19/09/2011 CSTB | PAGE 1

Daniel QUENARDDivision Matériaux - Dpt Enveloppe et Revêtements,

CSTB Grenobledaniel.quenard@cstb.fr 04 76 76 25 46

Se Loger – Se déplacerPeut-on se libérer de l’addiction aux énergies fossiles ?

2ième Edition du Congrès Professionnel Résidence & Bois « Zéro émission CO2 : construire des bâtiments de

très haute exigence environnementale »Congrès Salon Résidence & Bois - Vendredi 30 septembre

Lyon–Eurexpo - Avenue Louis Blériot – Chassieu

La consommation des Ménages : Transport/Logement/Alimentation : Chiffres-Clés

La convergence Bâtiment-TransportLe Concept Maison NRJ+ Mobilité Electrique

Quelques exemples à travers le monde

Conclusion

Sommaire

Ménages : Emissions de CO2Logement+Transport : 84 %

Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011

Ménages : LogementChauffage/Energie : 84 % CO2

Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011

Ménages : TransportsVéhicule Personnel : 79% CO2

Source : GREEN INSIDE – IPSOS - 2011

Le Consommateur

Ignorantou

Mal Informé ?

Foyer

Dépenses énergétiques des ménages2006

2006 : 8,4 % budget (précarité : 10%)4,8 % énergie du logement 3,6 % carburant automobile.

LOGEMENTChauffageEau Chaude SanitaireCuissonEquipement électrique de la maison

DEPLACEMENTCarburant pour les véhicules.

Logement : surface d’habitation et source d’énergie utilisée pour le chauffage.

Transport : éloignement des villes-centres est le facteur clé en terme de dépenses en carburant.

Source : http://www.lefigaro.fr/conso/2010/10/12/05007-20101012ARTFIG00753-energie-les-francais-depensent-2300euros-par-an.php

Chauffage-Transport = Combustion (Chaudières /Moteurs CI)

1 : Epuisement des ressources

40 %

29 %

21 %

Bâtiments + Transports~ 70 %

Consommation Finale Energie

Bâtiments

~ 70 % Chauffage/ECS

Chaudières : fioul-gaz-bois

( + électricité)

Transports

~ 50 % VP

Moteurs Combustion Interne

(98% pétrole)

Chiffres 2006

UraniumHydraulique

Combustion 2 : Emission de GES / Climat

Transport + Bâtiment : 45 % GES – en hausse

Combustion3 : Emissions Polluants / Santé

Source : Impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbaine Estimation de l’impact lié à l’exposition chronique aux particules fines sur l’espérance de vie – AFSSE – 2005Source : ZAPA – Ministère - AirParif

Ile-de-France / Airparif /Estimations 2000Contribution en % des différents secteursd’activités aux émissions de polluants

« La pollution de l’air diminue l’espérance de vie de 9 mois pour chaque Français et l’exposition aux particules fines causerait 40 000 décès chaque année. C’est un enjeu de santé public »Nathalie KOSCIUSKO-MORIZET - décembre 2010

Particules (PM10) : B+T 60 %NOx : B+T 60 %

Energies de stocksDisponibles … mais qui s’épuisent

(Centrales/Chaudières/MCI …)

Passage des Energies de stocks à des Energies de flux

Energies de fluxdispersés & intermittents

Convertisseurs/Stockage

Consommation annuelle mondiale

Pétrole

Gaz

Uranium

Charbon

Hydraulique

Eolienne

Photosynthèse

En

erg

ieso

lair

e

ann

ue

lleR

esso

urc

es

éner

gé

tiq

ue

sto

tale

s

SURFACE

Passage des Energies de stocks à des Energies de flux

Réduire les émissions de CO2Isolation thermique, ECS, CVC, Eclairage, Véhicules

… parmi les solutions les plus efficaces

Source : http://www.epa.gov/oar/caaac/coaltech/2007_05_mckinsey.pdf

Objectifs Grenelle

Notes : * électricité nécessaire pour les services qui ne peuvent être rendus que par l’usage de l'énergie électrique, tels que l'éclairage et l'électroménager. Elle ne prend pas en compte l'eau chaude, le chauffage et la cuisson, qui peuvent utiliser différents types d'énergie ; ** corrigé des variations climatiques, c'est-à-dire calculé en tenant compte d'un indice de rigueur climatique, permettant d'obtenir la consommation correspondant à des conditions climatiques "normales".Source : Ceren.

