Économisez de l'énergie et soulagez le réseau électrique en un clic grâce au thermostat de votre maison

Megan Pell¹ est analyste financière. Elle habite Grand Rapids, dans le Michigan, et ne s'était jamais particulièrement intéressée au fonctionnement du réseau électrique jusqu'au jour où elle a reçu un courrier de son fournisseur d'électricité, au début de l'année 2021, lui proposant de participer à l'initiative Smart Thermostat Program. Le but de ce programme est d'autoriser son fournisseur d'énergie à augmenter de quelques degrés la température réglée sur son thermostat Nest pendant quelques heures lors des journées les plus chaudes de l'année, pour faire face aux pics de consommation d'énergie associés. Dans le secteur de l'énergie, ce processus est appelé "réaction à la demande". L'effet cumulatif permet aux fournisseurs de stabiliser le réseau électrique et leur évite de faire fonctionner des centrales électriques chères et souvent plus polluantes lorsque la demande est au plus haut.

"Pour moi, ce n'était qu'un petit geste simple que je pouvais faire pour l'environnement. Nous n'avons pas d'autre planète, après tout, et cela me semblait être une bonne idée", se souvient Megan Pell.

Alors qu'un nombre croissant de systèmes de chauffage et de climatisation, de véhicules et d'usines se convertissent à l'alimentation électrique afin de combattre le changement climatique, les prévisions anticipent une augmentation de la demande mondiale en électricité pouvant atteindre 75 % d'ici 2050. D'ici 2030, les États-Unis devront suffisamment augmenter leur capacité de production d'électricité afin de pouvoir fournir plus de 200 GW supplémentaires lors des pics de demande. C'est l'équivalent de plus de 490 millions de panneaux photovoltaïques ou d'environ 62 000 éoliennes de puissance industrielle.

Une grande partie de cette capacité de production supplémentaire devrait provenir de sources renouvelables, comme l'énergie éolienne ou solaire. Intermittente, la disponibilité de ces sources peut fluctuer, ce qui permet difficilement aux fournisseurs d'énergie de compter dessus en période de pic de consommation. Les fournisseurs d'électricité doivent aussi composer avec des conditions météorologiques plus extrêmes. Les pics de demande intenses engendrés par les hivers rudes et les étés caniculaires peuvent surcharger le réseau et provoquer des pannes de courant.

Ces défis incitent de plus en plus de fournisseurs à mettre en place des initiatives d'effacement de la consommation pour réduire les pics et les coûts, souvent grâce aux thermostats connectés. Le département de l'Énergie des États-Unis a lancé un "appel urgent" à accélérer ce déploiement et invité les fournisseurs d'énergie et les acteurs du secteur privé à simplifier le processus d'adhésion et à proposer des ristournes afin d'attirer les consommateurs.

L'impact de plus d'un million d'adhésions actives au programme Primes en heures de pointe de Nest

Fin 2023, plus de 110 fournisseurs d'énergie aux États-Unis et au Canada s'étaient associés à Google Nest pour proposer des solutions d'effacement de la consommation pratiques à plus d'un million de clients activement inscrits au programme Primes en heures de pointe de Nest pour l'été et l'hiver. Conscients des bénéfices à long terme des initiatives d'effacement de la consommation, la plupart de ces fournisseurs offrent des ristournes ou des avantages afin d'inciter leurs clients à s'inscrire et à maintenir leur participation aux programmes.

En 2022, lorsque le réseau électrique californien a montré ses limites en pleine canicule, les utilisateurs locaux ont accepté de restreindre leur consommation, ce qui a permis d'éviter le recours au délestage électrique ou l'arrêt complet du réseau. Les participants au programme Primes en heures de pointe ont fait leur part, contribuant à soulager le réseau de l'État à hauteur de 75 MW lors des pics, ce qui équivaut à l'alimentation de 7,5 millions d'ampoules LED.

Même en dehors de ce programme, les thermostats Nest ont aidé leurs propriétaires à économiser plus de 113 milliards de kWh d'électricité au total entre 2011 et 2022², soit plus du double de la consommation annuelle totale du Portugal³. Google a aussi développé une nouvelle procédure, qui permet de réduire temporairement la consommation d'énergie de ses centres de données mondiaux lorsque les réseaux électriques locaux sont confrontés à une charge importante, en décalant ou en déléguant à d'autres sites certaines opérations non urgentes.

Megan Pell, qui participe depuis trois étés au programme de réponse à la demande de son fournisseur d'énergie basé dans le Michigan, Consumers Energy, est convaincue que c'est une réussite. Un jour à l'avance, son thermostat l'informe qu'un pic de consommation est prévu et commence automatiquement à préclimatiser sa maison quelques heures plus tôt. Ensuite, pendant le pic, la température de son thermostat Nest peut être augmentée de 2,2 degrés Celsius maximum. Megan Pell affirme ne jamais avoir été gênée par la température, malgré une moyenne de trois événements par été depuis son inscription au programme. En cas d'inconfort, les clients Google Nest peuvent ajuster la température à tout moment.

