1Laboratoire d’Etude des Phénomènes de Transfert Appliqués au Bâtiment

Université de La Rochelle

LES ENJEUX ENERGETIQUES ET ENVIRONEMENTAUX DANS

LES BATIMENTS

F. ALLARDUniversité de La Rochelle

Laboratoire d’Étude des Phénomènes de Transfert et de l’Instantanéité: Agro-industrie et Bâtiment

francis.allard@univ-lr.fr

2Laboratoire d’Etude des Phénomènes de Transfert Appliqués au Bâtiment

Université de La Rochelle

PLAN DE L’EXPOSE

CONTEXTE ENERGETIQUECONTEXTE ENERGETIQUE/ BATIMENTBATIMENTS TERTIAIRESCONTEXTE ENVIRONNEMENTALLES ENJEUXENJEUX POUR LE BATIMENT LE CADRE INTERNATIONALLA DEMARCHELES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »QUELQUES REALISATIONS INTERNATIONALES

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Évolution de la demande énergétique mondiale (Mtep)

CONTEXTE ENERGETIQUE

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Évolution de la fourniture énergétique mondiale

3%/an

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Prévision /population

Depuis 25 ans, la demande énergétique par tête d’habitant sur la terre est à peu près constante

La population globale augmente d’environ 200 000/jour

L’augmentation principale se fait dans les pays peu industrialisés

Conséquence:

Accroissement important de la pression sur les combustibles fossiles accessibles et augmentation de l’émission de GES

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CONTEXTE ENERGETIQUE

Une solution durable: économiser l’énergie!!!!

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DES RESSOURCES LIMITEES DANS LE TEMPS

RESERVES EN RESSOURCES NATURELLES

050

100150200250

Charbon Pétrole Gaz naturel Uranium

Ann

ées

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CONTEXTE ENERGETIQUE

Évolution de la consommation d’énergie primaire nationale

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CONTEXTE ENERGETIQUEÉvolution de la production d’énergie primaire nationale

Taux d’indépendance énergétique national en 2005 : 49,8%

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CONTEXTE ENERGETIQUE

10

Structure sectorielle de la consommation énergétique finale 2006

23,10%

43,60%1,80%

31,50%industrierésidentiel et tertiaireagriculturetransports

Secteur du bâtiment1er consommateur

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CONTEXTE ENERGETIQUE/ BATIMENT

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CONTEXTE ENERGETIQUE/ BATIMENT

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CONTEXTE ENERGETIQUE/ BATIMENT

Demande énergétique finale par secteur en Europe

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CONTEXTE ENERGETIQUE/ BATIMENT

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BATIMENTS TERTIAIRES

Évolution de la part des énergies dans les surfaces du secteur tertiaire

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BATIMENTS TERTIAIRES

Évolution de la part du type d’énergie dans le secteur tertiaire

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BATIMENTS TERTIAIRESÉvolution de la part du type d’énergie

dans le secteur tertiaire (%)

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BATIMENTS TERTIAIRES

Répartition par branche des surfaces du secteur tertiaire

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BATIMENTS TERTIAIRES

Consommations énergétiques par branche du secteur tertiaire

kWh/m2 an

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BATIMENTS TERTIAIRES

Évolution des surfaces climatisées du

secteur tertiaire neuf (x103m2)

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

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Par Secteur(en équivalent CO2)

Evolution1990/2004

Transports +22,7%Résidentiel / Tertiaire +22,3%

Industrie -21,6%Industrie de l’énergie -9,1%

Agriculture /Sylviculture -10,5%Traitement des déchets -8,5%TOTAL (hors U.T.C.F) -0,8%

Par ComposantCO2 +5,6%HFC +217%CH4 -14%

N2O et SF6 -34%Doc CITEPA/Mission Interministérielle Effet de Serre 2006

CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

Évolution nationale des productions de GES par secteur

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

Concentration en dioxyde de carbone et température

Température Concentration en CO2

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTALEvolution de la température moyenne en été en France (°C)

Source : GIEC

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

Émission de dioxyde de carbone par habitant

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

Conséquences de l’augmentation de la production des GES

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CONTEXTE ENVIRONNEMENTAL

Phénomène d’îlots de chaleur urbains

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LE PHENOMENE EST DURABLE!!!

