# Concours CUBE2020 et réduction de l'impact environnemental du laboratoire IMS

Corinne Dejous, Benoît Alquier, Guillaume Ferré, Lionel Hirsch, Jean-Marc Salotti, Patrick Villesuzanne, Thomas Zimmer

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## To cite this version:

Corinne Dejous, Benoît Alquier, Guillaume Ferré, Lionel Hirsch, Jean-Marc Salotti, et al., Concours CUBE2020 et réduction de l'impact environnemental du laboratoire IMS. Journal sur l'enseignement des sciences et technologies de l'information et des systèmes, 2022, 21, pp.6. 10.1051/j3ea/20222029. hal-03939893

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Submitted on 3 Sep 2024

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# Concours CUBE2020 et réduction de l'impact environnemental du laboratoire IMS

Corinne Dejous¹, Benoît Alquier², Guillaume Ferré¹, Lionel Hirsch¹, Jean-Marc Salotti¹, Patrick Villesuzanne¹, Thomas Zimmer¹

Auteurs correspondants : corinne.dejous@ims-bordeaux.fr, thomas.zimmer@ims-bordeaux.fr

¹ Univ. Bordeaux, Laboratoire IMS, CNRS, Bordeaux INP, A31, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence cedex

² Univ. Bordeaux, Pôle P&E/DI/SPE, 351 Cours de la Libération, 33405 Talence cedex

**RESUME** : Nous proposons une voie originale impliquant nos activités de recherche et d'enseignement pour réduire notre impact environnemental, par la participation du laboratoire IMS au concours national CUBE2020 (Concours Usages Bâtiment Efficace). Après une présentation générale du contexte, les travaux préparatoires menés en 2019 sont décrits, comportant l'instrumentation et une analyse technique et humaine, puis un plan d'action est proposé pour mener à bien ce projet au cours de l'année 2020. Le résultat du concours, rendu public en avril 2021, est donné en conclusion il est positif malgré la période particulière due à la pandémie de COVID 19.

**Mots clés** : projet pédagogique et de recherche, stage, interdisciplinarité, retour d'expérience.

## 1 INTRODUCTION

Réduire l'empreinte de nos activités de recherche et d'enseignement sur l'environnement est devenu un combat quotidien face à l'urgence climatique. Le collectif « Labos1.5 » [1], issu du monde académique, s'est créé pour faire face à ce défi avec trois objectifs : (i) construire une dynamique de réflexion documentée sur les voies de transition écologique de la recherche, (ii) répertorier et valoriser les initiatives des laboratoires en France et (iii) permettre d'échanger des idées et des outils, des ressources et des retours d'expérience.

Dans ce contexte, la direction du laboratoire IMS de l'Université de Bordeaux a décidé d'inscrire le bâtiment central de l'IMS (Bat A31) au Challenge CUBE2020 (Concours Usages Bâtiment Efficace) porté par l'IFPEB [2]. Ce challenge met en lice les utilisateurs de bâtiments tertiaires ou d'habitations collectifs afin de diminuer efficacement leurs consommations en agissant sur les leviers de l'usage, un meilleur pilotage et exploitation. Le mode d'emploi est simple : pendant une période d'un an, les utilisateurs devront, grâce à l'amélioration de leur exploitation, des actions techniques légères et leur mobilisation sur des éco-gestes, réaliser des économies d'énergie par rapport à une consommation de référence déterminée à partir des consommations des années antérieures. Les économies d'énergie donneront lieu à un classement et à des prix. (Médailles - bronze, argent, or ou platine - en fonction de l'atteinte de seuils absolus d'économies d'énergie).

Parallèlement, l'Université de Bordeaux a pris des engagements internes de réduction de son empreinte carbone à hauteur de -40% en 2030 par rapport à 2012-2014, formalisé dans son Schéma Directeur Energie Eau adopté en 2017. L'Université compte plusieurs campus situés dans divers endroits de la métropole et dans la région Nouvelle Aquitaine : 250 bâtiments avec une surface bâtie totale de 560.000 m², accueillent environ 78.000 utilisateurs (étudiants et personnels). La

consommation en énergies en 2019 est de 54 GWh d'énergie électrique et 53 GWh d'énergies thermiques. L'Initiative d'Excellence de l'Université de Bordeaux a financé le cluster SysNum pour développer une recherche de haut niveau allant de la conception des capteurs aux processus de décision. Ainsi, le campus intelligent, ou « Smart Campus », est l'un des axes du cluster SysNum.