L'expérience de Megan Pell fait écho à celle de Mark Hackbarth¹, enseignant à Midland, dans le Michigan, qui a rejoint le programme de Consumers Energy afin de réaliser des économies d'énergie et de contribuer à éviter les pannes de courant. Pour Mark Hackbarth, une prise de contrôle de son thermostat par son fournisseur d'énergie pendant quelques heures semble "raisonnable". Lui et sa famille l'ont à peine remarquée.

Son témoignage concorde avec les résultats d'une enquête à grande échelle menée par Google en mai 2023 auprès de plus de 3 700 propriétaires de thermostats intelligents aux États-Unis et au Canada. Selon cette enquête, les clients potentiels s'attendent souvent à des événements de réponse à la demande plus fréquents, avec des ajustements de température plus importants que dans la réalité.

Pour inciter les clients à adhérer au programme, Consumers Energy propose 100 $ à l'inscription et 25 $ en cartes de crédit prépayées au terme de chaque été⁴, mais Megan Pell et Mark Hackbarth affirment tous deux qu'ils continueraient de participer même sans ces avantages.

Leur opinion reflète les résultats de l'enquête de Google, qui indiquent que parmi les répondants les plus soucieux de l'environnement (qui sont une majorité parmi les propriétaires de thermostats intelligents), les avantages financiers n'ont pas d'impact sur la décision d'adhérer aux programmes de réponse à la demande. Malgré tout, seule une petite partie des propriétaires de thermostats intelligents participent actuellement à de tels programmes. 80 % des personnes interrogées au sujet d'un possible programme de réponse à la demande affirment être disposées à s'inscrire, ce qui révèle que l'opportunité de sensibiliser les publics à ces programmes et de simplifier le processus d'adhésion est largement sous-exploitée. Selon l'enquête, les points qui attirent principalement les nouveaux participants sont le fait d'avoir des proches déjà inscrits au programme, l'offre d'un minimum de 50 $ à l'inscription et la mise en avant des économies d'énergie potentielles.

Pour Megan Pell, l'adhésion au Smart Thermostat Program a été l'occasion d'en apprendre davantage sur le système énergétique et les majorations de prix souvent pratiquées par les fournisseurs pour inciter les clients à ne pas consommer d'énergie pendant les heures de pointe.

"J'ai compris que certaines activités énergivores, comme faire fonctionner un lave-linge ou un lave-vaisselle, sont une charge supplémentaire pour le réseau. Je fais désormais ces choses tôt le matin ou pendant la nuit. C'est quelque chose dont je n'avais pas du tout conscience avant de participer à ce programme", explique-t-elle.

Des factures d'électricité moins élevées et une réduction des coûts pour les réseaux

Selon Consumers Energy, les clients Google Nest inscrits à son programme de réponse à la demande en 2020 ont, en moyenne, économisé 0,9 kW par événement⁵. Ce chiffre inclut les périodes de climatisation automatique du thermostat avant et après le pic. Il correspond à ceux obtenus par cinq autres fournisseurs d'énergie américains entre 2020 et 2022, ce qui donne une économie moyenne de 1,06 kW par événement⁶.

Les thermostats intelligents, véhicules électriques, appareils électroménagers, batteries, panneaux solaires et autres ressources énergétiques distribuées sont souvent désignés comme étant les composants d'une "centrale électrique virtuelle" pouvant être gérée à distance pour répondre aux besoins du réseau. Selon les prévisions, les centrales électriques virtuelles sont appelées à réduire les pics de consommation à hauteur de 60 GW d'ici 2030 et potentiellement de 200 GW d'ici 2050, soit l'équivalent de toute la capacité de production électrique du Brésil en 2023, à peu de choses près.

On estime que les centrales électriques virtuelles pourraient contribuer à réduire de 17 milliards de dollars les dépenses annuelles du secteur de l'énergie aux États-Unis en 2030. En investissant dans des centrales électriques virtuelles, les fournisseurs d'énergie peuvent se doter de ressources adéquates à seulement 40 % du coût net d'une centrale fonctionnant au gaz, et 60 % du coût net d'une batterie.

Les consommateurs profitent déjà de ces économies.

Basée en Caroline du Nord, l'entreprise Duke Energy alimente 8,2 millions de foyers dans cet État ainsi qu'en Caroline du Sud, en Floride, dans l'Indiana, dans l'Ohio et au Kentucky. Elle affirme que pour chaque dollar investi dans un programme d'effacement de la consommation, ses clients peuvent attendre une réduction de 2 à 3 $ sur leurs factures.

