dans le climat économique actuel. Un quart de ces 2 millions de dollars provenait de fonds discrétionnaires – et aucun fonds discrétionnaire n'est disponible cette année, selon Theresa Stone.

L'approche actuelle pour collecter des fonds pour des projets d'efficacité consiste à demander aux anciens élèves et à d'autres donateurs. Mais Jay aimerait voir le MIT rechercher également des financements alternatifs. Même dans cette économie, dit-il, de nombreuses banques, par exemple, sont disposées à accorder des prêts pour des projets d'efficacité énergétique, car leurs résultats sont très fiables.

Un tel financement pourrait permettre au MIT de faire les choses ennuyeuses, comme réparer les purgeurs de vapeur et installer un éclairage fluorescent, dit Jay. Ensuite, nous pouvons tourner notre attention vers les choses intéressantes et excitantes. Il aimerait que le MIT commence à sortir les technologies du laboratoire et à les appliquer sur le campus, à la fois comme outil d'apprentissage pour les étudiants et comme source d'inspiration pour les architectes verts. Cela permettrait au MIT d'être un site de démonstration et une sorte de phare pour le reste du monde de ce à quoi ressemble le leadership en matière d'efficacité énergétique, dit-il.

Il pourrait bientôt réaliser son souhait, du moins en partie, lorsque l'espace du bâtiment du côté nord du campus sera transformé en siège du MIT-Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems. Ils vont rénover ce bâtiment et en faire une vitrine de l'efficacité énergétique, dit Glicksman. L'idée est d'en faire un terrain d'essai pour les nouvelles technologies, et de démontrer ce qui fonctionne.

En fin de compte, au-delà des économies d'argent, c'est ce que tous les projets d'efficacité énergétique du MIT sont censés faire.

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