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PETIT MANUEL PRATIQUE DE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE POUR LE BÂTIMENT ET LA VILLE CONVICTIONS ET SOLUTIONS D’INGENIEURS-CONCEPTEURS


PETIT MANUEL PRATIQUE DE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE POUR LE BÂTIMENT ET LA VILLE CONVICTIONS ET SOLUTIONS D’INGENIEURS-CONCEPTEURS

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1

p.4

CONTEXTE ET CONVICTIONS D’INGÉNIEURS DE LONG TERME p.6 L’EFFET DE LEVIER DE NOS INGÉNIEURS ! p.8

2

INTRODUCTION A

3

4

NOTRE ÉQUATION FONDAMENTALE p.9

DES QUESTIONS COMPLÉMENTAIRES ?

p.12

p.12

ENERGIE, MODE D’EMPLOI PRÉALABLE 1: « C'EST QUOI L'ÉNERGIE PRIMAIRE ? » p.16

1

2

9

PRÉALABLE 2 : « AU SECOURS, JE M'EMMÊLE DANS LES UNITÉS ! » p.18

LES RÉSEAUX 3 DE CHALEUR : SOLUTIONS D’AVENIR ? p.34 10

4

QU’EST CE QU’ÊTRE « ÉNERGÉTIQUEMENT CONTEXTUEL » ? p.30

8

7

POURQUOI L'ÉNERGIE GRISE EST IMPORTANTE ? p.21

C’EST QUOI UN « SMARTGRID » THERMIQUE ? p.37 11

B

ET POUR MON LOGEMENT, JE FAIS QUOI ? p.27

6

ALLER AU-DELÀ DES CONSOMMATIONS RÉGLEMENTAIRES ? p.24

5

COMMENT LES COÛTS FINAUX RISQUENT-ILS D’ÉVOLUER ? p.28

COMPTER L’ENERGIE p.25

LE COÛT GLOBAL ÉNERGÉTIQUE : MIRAGE OU GRAAL ? p.39

JE NE COMPRENDS

18 RIEN À LA

GÉOTHERMIE ! p.56

12 ACCUEILLIR LES

SOLUTIONS DU FUTUR p.40 13

COGÉNÉRATION EN VILLE :

19 QUELLES TENDANCES POUR LE FUTUR ? p.59 20

17

LA PARITÉ RÉSEAU CE SERA QUAND ? p.41 16

14 ON FAIT QUOI

AVEC LE SOLEIL ? p.44 15

QUELLE(S) RÉNOVATION(S) ÉNERGÉTIQUE(S) ? p.62 21

2

ET LA LUMIÈRE ? p.51

VIVE LA BIOMASSE ! p.48

25

SAIT-ON GARANTIR LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE ? p.64 VOUS SOUHAITEZ 22 ENCLENCHER UNE DÉMARCHE DE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE À L'ÉCHELLE LOCALE ? p.68

VIVE LE BIEN-ÊTRE ! p.53

L’EAU CHAUDE SANITAIRE : ENJEUX DE DEMAIN p.73

QUELLES SOLUTIONS

24 DE STOCKAGE ET DE ROBUSTESSE D‘APPROVISIONNEMENT ? p.72 23

CHANGEMENT CLIMATIQUE : QUELLES CONSÉQUENCES ? p.70


p.75

COMMENT AGIR ? C

1

CARTE GLOBALE 2 DES EXPERTISES p.78 TCÉ : LE « TOUT-CORPS D’ÉTAT ÉNERGÉTIQUE » p.76

p.80

QUELQUES RÉFÉRENCES D

1

QUELQUES PROJETS p.82 2

QUELQUES PUBLICATIONS p.84

p.89

PERSONNALITÉS E

1

MINI-BIO DE NOS RÉFÉRENTS p.90

SOMMAIRE 3


p.4p.4

INTROINTRO-A A DUCTION DUCTION

4


1

CONTEXTE CONTEXTE ET CONVICTIONS ET CONVICTIONS 1 D’INGÉNIEURS D’INGÉNIEURS p.6 p.6 DE LONG TERME DE LONG TERME 2 3

4

L’EFFET DE LEVIER L’EFFET DE LEVIER 2 DE NOS INGÉNIEURS ! p.8 DE NOS INGÉNIEURS ! p.8 NOTRE ÉQUATION ÉQUATION 3 NOTRE FONDAMENTALE FONDAMENTALE p.9 p.9

