[APPLICATION ANALOG DEVICES] Les semi-conducteurs ont apporté des avantages dans de nombreux domaines, des appareils de cuisine jusqu’aux véhicules automobiles. Ces dernières années, l’un des éléments fondamentaux des systèmes électriques, le disjoncteur électromécanique, pourtant éprouvé, est finalement devenu lui aussi électronique. Ainsi, les nouveaux disjoncteurs dits “intelligents” sont plus robustes, ont une durée de vie plus longue et, surtout, permettent désormais une gestion de l’énergie plus efficace et plus économique dans les usines, les bâtiments et les maisons intelligentes. Analyse de Silicon Labs.

Auteur :

Mark Beecham Senior Manager

Silicon Labs

L'engouement pour les disjoncteurs intelligents (Smart Circuit Breakers) se traduit aujourd’hui clairement à travers leur adoption rapide sur le marché.

Selon la société d’étude de marché AstuteAnalytica India, le marché mondial des disjoncteurs intelligents représentait déjà 2,9 milliards de dollars en 2023 et devrait atteindre un peu plus de 7 milliards de dollars d'ici 2032, soit un taux de croissance annuel composé impressionnant de 10,3 %.

Si cette croissance est en grande partie due à l'adoption de ces technologies dans le secteur industriel, les économies potentielles en termes d'efficacité sont de plus en plus difficiles à ignorer sur le marché de la maison connectée.

Les disjoncteurs intelligents étant des dispositifs à semi-conducteurs, ils remplacent les relais mécaniques par des composants électroniques. Ces dispositifs intègrent notamment une connectivité sans fil gérés par des circuits comme ceux de Silicon Labs qui permettent de transmettre les données de fonctionnement et de contrôle, permettant de surveiller et de commander les disjoncteurs à distance. Zigbee et Thread sont ici des solutions de connectivité couramment utilisées.

Des dispositifs connectés “intelligents”

Les disjoncteurs intelligents peuvent également réagir aux courts-circuits cent fois plus rapidement que leurs homologues électromécaniques, éliminant les défauts en quelques microsecondes seulement.

Enfin, les disjoncteurs intelligents ont enfin, une durée de vie opérationnelle plus longue que leurs homologues électromécaniques.

A ce niveau, la robustesse accrue et les performances améliorées justifient à elles seules l'utilisation de disjoncteurs intelligents. Mais ces derniers offrent également des fonctionnalités que leurs prédécesseurs électromécaniques ne possèdent pas, comme la fonction de sous‑compteur électrique, fournissant des données de consommation électrique au niveau du circuit.

Les responsables d'installations industrielles peuvent alors exploiter ces données pour établir des cartographies précises de la consommation électrique et concevoir des configurations plus efficaces pour leurs réseaux de distribution avec par exemple des réponses précises aux questions : « Ce circuit fonctionne-t-il à pleine capacité ? Sinon, puis‑je y raccorder d’autres équipements ? »

Les disjoncteurs intelligents peuvent également contribuer à un programme de maintenance prédictive, en révélant des anomalies de consommation électrique susceptibles d'indiquer précocement la nécessité d'un réglage, de réparations ou d'un remplacement d'équipement.

La capacité des disjoncteurs intelligents connectés à fournir des données d'utilisation, combinée à la possibilité de les activer et de les désactiver (sur site ou à distance), en fait désormais des outils précieux pour les propriétaires d'immeubles commerciaux et les responsables d'installations de production qui cherchent à réduire leur consommation d'énergie et leurs coûts.

Les données issues des disjoncteurs permettent d'obtenir une information précise sur la consommation d'énergie à tout moment, ainsi que sur la durée.

De plus, leur fonctionnement bidirectionnel permet de couper les charges non nécessaires à un instant donné.

Ces fonctionnalités ont permis l'adoption généralisée des disjoncteurs intelligents dans les applications industrielles. Dans les usines et autres environnements industriels, un circuit donné alimente généralement une voire quelques machines. Ce qui facilite la corrélation entre les conditions d'alimentation, les tendances de consommation électrique et le comportement d'un élément, qu'il s'agisse d'un poste de production spécifique ou d'une machine individuelle, selon les équipements alimentés par un circuit donné. Ces mêmes avantages peuvent être obtenus dans les bâtiments et les maisons intelligentes.

