Gnie climatique dans le btimentThermique du btiment

par Grard GuarracinoDirecteur du Laboratoire des Sciences de lHabitatDpartement Gnie civil et Btimentcole Nationale des Travaux Publics de ltat (ENTPE)

volution de lhumanit est fortement lie au dveloppement des ressour-ces nergtiques, traduite par une augmentation quasi-exponentielle de la

consommation nergtique mondiale, celle-ci dpendante de la croissance duPIB jusqu la premire crise ptrolire en 1974.

Depuis le dbut des annes 1980, les contraintes lies Iutilisation rationnellede lnergie ont conduit loptimisation des systmes nergtiques. celasajoutent les exigences cologiques et de dveloppement durable apparues audbut de la dcennie 1990.

Le domaine du gnie nergtique est donc un composant important du champscientifique de lingnieur. Le renchrissement du cot de lnergie, la com-plexit technique croissante et la multiplication des problmes instationnairesont en effet donn une importance particulire au traitement de la thermique dubtiment. Faut-il rappeler que le secteur du btiment est le plus gros consomma-teur dnergie en France avec 45 %, en moyenne, de la consommation totale.

Lobjectif de la rubrique est de contribuer lanalyse des phnomnes et auxchoix du formalisme mathmatique adapt, domaine dexcellence de ling-nieur.

Le contexte conomique en relation avec le prix de lnergie, la recherchedune plus grande qualit du bti et les exigences induites par les mesures desauvegarde de lenvironnement, sont donc lorigine de la transformationimportante des concepts et des technologies utilises depuis quelques annes.

ces aspects, il faut associer, mon sens, lvolution des rapports entre lesdiverses contraintes de la conception dun btiment, passant progressivementde la prdominance du couplage entre lossature et lenveloppe au dbut dusicle celle du couplage entre les quipements techniques et les fonctions delenveloppe.

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Ainsi, partir de la gestion rudimentaire de lnergie, les ressources desmicroprocesseurs permettent la Gestion Technique dun Btiment, dont le champdapplication dpasse largement les seuls besoins lis la consommation desdiffrents usages de lnergie.

Depuis de nombreuses annes, la question du confort, au sens de la problma-tique des ambiances, suscite un intrt croissant dans le domaine du btiment,impliquant une nouvelle approche du systme constitu par lenveloppe, lesquipements et les occupants, et formule par les architectes du Mouvementmoderne avant la deuxime guerre mondiale.

Par exemple, dans sa qute de recherche pour la conception de la villeradieuse , larchitecte Le Corbusier a adress un questionnaire, paru en 1933,aux mdecins, aux installateurs de froid et de chaud, aux physiciens et aux archi-tectes. Ce questionnaire portait principalement sur les qualits de lair extrieuret intrieur dit air exact 18 C associ aux conditions de temprature, dhygro-mtrie et de renouvellement dair, sur le bruit extrieur, sur la lumire et lerayonnement solaire, ainsi que sur la lumire artificielle.

En fait les individus passant la majeure partie de leur temps en milieu clos,habitat, logement, bureau et plus gnralement lieux de travail voire habitaclede voiture, il est naturel de rechercher la meilleure qualit despace de vie. De

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nos jours, ils y ajoutent la dimension du temps et la notion dindividualisation oudappropriation de lespace. Un enjeu complmentaire est apparu rcemment,celui du syndrome des btiments malsains li lusage des matriaux, laconception, la ralisation et la maintenance de certains quipements dugnie climatique.

La problmatique de lutilisation rationnelle de lnergie est de matriser enparticulier le cot dexploitation dun btiment malgr une certaine augmenta-tion, dans le futur, du prix de lnergie utilise et de contribuer une rductiondes missions de polluants.

En remontant la machine du temps, la progression est saisissante, tout enconservant la dualit entre lvolution technologique et les contraintes cono-miques ou environnementales :

mergence de la science de la Thermique entre 1770 et 1830, en raison descontraintes de chauffage avec accroissement des besoins et diminution des dis-ponibilits du bois de chauffage ;

apparition de nouveaux procds techniques, conduite deau chaude enGrande-Bretagne, ou de nouveaux procds thoriques, apports thoriques deFourier en France ;

passage de la technique la science grce aux ingnieurs la fin de lapriode de la Restauration par lamlioration du rendement des fours, lappari-tion du gaz dclairage et le dveloppement des rseaux.

Plus proche de la priode contemporaine, la gense de lutilisation des techni-ques solaires appliques au btiment est rvlatrice de la dualit voque prc-demment.

En effet, sur la base de phnomnes physiques connus depuis plus dun sicle,leffet de serre pour les usages thermiques et la conversion photovoltaque delnergie solaire pour la production lectrique sont lorigine de la conceptionde systmes nergtiques adapts certaines fonctions du btiment. Mais leurdveloppement est troitement li au contexte global technique et conomiquenational et international. Les programmes de dveloppement initis au cours dela dcennie 1970, amplifis au dbut de la dcennie suivante avec, en particulierla cration du Commissariat lnergie Solaire (1982) ont t trs sensiblementrduits partir de 1986. Plus gnralement, il en a t de mme avec les techni-ques de la matrise de lnergie dans le btiment.

Les engagements internationaux de la France lors de la convention cadre desNations Unies sur les changements climatiques, labore Rio de Janeiro enjuin 1992, ont impos une nouvelle stratgie de politique technique induisantune mise niveau de certaines technologies antrieures et impulsant de nou-veaux dveloppements.

Les exigences rglementaires traduisent cette volution depans en y ajoutant limpact du contexte europen. Ainsi, parcoefficient de dperditions surfaciques, coefficient K en 1974, de novembre 2000 demande aux concepteurs de travailler surglobale annuelle nergtique dun btiment, rsidentiel oucompte les conditions hivernales et estivales.

Les mthodes de calcul, les outils de simulation numriquassociant lintelligence artificielle et loffre technologique ont dprofonde mutation.

Lvaluation et loptimisation technico-conomique des bconstruction ou leur amlioration sont donc approches par plus en plus labores. La construction dun btiment, hautnementale, conome et confortable est dsormais possibledomaine rglementaire.

La collection des Techniques de lIngnieur rend compte de clintermdiaire des rubriques suivantes :

thermique de lhabitat, chauffage des locaux, climatisation et conditionnement dair, conduite des installations.exploitation du droit de copie est strictement interdite. trait Gnie nergtique

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