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LES ENJEUX

Température et concentration de CO2

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30 millions de logements, + 400 000 /an

850 millions de m2 secteur tertiaire, +10 / an

PARC IMMOBILIER

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ENJEUX POUR LE BATIMENT

Secteur Bâtimentsanciens

(avant 1975)

Bâtimentsneufs

Ensemble Valeurscibles

Résidentiel 364 140 200 50

Tertiaire 230 190 220 55

Consommations énergétiques annuelle chauffage + ECS (kWhep/m2 )

« Facteur 4 »1 litre fioul ≈1 m3 gaz≈10 kW.h

électricité : 1 kW.h final = 2,48 kW.h primaire

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LE CADRE INTERNATIONAL

Les engagements internationaux

1972 Stockholm : première conférence internationale sur l’environnement1987 protocole de Montréal : protection de la couche d’ozone par l’interdiction de certains fluides frigorigènes1992 Rio : introduction de la notion de développement durable1997 protocole de Kyoto : lutte contre les changements climatiques (stabiliser les émissions de dioxyde de carbone au niveau de celles de 1990 àl’horizon 2010)

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LE CADRE INTERNATIONAL

Les décisions européennes issues du protocole de Kyoto

Directive Européenne sur la Performance Energétique des Bâtiments (2002)

Établissement d’une méthodologie commune de calcul de la performance énergétique des bâtimentsDéfinition et révision régulière de normes minimales de la performance énergétique des bâtimentsMise en place d’une certification énergétique des bâtimentsMeilleur contrôle des systèmes de chauffage et de refroidissement

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LE CADRE INTERNATIONAL

Transposition de la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments

Réglementation thermique sur les bâtiments neufs RT2005 (-15% par rapport à RT2000, objectif -40% en 2020)Réglementation thermique bâtiment existants (en cours)Diagnostic de Performance ÉnergétiqueInspection des chaudières et des installations de climatisationEtc...

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LA DEMARCHE

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LA DEMARCHE

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Réduction drastique des consommations énergétiquesUtilisation des énergies renouvelables

Conception (bioclimatique, compacité, orientation, inertie…)Enveloppe (isolation, perméabilité, ponts thermiques…)Ventilation (double-flux, puits candien…)Systèmes (PAC, chaudière à condensation…)Énergies renouvelables (solaire, géothermie, biomasse…)Usages spécifiques (basse consommation…)Gestion intelligente et maintenance des équipements

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Architecture bioclimatique

Orientation

Ouverture au soleil

Protections solaires

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Isolation thermique très performante des parois

Silice « pyrogénée » Polystyrène extrudé Polyuréthane Laine de Verre

Pression (mbar)

Con

duct

ivité

The

rmiq

ue. m

W/m

K

Paroi à ossature bois Panneaux isolants sous vide

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Parois vitrées très performantes

Vitrages à haute performanceU = 0,8 W/m2K

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Parois vitrées très performantes

Bilan énergétique d’un m2 de fenêtre sur une saison de chauffage à Chambéry, France (kWh/m2)

SUD SE et SO EST et OUEST NORD

Simple vitrage(U = 4,95 W/m2K)

-59 -100 -172 -183

Double vitrage(U = 2,95 W/m2K)

+29 -6 -66 -84

Double vitrage peu émissif(U = 1,80 W/m2K)

+85 +53 -1 -39

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Ponts thermiques limités

Traitement de ponts thermiques

Rupteur de pont thermique pour construction métallique

Balcons à ossature indépendante du bâti

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Inertie thermique optimisée

Panneau de MCP

Stockage et déstockage

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Inertie thermique optimisée

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Enveloppe étanche à l’air

Membranes pare/air et pare/vapeur Exemple de traversée de paroi

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Enveloppe étanche à l’air

Principe de la méthode de la « fausse porte »

Vue d’une « fausse porte »

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Système de ventilation efficace

