Urbanisme et énergie Quartiers durables F4

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Octobre 2006, Eco le des mines JP Traisnel, 1 Urbanisme et énergie Quartiers durables F4 Jean-Pierre TRAISNEL CNRS, LTMU UMR 7136 Institut français d’urbanisme

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Urbanisme et énergie Quartiers durables F4. Jean-Pierre TRAISNEL CNRS, LTMU UMR 7136 Institut français d’urbanisme. Fil conducteur:. Nous entrons dans une « nouvelle ère » de la société post industrielle (de rareté des ressources) - PowerPoint PPT Presentation

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Urbanisme et énergieQuartiers durables F4

Jean-Pierre TRAISNELCNRS, LTMU UMR 7136

Institut français d’urbanisme

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Fil conducteur:• Nous entrons dans une « nouvelle ère » de la

société post industrielle (de rareté des ressources)

• Marquée par un coût plus élevé (et appelé à croître encore) de l’énergie, sous toutes ses formes (offre-demande)

• Dans un contexte de changement climatique avéré, lié aux émissions anthropiques

• Qui interroge notre mode d’organisation de l’espace (limites des réponses technologiques, et au-delà des comportements individuels, quels modes de vie?)

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Plan• Le contexte du facteur 4• Situation du problème: secteurs habitat / transport• Connaissance du parc: faible taux de

renouvellement, mais accroissement revu à la hausse (400.000 logts neufs /an);

• Les MTD (bâti+équipement) : quelle compatibilité avec le facteur 4? (quelques ruptures technologiques, telles l’isolation par l’extérieur)

• Les formes urbaines et les impacts environnementaux (chauffage, déplacements, alimentation) : comment faire l’économie d’une approche d’aménagement?

• Quartiers durables et facteur 4: ville chinoise et projets français

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Sources bibliographiques• Rapport du Groupe de travail « Division par quatre des émissions de

gaz à effet de serre de la France à l’horizon 2050 » sous la présidence de Christian de Boissieu, Août 2006, www.industrie.gouv.fr/energie/facteur4.htm

• Rapport de la mission d’information sur l’effet de serre, Président Jean-Yves Le DÉAUT, Assemblée nationale, 12 avril 2006, 224 p.

• The European environment - State and outlook 2005. Agence européenne de l’environnement, juin 2006.

• Collectivités locales, changement climatique: êtes-vous prêt ? Un guide pour l’adaptation à l’attention des collectivités locales, ONERC, Observatoire national sur les effets du réchauffement climatique, mars 2004.

• Site de la MIES, www.effet-de-serre.gouv.fr.• Territoires 2030, Revue scientifique de la Datar consacrée aux

territoires et à la prospective, DIACT, décembre 2005 n° 2.• Publications du CLIP: Habitat et développement durable, cf.

www.iddri.org/iddri/telecharge/cahier-du-clip/clip_13.pdf) • Habitat-transport : recherche ETHEL, cf. http://ethel.ish-lyon.cnrs.fr (voir travaux en cours)

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Facteur 4• « Deux fois plus de bien-être pour deux fois moins de ressources

naturelles » (Ernst von Weizsächer, Amory B. Lovins, L. Hunter Lovins, rapport au Club de Rome, 1997).

• Pour les émissions de GES : l’objectif est de stabiliser les concentrations dans l’atmosphère à 550 ppm vers la fin du siècle (soit à 450 ppm pour le CO2 qui représente 70% des émissions anthropiques de GES), afin de limiter le réchauffement à une fourchette : +1,5°C à +3,9°C.

• Niveau actuel: 382 ppm pour le CO2, avec une croissance de 2 ppm/an• Il faut pour cela réduire les émissions annuelles à 4 GtC en 2050, soit

atteindre un niveau d’émissions moyen de 0,5 à 0,6 teC par habitant, alors qu’il est le double aujourd’hui (Facteur 2 à l’échelle mondiale).