"En incitant davantage de gens à participer à nos programmes d'effacement de la consommation, nous pouvons éviter la construction de ressources classiques considérablement plus chères, maintenir la stabilité du réseau lors d'éventuelles situations d'urgence, et proposer une électricité meilleur marché à tous les consommateurs connectés", déclare Lon Huber, vice-président principal Tarification et solutions client chez Duke Energy.

Les programmes d'effacement de la consommation de Duke Energy visent principalement à équilibrer la demande pendant les pics hivernaux, car la proportion de sa clientèle qui utilise de l'électricité pour se chauffer est plus importante que chez d'autres fournisseurs. Duke Energy a lancé ses premiers programmes d'effacement de la consommation il y a plus de 40 ans et gère aujourd'hui plus d'un million d'appareils connectés, dont 93 000 thermostats. Selon Lon Huber, la part des thermostats augmente rapidement depuis leur arrivée sur le marché il y a environ quatre ans, et le fournisseur y voit un fort potentiel de croissance. Dotée d'une capacité de production de 50 GW, Duke Energy estime que les programmes d'effacement de la consommation peuvent contribuer à réduire de 2 400 MW la production nécessaire cet hiver.

"Les consommateurs sont de plus en plus sensibilisés aux difficultés rencontrées par le réseau", explique Lon Huber. "Les fournisseurs d'énergie s'appuient sur des partenaires tels que Nest pour faciliter l'inscription des clients et les informer des pics à venir."

Favoriser la réduction des émissions et économiser des milliards de dollars

Les fournisseurs de thermostat intelligent comme Google Nest communiquent les événements liés aux heures de pointe directement aux consommateurs. De leur côté, les fournisseurs d'énergie font généralement appel à des entreprises qui les aident à gérer des centrales électriques virtuelles afin de mettre en place des événements de réponse à la demande. Ces entreprises servent d'intermédiaire entre les fournisseurs d'énergie et les fournisseurs d'appareils connectés, afin de regrouper et de simplifier la gestion de millions d'utilisateurs finaux.

Améliorer la couverture et l'échelle des programmes de réponse à la demande résidentielle peut également présenter des avantages plus importants sur le plan environnemental. En effet, les bâtiments d'habitation et la consommation d'électricité des particuliers représentent 19 % des émissions de carbone liées à l'énergie aux États-Unis.

Pour gérer les pics de consommation, les fournisseurs d'électricité se tournent souvent vers des centrales à combustible fossile, comme le charbon ou le gaz, car celles-ci peuvent rapidement augmenter leur niveau de production. Aux États-Unis, les deux tiers de ces centrales à combustible fossile qui polluent l'air sont situées à proximité de communautés ayant une proportion de ménages à faibles revenus supérieure à la moyenne américaine. Par conséquent, des programmes de réponse aux pics de consommation pourraient aussi s'avérer bénéfiques en termes d'équité et de justice climatique.

Décaler la demande des heures pleines vers les heures creuses, pendant lesquelles des sources d'énergie éolienne, solaire ou nucléaire sont utilisées, peut renforcer l'attractivité des investissements dans les énergies décarbonées. S'il est compliqué de mesurer avec précision les réductions d'émissions engendrées par les programmes de réponse à la demande, une étude de 2023 a évalué à 20 milliards de dollars sur 10 ans la valeur sociétale ajoutée d'une centrale électrique virtuelle de 60 GW, en attribuant une valeur monétaire au gain de résilience et aux émissions de gaz à effet de serre ainsi évitées.

Les propriétaires de thermostat Nest qui résident aux États-Unis continentaux et souhaitent davantage réduire leur impact environnemental peuvent activer la fonctionnalité Energy Shift⁷ du programme Nest Renew, qui prévoit les émissions du réseau électrique local et identifie des opportunités d'utiliser une énergie plus propre en décalant légèrement les horaires de chauffage ou de climatisation. Les petits gestes font les grands changements. En décembre 2022, Google estimait que la fonctionnalité Energy Shift avait déjà aidé les utilisateurs de Nest Renew⁸ à consommer en priorité de l'énergie plus propre pendant plus de 110 millions d'heures.

Pour Lon Huber de chez Duke Energy, les programmes de réponse à la demande actuels n'en sont qu'à leurs balbutiements. Le fournisseur d'énergie travaille actuellement sur des programmes pilotes destinés à développer la réponse à la demande, entre autres par le biais d'optimisations quotidiennes. Selon lui, "des ajustements quotidiens d'un degré voire d'un demi-degré seulement ne gênent pas le consommateur, mais leur impact cumulé peut être énorme".