La mise en œuvre de CUBE2020 au sein de l'IMS s'appuie sur « Smart Campus » et est porté par les GPU (Grands Projets d'Unité) [3], notamment les GPU IoT et EnvironnementS. Les activités du GPU IoT ont permis d'équiper le laboratoire IMS avec un grand nombre de capteurs permettant de suivre en continu l'évolution de certains paramètres tels que la température et la luminosité dans des bureaux [4]. De plus, la consommation énergétique des grandes plateformes (animalerie, salle blanche, service informatique, etc.) peut être suivée en continu grâce à l'installation de compteurs par la Direction du Patrimoine Immobilier (DPI) [5]. Grâce au GPU EnvironnementS, un sondage a été réalisé afin d'étudier les comportements, les usages, et de manière générale les interactions entre les usagers et le bâtiment (habitudes de travail, équipements utilisés, sensibilisation à l'environnement...).

Dans cet article, nous allons dans un premier temps présenter les capteurs/actionneurs mis en place ; ensuite nous allons analyser les résultats du sondage avant de présenter le plan d'action qui nous permettra atteindre notre objective : la médaille d'or !

## 2 SMART CAMPUS

Un campus universitaire, véritable ville dans la ville, offre un terrain de jeu fantastique pour la recherche, le test et le déploiement de solutions IoT. Dans [6], les auteurs expliquent comment la qualité de vie sur un campus peut être améliorée en introduisant des applications facilitant la gestion intelligente d'un bâtiment, d'une salle de cours, d'une bibliothèque, du stationnement, etc.
Notre premier travail dans le projet « Smart Campus » a été le déploiement d'un réseau propriétaire de capteurs/actionneurs dans les bâtiments utilisant la technologie LoRa pour créer un environnement de recherche et d'expérimentation pour les chercheurs (voir fig. 1). Nous avons ensuite créé un centre de supervision, nous permettant de monitorer l'ensemble du réseau : le Smart Campus Supervision Center (SC)² (voir fig. 2).

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>fig 1 : Réseau déployé sur le campus</figcaption></figure>

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>fig 2 : Smart Campus Supervision Center</figcaption></figure>

Grace à ce réseau, nous sommes en mesure de collecter de l'information et de la mettre à disposition, mais aussi de déclencher des actions. Ainsi, dans le cadre du concours CUBE2020, nous proposons d'équiper les bureaux de l'IMS d'un ensemble d'objets connectés développés au laboratoire :

1. mesure de paramètres permettant de donner une indication sur la qualité de l'environnement de travail (température, bruit ambiant, humidité, luminosité) (voir fig. 3) ;

2. mesure de consommation d'électricité du bureau (voir fig. 4) ;

3. régulation automatique des robinets thermostatiques (voir fig. 5).

Les données mesurées dans un bureau sont accessibles en lecture par ses occupants. Par exemple, la figure 6 montre l'évolution de la température dans un bureau en fonction du temps (durée une semaine). Nous pouvons constater qu'elle est proche de 20°C et peut atteindre jusqu'à 25°C. Une question se pose : pour un enseignant/chercheur, est-il nécessaire d'avoir dans son bureau au moins 20°C 7j/7, 24h/24, alors que ses activités l'amènent souvent à ne pas y être présent (enseignements, activités de recherche expérimentales, réunions

et comités, déplacements – congrès, thèses, meetings etc.). La réponse est évidente, une meilleure régulation s'impose pour limiter ce gaspillage. Ainsi, des robinets thermostatiques (voir fig. 5) permettront de piloter le thermostat à distance via son smartphone pour adapter la température en fonction des besoins réels. Des solutions commerciales sont également disponibles. Une installation de cette solution dans nos bureaux est à l'étude.

Nous avons également accès aux mesures de consommations électrique et thermique globales de l'IMS, nous proposons aux utilisateurs du bâtiment une tendance de consommation globale jour après jour par l'intermédiaire d'un affichage dynamique à plusieurs endroits dans les couloirs du laboratoire (voir fig. 7).

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>fig 3 : Objet connecté permettant de mesurer la qualité de l'environnement de travail</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>fig 4 : Objet connecté permettant de mesurer la consommation d'électricité</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>fig 5 : Objet connecté permettant d'actionner la vanne thermostatique automatiquement</figcaption></figure>
<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>fig 6 : Variation sur une semaine de la température dans un
bureau, et température extérieure</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>fig 7 : Affichage dynamique permettant de montrer la ten-
dance de consommation jour après jour</figcaption></figure>

3 ENQUETE

3.1 Objectifs de l'enquête

Une enquête a été menée auprès des utilisateurs pour
mieux comprendre les usages en lien avec la consom-
mation ainsi que la conscience écologique et les com-
portements qui ont un impact sur celle-ci, qu'ils soient
positifs ou négatifs. Nous avons collecté 38 réponses
exploitables, ce qui représente environ 10% de la popu-
lation de l'IMS.