• En France, 140 Mt pour 61 Millions d’habitant en 2005: atteindre 40, soit une division légèrement inférieure à 4 (qu’on appliquerait à la référence Kyoto de 1990).

• Mais il conviendrait d‘agir sur les 6 gaz concernés: CO2, CH4, N2O,PFC, HCF, SF6.

• L‘objectif F4 est inscrit dans la loi de programme fixant les orientations de la politique énergétique du 13 juillet 2005.

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Le bouquet énergétique prévisible (2005-2050)• Nucléaire, potentiel réduit en part d’énergie finale:

– 17% (France)– 6% (Europe)– 2% (monde)

• Relance du charbon : si solutions de captage et stockage du CO2 (CSC, mais quel investissement en 20 ans?)

• ENR (PV, éolien) : en essor, mais ne peuvent assurer la production de base• Biomasse : potentiel important (forêt + cellulose)• Biocarburants: réponse partielle (monde en 2005: 15 Mtep pour 3500 Mtep

pétrole) • Gaz : transition, relais du peak oil

Pistes à privilégier rapidement :- Bâtiments existants- Transports- Cogénération (industrie notamment)- Réseau électrique: revoir sa capacité non seulement à distribuer une énergie très concentrée (max: centrales nucléaires, qui posent en conséquence des pb de refroidissement en été), mais à redistribuer des quantités importantes d’électricité décentralisée.

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Conclusion du groupe de travailwww.industrie.gouv.fr/energie/facteur4.htm

• F4 faisable : « oui »• Est-ce que c’est facile? « non » • Et il faut commencer aujourd’hui (pas en

2040, même si on espère disposer alors de solutions technologiques plus variées).

• Infléchir avant 2020 : OK pour l’habitat, et pour les transports?

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Situation des secteurs habitat-transports

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Données nationales bâtimentEnergie, effet de serre

• 43% de la consommation totale d’ énergie finale soit 70 Mtep:– 1,1 tep /habitant (énergie

finale)– 500 kWh / m2 (énergie

primaire)• 35% des émissions de CO2 : 120

Mt, soit 0,5tC/habitant• Parc :

– 30 Millions de logements– 814 Mm2 tertiaire

Données 2000 Energie finale Emissions

  en Mtep en MtC

sidérurgie 6,17 6

industrie 32,07 19

résidentiel 44,49 23

tertiaire 22,28 12

agriculture 3,06 3

transports 49,43 43

TOTAL 157,5 106

Emissions dues à la consommation d'énergie (Tous secteurs, données P.

Radanne)

Secteur du bâtiment(France, 2002, données Ademe)

• 31% de la consommation totale d’ énergie finale

• 40% des émissions de CO2

Bâtiment + transports: 75% des émissions de C02, 64% des émissions de GES

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Emissions en MteCO2

1990 2002 Evolution par rapport à 1990

Transport 121,5 149,5 28

Résidentiel-tertiaire

89,5 97,4 7,9

Industrie 141,2 115 -26,2

Energie 80,6 68,6 -11,9

Agriculture/foret 116,1 108,6 -7,4

Déchets 15,9 14,7 -1,1

Total 564,7 553,9 -10,9

Source : Plan Climat 2004, annexe 2, p.82

Millions de tep

%

Sidérurgie 5,8 3,6

Industrie (hors sidérurgie) 31,9 19,8

Résidentiel - tertiaire 69,8 43,3

Agriculture 2,9 1,8

Transports (hors soutes maritimes internationales)

50,8 31,5

161,2 100,0

Répartition sectorielle des consommations énergétiques finales en 2004

Source : DGEMP – Observatoire de l’Energie 2005, p.16

Emissions en MteCO2

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Emissions dans l'air de CO2 en France métropolitaine (1970-2003)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

1970

1972

1974

1976

1978

1980

1982

1984

1986

1988

1990

1992

1994

1996

1998

2000

2002

Mill

ions

de

tonn

es Transport routier

Résidentiel tertiaire

Industrie manufacturière

Agriculture sylviculture

Transformation d'énergie

Autres Transports

Autres

Source : CITEPA (2005), (LET, ETHEL)

Progression des émissions liées au transport routier de 1970 à 2002

(+150% sur la période, soit un taux de croissance annuel moyen de près de 3%).