RT2012 – 2020Réduction des consommations

Production locale

Bati existant conso 2005 conso 2012 production locale

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

100

energie grise PV CESI

eau chaude sanitaire

kW

he

p /

m2

.an

RT 2020

Ordres de grandeur des consommations et productions locales d’énergie pour un logement

RT 2012

FRANCE5 usages RTChauffageVentilationClimatisationECSEclairage/Aux.

Source : ENERTECH Olivier SIDLER

Consommation d’électricité Eclairage/Electroménager/Multimédia

« MAIS un effort de 80 kWh/m².an est annulé par 20 km parcouru en véhicule particulier par jour, ce qui pose le problème du lien urbanisme/transport …»

Source : Rolf Disch - PlusEnergieHaus Freiburg

… des Bâtiments à Energie Positive… mal localisés ?

Emissions (tCO2/pers/an)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

1970 1980 1990 2000 2010

Chauffage

Voiture particulière

Source : JP Traisnel

Source : CAS : Centre d’Analyse Stratégique - Commission Énergie - Avril 2007

Source : Lille Métropole

Famille : 3 personnes - 100 m² - Gaz naturel

Performance & Localisation

Bati exis-tant

conso 2005

conso 2012

production locale

électricité spécifique mobilité

energie grise

-200

-150

-100

-50

0

50

100

mobilité energie grise

PV eclairage+auxiliaires

chauffage

kWh

ep /

m2.

an

R X 2050 ?

Conso. Occupants

Prod.

Des Bâtiments Economes & Producteurs d’Energie… mais des usagers « énergivores »

RT 2020

Manque l’Energie Grise des Equipements Electrodomestiques et de la Mobilité

2 autres usages + 1 impact

Conso.

La voiture,nouvelle charge

ou nouvel équipement du bâtiment ?

http://www.batiactu.com/edito/une-maison-pour-mettre-l-energie-positive-a-portee-p3-23523.php

Capteurs Thermiques

Capteurs PV

Ballons ECS

Batteries

Hybride : électro-solaire, gaz-solaire, biomasse-solaire …

Production Intermittente – Consommation variableStockage

Stockage

2300 kWh/an

2000 kWh/an*

*Pour un VE avec une consommation de 150Wh/km parcourant 13000 km/an

CESIChauffe-eau Solaire Individuel

VESIVéhicule Electrique Solaire Individuel

CESI et VESI

15-20m²3-5 m²

Production

Consommation

Ballon300 - 500 l 15 - 20 kWh

Batterie ElectrochimiqueH2PAC

Appoint Bi-directionnel ?

Prolongateur d ’autonomieEffaceur de Pic

Emprise au sol maximale (estimation) : 1 m x 1,4 m (avec panneaux solaires) - 0,8 m x 1,2 m (sans panneaux solaires). Poids total : 200 à 250 kg - Capacité batteries : 4 kWh environ.Plusieurs technologies de batteries plomb envisagées. Puissance photovoltaïque crête : 200 W

Stockage ThermiqueInertie du bâtiFroid DomestiqueBallons ECS…

Stockage ElectriqueStationnaireMobile (VE) …

Intermittence Production/ConsommationStockage (Froid/Chaud/Electricité)

ApportsInternes

Capteurs Th/PV

3FroidFrigo

1 Inertie Th.

du Bâti

2ChaudECS

ApportsSolaires

4Stockage Electrique

Stationnaire3-4 kWh

5Stockage

Electrique Mobile15 – 20 kWhMutualisation des équipements : chaud/froid ?

Multifonctionnalité des équipements : stockage/mobilité ?

RafraichissementNocturne

Electroménager3000 - 6000 kWh/an10 - 20 kWh/jour1000 - 2000 kWh/pers

Ecrêtage3 kWh/jour

150/200 Wh/km

200 km

100 km

80% < 60km

Source : IFRI-IEA-Fulton

VE : système de stockage mobile ?

25 kWh

Vers une convergence Bâtiment-Transport ?