3.2 Equipements impactant la consommation

L'équipement le plus utilisé est l'ordinateur : l'ensemble des sondés en utilise un avec un usage quotidien. De nombreux outils de laboratoires sont égale- ment exploités, appareils de mesure, alimentation élec- trique, postes de soudure, enceintes de vieillissement, fours, salle blanche. Enfin, il faut également mention- ner les appareils tels que les machines à café, les télé- phones, les imprimantes et photocopieuses.

Au niveau de la consommation partagée, il faut ajouter
les serveurs informatiques, l'éclairage et la climatisa-
tion.

3.3 Sensibilité aux éco-comportements

Le graphique de la figure 8 présente l'importance
qu'accordent les usagers de l'IMS aux problématiques
environnementales au sein de leur travail, selon une
échelle arbitraire allant de 1 (peu d'importance) à 5
(Beaucoup d'importance) :

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>fig 8 : Importance accordée à l'environnement au sein du travail (de 1. peu d'importance, à 5. beaucoup d'importance)</figcaption></figure>

Globalement, le personnel de l'IMS est donc relative-
ment sensible aux problématiques écologiques et envi-
ronnementales.

Il a ensuite été demandé quels étaient les gestes qu'ils avaient l'habitude de faire. Les résultats sont présentés figure 9.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>fig 9 : Eco-comportements mis en œuvre</figcaption></figure>

Le geste le plus naturellement et fréquemment adopté,
est l'extinction des lumières en sortant d'une salle. La
réduction du chauffage est également souvent indiquée,
mais il s'agit en général d'un usage domestique, hors
du laboratoire, car le bâtiment dispose d'un chauffage
centralisé.
# 4 PLAN D'ACTION

## 4.1 Les aspects techniques

Les consommations électriques et thermiques d'un bâtiment dépendent de plusieurs facteurs :

* les qualités intrinsèques du bâtiment : le niveau de performance thermique de son enveloppe (murs, fenêtres, toit...) et de ses systèmes de chauffage, ventilation et climatisation (CVC);

* l'exploitation de ses systèmes de CVC : réglages des nombreuses régulations électroniques qui permettent de maintenir la température, la ventilation et parfois l'hygrométrie des différents types de locaux dans les limites prévues en conception;

* l'utilisation du bâtiment par ses occupants avec un impact fort sur les consommations d'électricité spécifique (hors CVC) : éclairage, informatique, activité de recherche dans le cas de l'IMS, etc. mais aussi sur les consommations d'énergie thermique en fonction du confort ressenti.

Pour réduire ces consommations, on dispose donc de 3 leviers principaux (voir fig.10) : (i) les investissements lourds de rénovation de l'enveloppe et des systèmes énergétiques des bâtiments, (ii) les actions de réglages et d'optimisation des systèmes CVC existants et (iii) la sensibilisation des occupants sur l'impact énergétique de leur mode d'utilisation du bâtiment et de ses équipements.

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>fig 10 : Classification des Actions d'Efficacité Energétique [7]</figcaption></figure>

Le concours CUBE2020 dure un an et il est centré sur l'optimisation de l'exploitation, on n'utilisera donc pas le levier des investissements lourds mais on mettra l'accent sur l'implication des utilisateurs dans la réduction des consommations, à la fois dans leur utilisation du bâtiment et dans leur participation au diagnostic global de l'énergie pour améliorer son exploitation.

Il faut noter que le confort des occupants fait partie intégrante du diagnostic du bâtiment. Contrairement à une idée reçue, il n'est pas nécessairement antinomique avec les économies d'énergies. Par exemple, si certains bureaux sont mal chauffés par les radiateurs du chauffage central, l'occupant aura tendance à compléter par un chauffage d'appoint électrique avec 2 impacts :

* dépenses énergétiques nettement supérieures (1 kWh d'électricité coûte environ 2 fois le prix d'un kWh de gaz ou autre énergie thermique);

* dérèglement du système de régulation central qui n'a pas été prévu pour gérer la présence de chauffage d'appoint avec pour conséquence l'inconfort dans d'autres zones du bâtiment.

A partir des retours des occupants et de l'analyse de l'exploitation des systèmes CVC, l'Energy Manager de la DPI initialise un plan d'action (voir Tableau 1) qui sera ensuite mis en œuvre par les parties prenantes au concours : exploitant, occupants, DPI. Le plan d'action porte sur les aspects suivants :

* usages et éco-gestes;

* communication et sensibilisation;

* réglages et consignes;

* optimisations techniques.