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Le parc de résidences principales

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0

10

20

30

40

50

60

70

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

population

Nb ménages

Projections de population et du nombre de ménages, en millions.D’après : données INSEE, projections à l’horizon 2030.

0

10

20

30

40

50

60

70

1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035

population

Nb ménages

Taux de croissance annuels de la population et du nombre de ménages.D’après : données INSEE, projections à l’horizon 2030.

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Surface habitable (m2/pers.)

25

30

35

40

45

50

1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040

Moy

MI

IC

tendanciellemoyenne

Taille des ménages

1,5

2

2,5

3

1990 2000 2010 2020 2030 2040

Moy

MI

IC

Diminution de la taille des ménages à l’horizon 2030 D’après: INSEE – OMPHALE pour la moyenne, projection LTMU-UTC pour MI (maison individuelle) et IC (immeuble collectif) avec l’hypothèse d’une affectation de la population en logement neuf à 70% en MI après 2000 (soit environ 64% de logements neufs en MI).

Projection des surfaces habitables en moyenne du parc, dans les maisons individuelles et les immeubles collectifs.Données 1980-2002 : enquête Logement 2002, INSEE « De plus en plus de maisons individuelles », Alain Jacquot, Insee N° 885 - FÉVRIER 2003. Projections : LTMU-UTC [hypothèse d’une affectation de la population en logement neuf à 70% en MI après 2000], d’après INSEE – OMPHALE

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ordres de grandeur :- 24 millions de logements

- construction neuve de 300.000 logements/an- sorties, de l’ordre de 60.000 logements par an,

soit un accroissement du parc de 240.000 logt/an.

Mouvements dans le parc, en nombre de logements

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040

logt neufs

sorties

Accroissement

Prospective des mouvements dans le parc (2005-2030), en nombre de logements.

Taux d’accroissement : 1%/an

Taux de renouvellement?

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Effectif de MI et IC en fonction de l'époque de construction

0

1 000 000

2 000 000

3 000 000

4 000 000

Avant1914

1915-1948

1949-1967

1968-1974

1975-1981

1982-1989

1990-1999

Epoque de construction

Nom

bre

de ré

side

nces

prin

cipa

les

Effectif MIEffectif IC

Effectifs de résidences principales selon le type et l’époque de construction

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Evolution des consommations dans le logement

020406080

100120

1973 1979 1990 1999

Mte

p

chauffage ecs et cuisson elec spécifique

Editions de l’industrie 2001

Des consommations d’électricité fortement croissantes

Année 2001,

énergie finale :

22,1 Mtep pour le tertiaire (dont 21% en électricité spécifique et 63% pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire)48 Mtep pour le résidentiel

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Usage valeur moyenne (en g de CO2/kWhe)

chauffage+pompes de circ. 180 éclairage résidentiel 116 éclairage tertiaire 80

éclairage public et industriel 109 usages résidentiels : cuisson 82 usages résidentiels : lavage 79

usages résidentiels : produits bruns 62 usages tertiaires : autres 52 usages résidentiels : ECS 40

Indicateurs de contenu en CO2 de l'électricité consommée en France(en g de CO2/kWhe)

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Parc de Résidences Principales• Les solutions existent: exemple passive haus et

bepos• Leur coût (+ 10%PH à + 20% avec PV) est

inférieur à ce que l’immobilier a absorbé chaque année depuis 2000.