Connaissance des usages

Le VE, unité de stockage d’électricité

Stockage stationnaire

Support réseau

Production locale EnR

Véhicule électrique – Stockage d’appoint

Consommation électrique

Etat du réseau électrique

Prévisionsmétéorologiques

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Connaissance des déplacements

Courbe de charge journalièrescenario 3, journée d’avril

PAGE 28

Etat de charge VE

Etat de charge Batteries

Conso Maison

Prod PV

Alimentation par batterie

Pui

ssan

ce (

W)

SO

C (%

)

Absence du VE

Recharge batterie par PV

Source ; http://www.stats.environnement.developpement-durable.gouv.fr/acces-thematique/territoire/occupation-des-sols-et-paysages/indicateurs-cle-occupation-des-sols.html

France : 543 965 km²

1,5 % Sols Bâtis 8142 km²

9,4 % Zones Artificialisées 51 447 km²

Consommation électrique française : 550 TWh/an- Energie solaire reçue par un carré de notre sol d'environ 25 km sur 25 km- PV : 10 % rendement - 5000 km²

5000 km² : 61 % Sols Bâtis 9.72 % Zones Artificialisées

Production locale / Surface disponibleOccupation / Utilisation des sols

Europe : Surface au sol des bâtiments 22 000 km² (carré de 150 km de coté).40% des toitures et 15 % des façades : adaptées pour l’installation de panneaux PV.Rendement : 15%

Production Potentielle : 1400 TWh = 40% consommation d’électricité en EuropeSource : European Photovoltaic Industry Association (EPIA),

GE SmartHouse

Surface de toit potentiellement utilisable pour le solaire thermique :32,1 m² / 100 m² pour le canton de Fribourg31,6 m² / 100 m² pour la ville de Zurich.

Surfaces de captage d'orientation optimale (orientée au sud et inclinaison moyenne).11,7 m² pour 100 m² de surface habitable chauffée - Fribourg4,8 m² pour 100 m² de surface habitable chauffée - Ville de Zurich.

Explications : Nombre d'étages, Plus de toits orientés de manière optimale pour le canton de Fribourg

Bâtiments Basse Consommation (Minergie) + 100 l de stockage par m² de capteur solaire

70 % des besoins (Chauffage, ECS et air ambiant) sont alors couverts pour : - 50 % des bâtiments d'habitation du canton de Fribourg

- 12,5 % de ceux situés à Zurich

Un « potentiel solaire thermique » nettement plus élevé à la campagne qu'en ville Densification ?Source : Le Moniteur - 2011

Potentiel Énergétique des Toitures210 bâtiments à Zurich

Un millier à Fribourg

Villes étalées :Consommation Transport élevéemais potentialité de production ENR élevée (PV, éolien … )

Villes denses :Consommation Transport Réduitemais potentialité de production ENR faible

Villes Denses / Villes Etalées

Réduction Consommation / Potentialité de production

Source : CERTU – Newman & Kenworthy

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N+K : Transport « pétrole »

Production ENR

Source : Raphael Ménard ECEEE – 2011

1 kWh = 3,6 MJ

Vers des Territoires à Energie Positive

500 000 MJ EP/ha/an 5,4 kWh élec./m2/an 5,4% du territoire urbain1 000 000 MJ EP/ha/an 10,8 kWh élec./m2/an 5,4% du territoire urbain

Production ENR

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N+K : Transport « pétrole »

Production ENR + VE

Source : Raphael Ménard ECEEE – 2011

1 kWh = 3,6 MJ

Villes Denses / Villes Etalées

Réduction Consommation / Potentialité de production

Autonomie : un problème ?

La moitié des salariés travaillent à moins de 10 km de leur domicile.Plus de la moitié des véhicules est utilisée pour effectuer le trajet domicile-travail

Distance moyenne domicile-travail = 25,9 km Distance médiane domicile-travail = 7,9 km

87 % des personnes font moins de 60 km/jour en voiture

Stationnement : 4 à 8h

Gare/Parking Relais

Source : Lille Métropole

Temps de recharge ?

Les voitures ne sont utilisées que 5 % du temps, 1 heure par jour… reste donc 95 % du temps pour les recharger, 23 heures à l’arrêt… le temps de recharge est-il un problème ?