Les disjoncteurs intelligents aussi pour les usages domestiques

Seuls quelques appareils domestiques consomment beaucoup plus d'énergie que la plupart des autres. Il s'agit notamment du chauffage, de la ventilation et de la climatisation (Système HVAC, heating, ventilation, and air conditioning), des lave-linge séchants, des lave-vaisselle, des pompes de piscine et des bornes de recharge pour véhicules électriques.

Ce n'est pas un hasard si ces systèmes sont généralement alimentés par leurs propres circuits électriques. Auparavant, les propriétaires n'avaient que rarement besoin de surveiller ou de contrôler des circuits spécifiques dans leur maison, leurs factures d'électricité mensuelles suffisaient.

La situation commence cependant à évoluer, car divers facteurs incitent les propriétaires à être plus attentifs à leur consommation d'électricité. Certaines pressions sont d'ordre général, comme les préoccupations environnementales croissantes, tandis que d'autres sont spécifiques, comme les baisses de tension intermittentes ou le coût imprévu de la mise à niveau d'une installation électrique domestique afin de pouvoir supporter une borne de recharge de véhicule électrique.

De plus, les factures d'électricité mensuelles des ménages deviennent de plus en plus imprévisibles, les fournisseurs d'énergie adoptant des stratégies de tarification variable. Pour gérer la hausse de la demande, les pics de consommation de plus en plus marqués et d'autres facteurs qui rendent la gestion du réseau complexe, les fournisseurs d'énergie adoptent des stratégies de tarification visant à lisser la consommation.

En facturant plus cher l'électricité résidentielle aux heures de pointe (par exemple, le soir après le retour du travail) et moins cher aux heures creuses (très tard dans la nuit et tôt le matin), les fournisseurs d'énergie incitent les consommateurs résidentiels à reporter l'utilisation de leurs appareils les plus énergivores après les heures de pointe.

Face à l'intensification des vagues de chaleur, de plus en plus de personnes installent des climatiseurs et les font fonctionner plus longtemps. Les fournisseurs d'énergie peuvent augmenter les prix pour inciter les clients à modérer leur utilisation de la climatisation afin d'éviter ou d'atténuer les coupures de courant.

Pour les propriétaires, l'installation de disjoncteurs intelligents est l'un des rares moyens concrets dont ils disposent pour comprendre leur consommation d'électricité en temps réel, ce qui leur permet de mieux la maîtriser.

Vers une évolution du marché résidentiel

Les caractéristiques du marché des disjoncteurs intelligents à usage résidentiel varient d'une région géographique à l'autre. En Europe, l'intérêt pour les maisons intelligentes ne cesse de croître, notamment en ce qui concerne l'adoption de systèmes énergétiques décentralisés tels que les panneaux solaires photovoltaïques et le stockage sur batteries, qui nécessitent des disjoncteurs intelligents et compacts.

Cette tendance s'inscrit pleinement dans les efforts déployés par les services publics régionaux en matière de réseaux intelligents. Les données fournies par les maisons intelligentes, notamment les informations provenant des disjoncteurs intelligents, sont très utiles aux services publics pour une gestion plus efficace de la consommation d'énergie.

En effet, l'Europe connaît un déploiement massif de compteurs intelligents : l'Espagne, la Suède et la Finlande ont déjà atteint, ou sont sur le point d'atteindre, une couverture complète, tandis que le Royaume-Uni et la France ont des initiatives similaires. L'Allemagne a rendu obligatoire l'installation de compteurs intelligents à partir de 2025 et vise une couverture à 100 % d'ici 2030, ce qui stimule la demande de composants compatibles avec les réseaux intelligents, tels que les disjoncteurs intelligents.

L'adoption des technologies de réseaux intelligents et des infrastructures d'énergies renouvelables sera probablement un moteur de croissance clé sur le marché européen, mais certains facteurs freinent cette croissance.

Par exemple, le coût et la complexité des mises à niveau (notamment le manque de familiarité des installateurs avec les nouvelles technologies de disjoncteurs intelligents) constitueront un frein pendant un certain temps.