• Chemin vers le F4: voir – Part de la réduction des besoins (contiguïté et

isolation du bâti) ;– Part de l’efficacité (rendement équipement, cf. pompe

à chaleur);– Part de la substitution (biomasse)

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Evolution du « produit logement »

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1. Maison isoléeSe/Sp = 3,10

2. Maisons jumeléesSe/Sp = 2,90

3. Maison en R+1Se/Sp = 2,55

4. Maisons jumelées en R+1Se/Sp = 2,10

5. Maisons en bande en R+1(10 maisons de ville)

Se/Sp = 1,80

6. Duplex superposés en R+3(10 maisons de ville)

Se/Sp = 1,25

Valeurs du rapport Senveloppe / Splancher pour six configurations de logements (sol inclus)

Rapport Senv/Splancher pour six typologies de logement

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

0 1 2 3 4 5 6 7

sol n/csol inclus

Besoins de chauffage (kWh/(m2.an)

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 Parois verticales : 12 cm d’isolant, U = 0,315 W/(m2.K), isolation par l’extérieur avec traitement des ponts thermiques ;Toiture : 20 cm d’isolant, U = 0,170 W/(m2.K) ;Sol sur terre plein : U = 0,240 W/(m2.K) ;Vitrage : U = 1,50 W/(m2.K) ;Répartition des vitrages: 50% sud, 50% nord, sur la base de Svitr/Shab = 0,30 ;Taux de renouvellement d’air : 0,6 vol/h.

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Cinq niveaux de performances environnementales projetés

Cible Consommations unitaires [kWh/(m2.an)] Remarques

RT2005(Cref)

Fossiles : 130Elect : 250 (coeff. 2,58)

) Chauffage + ECS + aux.) Energie primaire

HPE / THPE

Cref – 10%  Cref – 20% Application au 1er juillet 2007

Basse énergie 45 à 50 kWh/(m2.an) Chauffage seul, énergie finale

Minergie S (Effinergie)

Indice énergétique thermique :42 kWh/(m2.an)

Chauffage + ventil.+ ECSElectricité : facteur 2Bois : facteur 0,5

Minergie P Passive Haus

Indice: 30 kWh/(m2.an)15 kWh/m2/an

Cf. Minergie SChauffage seul, énergie finale

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Logement « basse énergie »

Exemple: "maison bois à basse consommation d'énergie en logement social« , Région Poitou-Charentes Exigences: système constructif à structure bois, consommation de chauffage inférieure à 45 kWh d’énergie finale par mètre carré de surface habitable Intégration de l’économie et de la réutilisation de l’eau.Aides : 5000 euros par logement pour un programme de 10 logements 4000 euros par logement pour un programme de 11 à 20 logements, 3000 euros par logement pour des programmes de plus de 20 logements.

SA Melloise d'H.L.M. MELLE (79), 2005

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Minergie S (Effinergie)

Minergie®-S (Standard)

Conception architecturale

Forme, orientation, répartition des vitrages optimisée, ITE

Enveloppe opaque Umurs < 0.25 W/m²K, (15-20 centimètres d'isolation)Utoiture < 0.20 W/m²K

Vitrages U < 1,1 W/m²Kvitrage double à basse émissivité

Equipements ventilation

Chauffage et ECS

« Aération douce » en cascade pour limiter les débitsVMC 2flux avec taux de récupération > 80% recommandéPuissance installée réduite, part ENR (bois, PAC, solaire ECS)

Exigences et exemples de solutions

(document Minergie)

(document Minergie)

Villa Cheseaux, Minergie

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Minergie P ou Passive Haus

Minergie®-S (Standard)

Conception architecturale

Forme, orientation, répartition des vitrages optimisée, ITECompensation (volume double hauteur) de l’effet « thermos »

Enveloppe opaque Umurs < 0.12 W/m²K (20-35 centimètres d'isolation)

Vitrages U < 0.75 W/m²Kvitrage triple à basse émissivité

Equipements ventilation

Chauffage * ECS

« Aération douce » en cascade pour limiter les débitsVMC 2flux avec taux de récupération > 80% exigé, puis canadienPuissance, inférieure à 10 W/m2 * PAC sur l’air extrait