Source – GM-SAE

Où sont les véhicules ?

France : 16 Millions Maisons Individuelles16 Millions Prises ??

Source – Schneider - Renault

Faire le plein à l’arrêt et non pluss’arrêter pour faire le plein

80 % du temps

Exemples à travers le monde

Habitat & Voiture à Emission Nulle

SOURCE : Buildings Technology In the Vanguard of Eco-efficiencyErnst Ulrich von Weizsäcker, MP – SB05 – Tokyo - 2005

OPTION TOUT ELECTRIQUE

Voiture électriquePlutôt pour les déplacements urbains et péri-urbains

Toiture et/ou Façades Photovoltaïque Eolien Intégré

Toyota Dream HouseToyota : Constructeur Véhicules & Maisons

La Toyota Prius Hybrid (essence –électrique) peut être utilisée pour fournir de l’électricité à la maison pendant 36 heures en cas d’urgence.

Les capteurs photovoltaïques de la maison permettent de recharger les batteries de la voiture.

OPTION HYBRIDEMaison « station-service »Voiture « cogénérateur  »

Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CH

Echelle locale

Projet Living & MobilityUniversité de Lucerne-CH

SMARTGRID-SMARTHOUSE

Projet HONDA E_KIZUNA

Projet Volvo-A-HUS-VattenfallOne Tonne Life

Concept MFC 2020

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Projet Energie-Plus-HouseBerlin

http://www.bmvbs.de/SharedDocs/DE/Artikel/B/neues-energie-plus-haus-berlin.html?nn=36210

Projet Démonstrateur Smart Grid - Village Rokkasho - Japon

Smart Grid Demonstration project in Rokkasho Village – JWD – Toyota – Panasonic - Hitachi

« L’intégration totale entre résidence et voiture est enfin arrivée » Senta Morioka, PDG de Toyota HomeDécembre 2010

Projet MEREGIO - Allemagne

Borne Bidirectionnelle

Projet SHARP - ECOHOUSE

Projet NISSAN/SEKISUI HOUSE

La Nissan LEAF est donc en mesure de faire office de dispositif de stockage d'électricité pour la maison en prévision de coupures de courant et/ou de pénuries.La batterie lithium-ion de la voiture est capable de stocker jusqu'à 24 kW/h d'électricité, quantité d'énergie suffisante à l'alimentation d'un foyer japonais moyen pendant environ 48 heuresQuestions : durabilité des batteries – cycles charges/décharges

Mitsubishi: i-MiEV alimentation équipment électro-domestique

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Aujourd’hui :Alimentation d’un téléphone ou d’un ordinateur portable.

Demain :Prise : 100 VPuissance : 1500 W

Batterie lithium-ion : 16 kWh,Consommation d’un ménage pour environ 1, 5 jour

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Quelles solutions ?GM Personal Ecosystem

Le VE, un nouvel équipementdu bâtiment

Nouveau ParadigmeEchelle du Quartier / Ville / Territoire

BEPOS / Micro-Réseaux

Source NREL : Image originale - Dean Armstrong – Terry Penney)

http://www.cadastre.gouv.fr/scpc/rechercherPlan.do#

PERFORMANCEConsommationPotentialité de ProductionStockage/Mutualisation

LOCALISATIONDistances Travail Ecole Commerces Loisirs

NUISANCESCarte BruitPollution…

Cadastre « Synergétique »

Autres mutualisations possibles ?

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Mutualisationéquipements domestiques

Réfrigérateur/CongélateurFroid

Chauffe-eau ThermodynamiqueChaud

Climatisation et ECS ?

Mutualisationéquipements informatiques / PC / ECS

Mutualisation à l échelle des bâtiments

www.helen.fi

Data-Center : Nouvelles Chaufferies ? ECS/Piscine …

… des idées anciennes …

1912

Source : Hermes

La voiture comme cogénérateur mobileLa voiture, comme système de chauffageCSTB Magazine n°98, oct. 1996

1996

Source : Revue 3EI n°36 mars 2004Bernard MULTON, Gael ROBIN, Marie RUELLAN, Hamid BEN AHMED - ENS Cachan

Courbe de la puissance mondiale de combustion des carburants fossiles

MERCI pour votre attention

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