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Combien d'énergie solaire peut-on capter sur les façades des bâtiments?

Dernière mise à jour le 30 novembre

 

La présentation du projet en vidéo permet aide à comprendre le projet et son intérêt.

 

Chacun·e sait que les toits des bâtiments peuvent accueillir des panneaux solaires photovoltaïques pour produire de l’électricité renouvelable. La région de Genève dispose d’ailleurs d’un cadastre solaire*, à savoir une carte consultable sur internet, qui indique quelle quantité d’énergie solaire peut être captée sur le toit de quelque 40’000 bâtiments. Ce cadastre a bénéficié du savoir-faire d’ingénieur·es qui travaillent désormais sur une tâche plus difficile : estimer le potentiel solaire des façades.

Résultats du projet

Oui, il est possible de créer un cadastre des façades solaires pour la région de Genève

Prise de vue aérienne

Quartier des Bergues

Les chercheurs sont allés au bout de leur projet Vitale : ils ont montré que, sur la base de photos aériennes prises en oblique, il est possible d'estimer la quantité d'électricité renouvelable que peuvent produire les façades des bâtiments d'une ville, si on les équipe de panneaux solaires photovoltaïques. C’est une information très importante pour réussir notre transition énergétique. Ainsi, en plus du cadastre des toitures solaires, qui permet déjà d’évaluer l'ensoleillement des toits de la région de Genève, on pourra bientôt disposer d’un second cadastre : le cadastre des façades solaires, qui tient compte du rayonnement solaire indirect, et notamment du rayonnement réfléchi sur les bâtiments voisins – la source d'énergie la plus importante pour une façade solaire située en milieu urbain.

Prise de vue aérienne

Le quartier des Bergues en test

Pour développer leur méthode de traitement des photos aériennes obliques, les chercheurs se sont concentrés sur un groupe de bâtiments du centre de Genève : le quartier des Bergues, près du pont du Mont-Blanc. La première étape du travail a consisté à collecter des photos de la ville prises depuis un avion et mises à disposition par le SITG*. Ces images leur ont permis de reconstruire le quartier en 3D, avec une vue intégrale de toutes les façades, sauf lorsque le bas d'un immeuble n'est pas visible sur la photo, caché par un arbre ou à cause de l'étroitesse de la rue. Sur ce quartier virtuel, les chercheurs ont ensuite automatisé la détection des fenêtres et de certains balcons qui ne peuvent pas être équipés de panneaux solaires. Enfin, il leur fallu développer une méthode pour tenir compte des obstacles de l’architecture urbaine qui empêchent le rayonnement solaire – direct ou réfléchi – d’atteindre une façade. 

Le calcul de toutes les réflexions lumineuses entre les immeubles nécessiterait une puissance informatique énorme, d’autant que le soleil change de position dans le ciel au fil des journées et des saisons. Pour simplifier le problème, les chercheurs ont trouvé une astuce: procéder aux calculs comme si chaque bâtiment était recouvert d'un miroir en forme de dôme. Sans entrer dans les détails techniques et informatiques, ce procédé donne rapidement des résultats très similaires à la technique sans miroirs, mais avec un temps de calcul beaucoup moins long.

Du cadastre global au projet d'immeuble

La nouvelle méthode des chercheurs permettra de traiter de grandes portions de territoire urbanisé à partir de photos aériennes, afin de se faire une idée globale du potentiel solaire d'une ville. Mais, bien sûr, avant de décider d'équiper un immeuble existant avec des panneaux photovoltaïques, il faut l'étudier plus en détail, et notamment au niveau du sol. En effet, sur les photos prises du ciel, il y a toujours des zones d’ombre qui empêchent une évaluation précise du potentiel solaire de certaines façades. De plus, toutes les façades ne réfléchissent pas le soleil de la même façon: crépi, bardage métallique, béton brut... le pouvoir de réflexion (appelé albedo) diffère beaucoup selon le matériaux. Si le crépi et le béton renvoient la lumière du soleil d'une manière similaire au fil de la journée, les façades métalliques et les vitrages ont une réflexion qui varie beaucoup selon l’angle d’incidence du soleil (réflexion dite spectrale). Heureusement, les méthodes développées dans ce projet peuvent aussi servir à travailler en détail sur le terrain: prises de photos depuis le sol ou à l'aide d'un drône, mesures précises de l’albedo sur les façades des bâtiments voisins, détermination des fenêtres et des parties de la façade qui ne peuvent pas être équipées de panneaux photovoltaïques, étude des garde-corps des balcons pour savoir si on peut les équiper de panneaux photovoltaïques... Après numérisation de toutes ces informations, il est possible d'établir précisément le potentiel solaire de toutes les faces d'un bâtiment existant. Bien sûr – et c'est important – il est aussi possible de concevoir de nouveaux bâtiments ou de nouveaux quartiers, en pensant dès le début d'un projet à la production d’électricité par les façades.