Exigences et exemples de solutions

(document Minergie)

(document Minergie)

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Besoins de chauffage (kWh/m2.an)

0

20

40

60

80

100

120

RT2005 HPE Basse Energie MINERGIESbois PASSIV HAUS

Un pavillon R+1

Maisons de ville R+1

Duplex superp

 CasU (W/m2.K)MURS

U (W/m2.K)TOIT

U (W/m2.K)SOL

U (W/m2.K)VITRAGES

(W/m2.K)DELTAUBAT

Rair (nb V/hÉquivalent) Ich (chauffage) ECS

RT2005 0,36 0,2 0,27 1,8 0,15ITI 0,896 1,000

(PRE)Elec +

50% solaire

HPE 0,324 0,18 0,243 1,62 0,1ITE 0,896 1,408

(gaz condens)gaz +

50% solaire

F4 bioclim 0,3 0,18 0,24 1,5 0,05ITE+

0,6HygroB

2,624(bois)

Elec + 50% solaire

MINERGIESbois 0,25 0,2 0,2 1,1 0,05ITE+

0,4VMC2F

0,292(pompe à ch.)

Elec + 50% solaire

PASSIV HAUS 0,12 0,12 0,12 0,75 0ITE++

0,3VMC2F

1,000(électr.)

Elec + 50% solaire

Comparaison des performances énergétiques

Consommations (chauffage + ECS) en kWh/m2.an (én. finale)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

RT2005 HPE Basse Energie MINERGIESbois PASSIV HAUS

Un pavillon R+1Maisons de ville R+1

Duplex superp

Emissions de CO2 (kgC02/m2.an)

0

5

10

15

20

25

30

RT2005 HPE Basse Energie MINERGIESbois PASSIV HAUS

Un pavillon R+1

Maisons de ville R+1

Duplex superp

Elément de comparaison :logement moyen (200 kWh/m2) chauffage + ECS gaz (205 gCO2/kwh)Emissions CO2 : 41 kg CO2/m2(moyenne chauffage seul Métropole 2000: 30)Facteur 4 : 10 kg CO2/m2

  gCO2/kWhCharbon 355Fuel 271GPL 231Gaz 205CHU 154Bois 0Elect (chauff/ECS) 180/40

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Scénario « Facteur 4 » : définition de la cible Energie finale en 2050 (facteur 2)

33,11 Mtep (2000)

18 Mtep (2050)

Bois

7,4

Comb. fossiles

22,25

Bois

10,8

Gaz+ GPL 6,4

Comb. fossiles

17,21

Comb foss 4,13

Hors bois : 18,15 MtC (2000)

Hors bois : 4,37 MtC (2050)

A

D

B

C

Facteur 2 H2 : Facteur 4 H1 : +1%/an

(électricité)

(électricité)

ENERGIE EMISSIONS

Hypothèses:H1 : croissance de l’énergie bois (finale) de 1% par an (2000 à 2050)H2 : division par 4 des émissions de CO2 (en MtC), hors bois,(électricité et combustibles fossiles)

A (moy. comb.fossiles 2000) : 0,773 (tC/tep finale)B (électricité 2000) : 0,268C (électricité 2050) : 0,332D (moyenne Gaz-GPL 2050) : 0,643

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Les transports

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L’inversion des priorités : dépendance à la VP(confort d’été?)