Aux États-Unis, l'adhésion du public aux technologies vertes est moins marquée. Les fournisseurs d'énergie ne peuvent pas non plus imposer l'utilisation de disjoncteurs intelligents, car les tableaux électriques résidentiels appartiennent presque toujours aux propriétaires et sont contrôlés par eux. La question est donc la suivante : comment le marché résidentiel américain va-t-il évoluer ? Les facteurs socio-économiques vont-ils se conjuguer pour créer les conditions d'un marché de masse qui dynamisera le secteur résidentiel ?

Les fournisseurs d’électricité impliqués au premier chef

Les fournisseurs d'électricité ont donc clairement intérêt à ce que les particuliers adoptent les disjoncteurs intelligents. Actuellement, la précision de comptage des disjoncteurs intelligents n'est pas suffisante pour que les fournisseurs d'électricité puissent s'en servir à des fins de facturation, même si elle s'en approche.

Améliorer la précision est un objectif réalisable à court terme. Même une fois cet objectif atteint, il n'est pas certain que les fournisseurs d'énergie aient besoin des données de consommation électrique au niveau du circuit pour la facturation.

Néanmoins, comme indiqué plus haut, ces données peuvent s'avérer extrêmement utiles aux fournisseurs d'énergie pour équilibrer les charges sur leurs réseaux de distribution. Les fournisseurs d'énergie américains peuvent également adopter des stratégies tarifaires pour inciter les clients résidentiels à modifier leurs habitudes de consommation.

À ce jour, la réaction du public reste en deçà des attentes des fournisseurs d'énergie . Certains d'entre eux eurs d'énergie sont allés plus loin en proposant des services permettant aux clients de surveiller, voire de contrôler, les systèmes et appareils électroménagers – des fonctionnalités qui justifient l'installation de disjoncteurs intelligents.

Avec un taux d'abonnement suffisant, cela pourrait offrir aux fournisseurs d'énergie un outil puissant pour la gestion du réseau, mais les taux d'adoption ne sont pas encore assez élevés pour avoir un impact significatif. Il est possible que les autorités de régulation des services publics américaines interviennent pour encourager l'adoption des disjoncteurs intelligents.

La mission officielle des organismes de réglementation est de garantir des tarifs d'électricité raisonnables pour leurs administrés, et les disjoncteurs intelligents jouent un rôle clair et tangible dans la réalisation de cette mission. Les constructeurs de maisons pourraient également stimuler le marché résidentiel des disjoncteurs intelligents.

Dans la pratique, cependant, il est peu probable que cette impulsion vienne de ce secteur, car les disjoncteurs intelligents sont plus chers et les constructeurs de maisons sont extrêmement sensibles aux prix.

De plus, comme en Europe, les installateurs connaissent généralement moins bien les nouveaux disjoncteurs intelligents. Les seuls autres organismes institutionnels susceptibles d'encourager l'utilisation des disjoncteurs intelligents résidentiels sont les organismes de normalisation chargés de la réglementation en matière de sécurité domestique.

À ce jour, les avantages des disjoncteurs intelligents n'ont pas été décisifs en matière de sécurité domestique. La croissance du secteur résidentiel sera probablement progressive sur certains marchés et irrégulière sur d'autres – notamment aux États-Unis – jusqu'à ce qu'un facteur externe devienne suffisamment déterminant ou que les versions intelligentes atteignent la parité de prix avec les versions électromécaniques.

Quoi qu'il en soit, il ne fait aucun doute que les disjoncteurs intelligents sont adaptés aux environnements résidentiels et essentiels pour améliorer l'efficacité énergétique des habitations. Comme pour la plupart des avancées technologiques, le dernier mot revient aux forces du marché qui permettront l'adoption massive de cette technologie.

Mais les arguments en faveur du déploiement des disjoncteurs intelligents, au-delà des usines et jusque dans les foyers, sont convaincants et révolutionnent déjà l'infrastructure et la surveillance des réseaux électriques dans de nombreux pays.

(*) Global Smart Circuit Breaker Market Valuation Poised to Reach USD 7,090.1 Million By 2032 | Direct-To-Consumer (D2C) Sales Gaining Strong Momentum says Astute Analytical. A consulter ici.