<table><caption>Tableau 1 : Extrait du plan d'action IMS</caption><thead><tr><td>Problème</td><td>Action</td><td>Responsable d'effet</td><td>Quand</td><td>€</td></tr></thead><tbody><tr><td>L'inconfort est ouvert à la température</td><td>Analyse des retours à la questionnaire</td><td>DPI</td><td>02/20</td><td></td></tr><tr><td>Objectifs d'inconfort</td><td>Pose des apteurs à température/HRI supplémentaires (15 à 20)</td><td>Groupe IOT</td><td>03/20</td><td></td></tr><tr><td>Passé et rejeté</td><td>Contact direct par la DPI</td><td>Benoit</td><td>02/20</td><td></td></tr><tr><td>Ventilation faible</td><td>Revoir la configuration régulier pour vérifier débits</td><td>DPI</td><td>03/20</td><td></td></tr></tbody></table>

## 4.2 Interactions avec l'usager

Afin d'aller plus loin dans l'accompagnement du projet, et en particulier de faciliter l'implication au quotidien des membres du laboratoire, les actions suivantes seront menées :

1. Approfondir l'analyse et exploiter les résultats de l'enquête précédente, afin d'étudier les comportements, les usages, et de manière générale les interactions entre les usagers et le bâtiment (habitudes de travail, équipements utilisés, sensibilisation à l'environnement...).

2. Renforcer le déploiement des objets connectés présentés plus haut pour une couverture optimale du bâtiment. Ces localisations pourront être issues de l'identification de personnes ressources volontaires sensibles à l'enjeu, et de l'analyse des usages très diverses du bâtiment et de sa consommation (voir point suivant).

3. Exploiter les bases de données issues de mesures générales sur la consommation électrique depuis des années et de mesures réparties sur le bâtiment depuis plusieurs mois. Faciliter un suivi de consommation par les usagers, par exemple avec une synthèse hebdomadaire comparative, pour situer le bâtiment en terme de réduction de consommation et inciter aux bonnes pratiques.

4. Elaborer et mettre en œuvre une communication visant à sensibiliser les usagers du bâtiment et les impliquer à court-terme puis de manière durable dans la réduction de son impact environnemental. Des idées ont été proposées, tels des flyers de sensibilisation aux éco-gestes, par affiches ou/et pages web ou autre format numérique ; newsletter d'information ; challenge interne via une application téléphonique de suivi de consommation « personnelle ». Elles seront affinées et mises en œuvre tout ou partie au cours de l'année.
## 4.3 Les bonnes pratiques

### 4.3.1 La pollution informatique

Ignorée pendant des années, la pollution informatique est aujourd'hui un fait avéré. De la fabrication au démantèlement, les équipements IT polluent et consomment des ressources naturelles. Quelques bonnes pratiques (Green IT) permettent de réduire l'impact environnemental.

**Salle serveurs :**

* virtualiser les serveurs physiques pour les regrouper (division par 10 du nombre de serveurs) ;

* éteindre les serveurs et systèmes qui ne sont pas en production ;

* augmenter le cycle de vie des serveurs et systèmes de 5 à 10 ans (Upgrade) ;

* activer les fonctions d'économie d'énergie des équipements actifs réseau (switch, etc.) ;

* relever la température de consigne dans la salle serveur de 1 ou 2°C ;

* supprimer les imprimantes individuelles au profit de copieurs multifonction mutualisés.

**Utilisateurs :**

* éteindre son poste de travail (écrans, imprimantes, ordinateurs) en fin de journées et les weekends ;

* augmenter le cycle de vie de son poste de travail de 3 à 7 ans (Upgrade) ;

* pas de pièces jointes dans les mails : utiliser des liens cloud ;

* limiter les impressions ;

* privilégier une police économique en encre (Century Gothic, Times New Roman...);

* laptop : préférer le réseau filaire au réseau wifi, le réseau filaire est plus économique pour transférer de la donnée ;

* smartphone : limiter l'usage de la 4G ;

* privilégier l'utilisation de la visioconférence pour limiter les déplacements ;

* opter pour le télétravail pour limiter les déplacements.

### 4.3.2 D'autres éco-gestes au quotidien

Le « numérique » n'est pas seul en cause, de nombreux autres gestes peuvent diminuer notre impact environnemental global, au-delà même de la consommation d'énergie. Certains d'entre eux font l'objet d'une campagne de communication par affiche (dernière page). Ainsi, l'affichette « Je prends l'escalier plutôt que l'ascenseur » est mise en évidence à l'entrée de chaque ascenseur du laboratoire !