Emissions (tCO2/pers/an)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

1970 1980 1990 2000 2010

Chauffage

Voiture particulière

Deux questions liées: performance constructive et localisation

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Part des modes dans la consommation d'énergie de traction par mode de transport en 2002

Transport ferroviaire SNCF

2%

Transport routier de marchandises

32%Transports individuels

47%

Oléoducs (électricité)0% Transport aérien

12%

Transport urbain de voyageurs

1%Transport routier de voyageurs (gazole)

1%Navigation intérieure

(fuel)0%Transport maritime:

diesel maritime, fioul5%

Source: Comptes transport en 2002, (LET, ETHEL)

En 2002, avec 25,21 millions de TEP soit 48% des consommations totales, le transport individuel se place au premier rang des consommations d’énergie de traction. Le transport routier de marchandises se place au second rang (17,5 millions de TEP soit 32% des consommations totales).Le transport représente plus de 65% des consommations de produits pétroliers de l’ensemble des secteurs d’activité. Les produits pétroliers représentent l’essentiel des consommations énergétiques du transport (98% des consommations d’énergie de traction, 1,5% élec, 0,5% GN+GPL). La consommation de produits pétroliers est absorbée à 83% par le mode routier.Les consommations de produits pétroliers du mode routier se répartissent globalement entre 60% pour le transport de personnes et 40% pour le transport de marchandises .

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Emissions %

route 129,4 94,0

fer 0,7 0,5

fluvial 2,2 1,6

maritime 1,5 1,1

aérien 3,8 2,8

Total transport 137,6 100,0

Emissions de CO2  des transports en 2003

Sources : CITEPA (2005)(LET, ETHEL)

Répartition des émissions de CO2 du mode routier par type de véhicule en 2003

Deux roues1%

Poids lourds26%

Véhicules utilitaires

17%

Voitures particulières

56%

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Octobre 2006, Ecole des mines

JP Traisnel, 32

Double effet du revenu et de la localisation (i.e. de déterminants spatiaux appréhendés par les densités et types de tissus) dans l’explication des kilométrages parcourus, de la motorisation et des consommations de carburant.

0

400

800

1200

1600

2000

2400

G1 G2 G3 G4 G5 G6

CO

2 (k

g/an

)

Mobilité locale Mobilité longue distance

Emissions mobilité globale selon le revenu (par sextile), données 1994:Croissance très forte de la mobilité longue distance ((LET, ETHEL)

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Octobre 2006, Ecole des mines

JP Traisnel, 33

Perth

100

200

300

400

500

600

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130

Houston

Phoenix

Detroit Denver

Los Angeles San Francisco

Boston Washington Chicago New York

Toronto

Melbourne Sydney

Francfort Zurich

Bruxelles Berlin Ouest

Amsterdam Vienne Tokyo

Singapour Moscou

Hong-Kong

Brisbane Adelaïde

Hambourg

Copenhague

Stockholm Paris

Munich Londres

Consommation annuelle de carburant par personne (gallons, 1980)

Densité urbaine (nb de personnes par acre) Source : Newmann et Kenworthy, 1989

=> Introduction du débat urbanisme et dépendance automobile :

ville dense/compacte vs ville diffuse

Consommations énergétiques et densités

Page 34: Urbanisme et énergie Quartiers durables F4

Octobre 2006, Ecole des mines

JP Traisnel, 34

Urbanisme

• « nous sommes entrés dans un monde de ressources rares… »

• La moitié des déplacements en VP se font sur des distances < 3 km (F4, p. 15)

• Cadre des « impulsions collectives ».• Développement des circuits courts

(réseaux de chaleur, accès aux services, approvisionnements)

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JP Traisnel, 35

Comparaison de 3 morphologies urbaines

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JP Traisnel, 36

Comparaisons, 3 formes urbaines

Emissions de CO2 par personne (en TeC/an)(logement neuf)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1 2 3

Autres

Déplacements

Rénovation

Cons chauffage (neuf)

0

5

10

15

20

25

Paris Banlieue Périphérie

Surface voiries + stationnement(m2/personne)

Région IdF:1. Paris (immeuble urbain)2. Banlieue (grand ensemble)3. Périphérie (pavillonnaire)

0

0,5

1

1,5

2

Paris HLM Pavillon

S enveloppe extérieure / S habitable

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JP Traisnel, 37

EXERCICE

• Logement Niveau « basse énergie »• Quel est le gain en CO2?• Quelle distance parcourue

quotidiennement en VP pour annuler ce gain?