Système de ventilation hybride Potentiel de la ventilation naturelle

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Système de ventilation efficace

Ventilation double-flux Ventilation double-flux + PAC

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Système de ventilation efficace

Principe et vue d’un puits canadien ou puits provençal

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Système de ventilation efficace

8659

5919

8305

5861

4210

2497

4166

2489 2340

1273

2337

1272

231625 368 583

231 522 318 563231 517 388 602

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

VMC SF VMC DF VMC SF+ PUITS

VMC DF+ PUITS

VMC SF VMC DF VMC SF+ PUITS

VMC DF+ PUITS

VMC SF VMC DF VMC SF+ PUITS

VMC DF+ PUITS

Nancy La Rochelle Nice

kWh/anLes besoins de chauffagesConsommation des auxiliaires

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Système de chauffage performant

LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Chaudière à condensation Micro-cogénération

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Système de chauffage performant

LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

020406080

100120140160

Primaryenergy

Finalenergy

Primaryenergy

Finalenergy

Primaryenergy

Finalenergy

Nancy La Rochelle Nice

kWh/

(m².

a)

F loor Heatin g Dom est ic h ot water Au xi li ar ies : Pu m ps + Fan

02 04 06 08 0

1 0 01 2 01 4 01 6 0

P ri m arye n erg y

F in ale n erg y

P rim arye n erg y

Fina le ne rg y

P ri ma rye ne rg y

Fi na le ne rg y

Na nc y La Ro c he ll e N ic e

kWh/

(m².

a)

Au x il iaries : P um p s + F an sE lec tr ic a l s u pp ly for the d om est ic h ot waterHeat p u m p el ect ric al s up pl y

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Intégration des énergies renouvelables

Chauffe-eau solaire (ECS) Micro-éolienne urbaine

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Intégration des énergies renouvelables

Schéma de principe d’un système de rafraîchissement par dessiccation solaire

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Intégration des énergies renouvelables

Exemples d’intégration de panneaux solaires photovoltaïques au bâti

Solutions pour l’intégration du solaire photovoltaïque au bâti

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »Usages domestiques peu énergétivores

Étiquette Énergie

Lampe fluorescente

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LES CLES DU BATIMENT « BASSE ENERGIE »

Système de gestion efficace

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QUELQUES REALISATIONS INTERNATIONALES

PAYS PROGRAMME PEFORMANCE ANNUELLE DE CHAUFFAGE

REALISATION

Allemagne Passivhaus Cep < 15 kWh/m2 5000 maisons et immeubles

Suisse Minergie-P Cep < 30 kWh/m2 3000 bâtiments neufs

Etats-Unis Zero-Energy Home

Production EnR des besoins

2500 maisons

Japon Net-Zero Energy Solar

Home

Production PV des besoins

58000 maisons équipées en PV

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LE LABEL « PASSIVHAUS »

Label allemand proposé par l'Institut für Passivhaus

Exigences :Besoins de chauffage < 15 kWh/m²an

U des parois extérieures < 0,15 W/m²K

U des fenêtres et des portes < 0,8 W/m²K

Enveloppe à ponts thermiques très limités

Étanchéité : débit d’infiltration n50 < 0,6 vol/h

Usage d’appareils électroménagers à haute efficacité énergétique.

Besoins totaux en énergie primaire < 120 kWh/m²an

Recommandations :

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QUELLE ARCHITECTURE ?

Architecture «classique»

Architecture «nouvelle»

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LE LABEL « MINERGIE »

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Objectifs Etats-Unis

Source : Building America

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CONCLUSION

Le secteur du bâtiment est incontournable dans toute politique de réduction des consommations énergétiques avec des conséquences économiques, sociales et environnementales importantesA court terme, il existe des solutions techniques qui engendrent des surcoûts et qui nécessitent surtout de « repenser » l’acte de construire (conception, construction, maintenance…) et de raisonner en coût économique et environnemental globalUn effort de recherche et d’innovation sans précédent est nécessaire pour nous permettre d’atteindre des ruptures technologiques (bâtiments adaptatifs, matériaux intelligents, vecteur air…)

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