Le lecteur désireux de se documenter sur tous ces aspects et bien d'autres, trouvera de nombreuses sources d'informations en ligne, notamment sur le site de l'ADEME (https://www.ademe.fr/).

## 5 RESULTATS ET CONCLUSION

Nous avons ainsi proposé une voie originale impliquant nos activités de recherche et d'enseignement pour réduire notre impact environnemental. Des aspects énergétique, capteurs connectés, cognitique, big data, sont notamment associés. Après une étape de préparation avec une phase d'instrumentation et d'analyse technique et humaine, un plan d'action a été proposé pour mener à bien ce projet au cours de l'année 2020.

Il a été réalisé partiellement du fait des mesures de télétravail mises en place à partir de mi-mars 2020, puis reconduites en partie sur la fin de l'année 2020. La consommation de référence utilisée par l'IFPEB pour le concours CUBE a été corrigée pour tenir compte de ces aspects. Le résultat est cependant un gain de 13% soit 215 MWh EF se répartissant comme indiqué dans le tableau 2.

<table><caption>Tableau 2 : Économies d'énergies IMS en 2020</caption><thead><tr><th></th><th>Électricité</th><th>Énergie thermique</th><th>Total</th></tr><tr><th></th><th>MWh<sup>EF</sup></th><th>MWh<sup>EF</sup></th><th>MWh<sup>EF</sup></th></tr></thead><tbody><tr><td>Consommation<sup>1</sup> de référence<sup>2</sup> du concours<sup>3</sup> 2020*</td><td>1276</td><td>362</td><td>1638</td></tr><tr><td>Consommation<sup>1</sup> 2020</td><td>1054</td><td>369</td><td>1423</td></tr><tr><td>Économies<sup>4</sup> en MWh<sup>EF</sup></td><td>222</td><td>-7</td><td>215</td></tr><tr><td>Économies<sup>4</sup> en %</td><td>17,4%</td><td>-1,9%</td><td>13,1%</td></tr></tbody></table>

On peut noter que la consommation d'électricité qui est, pour une grande part, directement dépendante des éco-gestes des occupants a nettement diminué, ce qui illustre l'efficacité de la démarche de sensibilisation basée sur l'interaction entre les occupants et l'exploitant.

La consommation d'énergie thermique n'a pas baissé car, malgré la généralisation du télétravail, une partie des activités de recherche a continué sur site et, d'autre part, les consignes de ventilation permanente, mises en œuvre pendant la pandémie, ont augmenté les pertes thermiques liées au renouvellement d'air.

Cette démarche a été menée en étroite collaboration entre les intervenants des GPU IoT et EnvironnementS de l'IMS, des services de l'Université impliqués dans la réduction de la consommation sur le campus, qui nous fait bénéficier de son expérience fructueuse menée précédemment sur d'autres bâtiments, et bien sûr des usagers du bâtiment. Il s'agit ainsi d'une action fortement transversale à tous points de vue, scientifiques et humains, au sein d'un laboratoire de plus de 300 usagers aux profils variés.

**Remerciements**

Ce travail a bénéficié de la contribution de nombreux projets et stages étudiants au cours des années 2019 et 2020, nous souhaitons les remercier vivement pour leur implication, ainsi que l'IdEx Bordeaux et le Laboratoire IMS pour le support financier.

<footnote>* Moyenne des 5 années précédentes. Corrigées du climat et de l'effet COVID. Élèves au télétravail pour 2020.</footnote>
Bibliographie

[1] https://labos1point5.org/

[2] https://cube2020.org/le-concours/.

[3] https://www.ims-bordeaux.fr/fr/gpu/

[4] G. Ferré, F. Rivet, E. Kerhervé, P. Maton, T. Petitpied, B. Laporte-Fauret, Conception et déploiement d'un réseau d'IoT en technologie LoRa permettant de connecter l'ENSEIRB-MATMECA, 12ème Colloque sur l'Enseignement des Technologies et des Sciences de l'Information et des Systèmes (CESTIS-EEA'2017), Le Mans, France, 2017. (hal-01552329).

[5] https://www.u-bordeaux.fr/Universite/Organisation/Administration/Pole-Patrimoine-immobilier-logistique-prevention-securite-environnement

[6] W. Muhamad, N.B. Kurniawan, Suhardi, S. Yazid, Smart campus features, technologies, and applications: A systematic literature review, in *2017 International Conference on Information Technology Systems and Innovation* (ICITSI), Oct 2017, pp. 384–391.

[7] G. Brisepierre, I. Garabuau-Moussaoui, SOCIOCUBE - Etude qualitative sur la 1ère edition du concours d'économies d'énergie CUBE 2020, Nov. 2016.

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