* Le Système d’Information du Territoire à Genève (SITG) coordonne, centralise et diffuse les données relatives au territoire genevois – www.sitg.ch

Rappel détaillé du projet

Détection des fenêtres sur une façade

Du soleil renvoyé par les voisins

Un immeuble de plusieurs étages offre bien davantage de surface en façade que de surface en toiture. Et si les panneaux solaires du toit peuvent capter directement le rayonnement du soleil, les panneaux solaires installés sur une façade peuvent aussi compter avec le rayonnement solaire qui provient… des immeubles voisins ! En effet, en milieu urbain, le rayonnement réfléchi sur les autres bâtiments est la part d’ensoleillement qui compte le plus. 

Ainsi, pour estimer s’il vaut la peine d’équiper la façade d’un bâtiment de panneaux solaires, toute la question est de définir la capacité de réflexion (appelée albédo) des matériaux et des peintures qui couvrent les bâtiments d’en face, en tenant compte de l’ombre que les bâtiments se portent les uns aux autres, des arbres, et aussi de la course du soleil au fil des saisons. Sans oublier qu’on ne peut pas installer des panneaux solaires devant les fenêtres, ni à l’ombre des balcons…

Quantité d’énergie solaire disponible

Des pixels-miroirs

Pour leur projet, les ingénieur·es sont en train de développer un prototype informatique pour un quartier-test situé à Meyrin. Les photos aériennes classiques ne sont pas utilisables, car on n’y voit pas les côtés des bâtiments. Il faut donc des photos prises en oblique depuis le ciel, ou des vues depuis le sol. À partir de ces photos, le but est d’extraire automatiquement des informations sur les façades : déterminer la position des fenêtres et des balcons, définir l’albédo des matériaux de façade et, finalement, construire un modèle numérique du quartier en 3 dimensions, dont chaque pixel (en réalité une portion de surface de 50 x 50 cm) est considéré comme un petit miroir plus ou moins réfléchissant. Lorsque le modèle numérique du quartier est prêt, les ingénieur·es y simulent l’ensoleillement direct et diffus du soleil au fil de l’année, afin de déterminer la capacité des façades à produire de l’électricité photovoltaïque.

Vers un cadastre des façades solaires

Cette technique de simulation pourra être appliquée sur des quartiers existants ou sur de nouveaux quartiers. Dans ce cas, on pourrait même choisir les matériaux des façades en pensant à leur rôle solaire. Ou se servir de ces informations pour concevoir des façades qui évitent la surchauffe du quartier durant l’été.

Ce projet est ainsi un premier pas vers un cadastre des façades solaires au niveau de la région de Genève, qui viendra compléter le cadastre solaire des toitures – des outils essentiels pour bien planifier notre transition énergétique.

* Le cadastre solaire a été développé à l’origine sur le Canton de Genève avec le soutien de l’Etat de Genève et de SIG. Son extension sur le Grand Genève s’inscrit dans le cadre du projet G2 Solaire soutenu par le programme INTERREG France-Suisse.
 

  • Une première version du logiciel devrait être prête cet automne : tiendra-t-elle toutes ses promesses ?
  • Le niveau de détail sera-t-il assez fin pour prendre de bonnes décisions sur l’équipement des façades
    avec des panneaux solaires ?
  • Grâce à ce projet, pourra-t-on envisager de produire rapidement un cadastre solaire des façades pour la région de Genève ?

 

– Promis, on vous tient au courant dès qu'on a des nouvelles.

 

Projet soutenu par le


 

Porteur du projet
Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève (HES-SO/HEPIA), équipe du prof. Gilles Desthieux
En collaboration avec la Haute école d’ingénierie et de gestion d’Yverdon (HEIG-VD), équipes des Prof. Jens Ingensand et Adrien Gressin

 

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