DESDES QUESTIONS QUESTIONS COMPLÉMENTAIRES ? p.12 COMPLÉMENTAIRES ? p.12

4

5


Introduction par Raphaël Ménard

1

CONTEXTE ET CONVICTIONS D’INGÉNIEURS DE LONG TERME

Faisons simple ! Et pour une fois l’économie des poncifs rappelle le poids considérable des bâtiments dans la consommation finale d’énergie, comme le rôle de nos architectures dans les émissions globales de gaz à effet de serre. Nous, ingénieurs et concepteurs, souhaiterions que ce livret puisse aider à révéler de façon simple et didactique la diversité des enjeux associés à l’énergie. Eclairer nos partenaires et nos clients sur des solutions simples et disponibles pour transformer l’urbain.

Démocratiser la science et la technique À l’heure des débats nationaux sur la transition énergétique, nous souhaitons que l’énergie ne reste pas l’apanage d’experts : une mutation rapide doit d’abord s’installer dans nos cultures et dans la compréhension globale des enjeux et des solutions possibles. Nous voulons aussi que cet ouvrage puisse être un ouvroir de solutions simples, robustes et faciles à mettre en œuvre.

Réduire la fracture énergétique Nous croyons fermement au rôle citoyen de l’ingénieur : ses connaissances et ses convictions techniques doivent participer au débat démocratique. L’énergie est une thématique complexe et cruciale. Le but de ce petit livre est d’œuvrer à éclairer la multitude des enjeux qui y sont associés. Quelles que soient l’échelle et les spécificités de vos problématiques, nous sommes enthousiastes pour vous accompagner et apporter des réponses contextuelles : ce guide est d’abord un mode d’emploi. Nous espérons qu’il puisse être également un révélateur de solutions pour la réhabilitation énergétique et la lutte contre la précarité.

Un regard global Changement climatique, déplétion des ressources fossiles et crise économique réclament une transition énergétique extrêmement rapide. Préparer nos territoires à l’inéluctable post-pétrole, endiguer les précarités énergétiques croissantes, favoriser les autonomies énergétiques : cela présuppose une redéfinition urgente des approches.

6


Plusieurs prospectives de production pétrolière à échéance 2100. Source : The Shift Project Data Portal

Chez Egis comme Elioth, les ingénieurs, les architectes et les urbanistes réfléchissent par exemple aux conséquences des évolutions technologiques liées à l’amélioration de l’efficacité énergétique des transports et à la parité réseau attendue des énergies renouvelables : ce point de rencontre entre consommation et autoproduction interrogera les principes d’aménagement et de morphologies urbaines qui ont guidé nos choix depuis les Trente Glorieuses.

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Par une approche en cycle de vie (extraction, production, transformation, transport, distribution, consommation, retraitement et stockage), nous zoomons dans la suite de cet opus sur les enjeux spécifiques du bâtiment et de la ville.

obsolescence

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énergie grise

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n

conso. réglementaires + spécifiques

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temps du projet

7

Voir :

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2

L’EFFET DE LEVIER DU CONCEPTEUR

L’inné énergétique Les concepteurs ont une responsabilité essentielle sur l’« inné énergétique » de notre paysage bâti. Pour le bâtiment en exploitation, nos ingénieurs sont évidemment de talentueux chasseurs pour économiser les kilowattheures de consommation. Mais prenons un peu de recul pour estimer la quantité globale d’énergie sur laquelle les concepteurs et maîtres d’ouvrage agissent : les choix de parti de construction, la durée d’obsolescence des différentes parties du bâti, le coût énergétique de la déconstruction... L’enjeu est de taille : il s’agit ni plus ni moins que de diminuer l’intensité énergétique de tout acte de construction. Cet objectif est développé dans la section suivante dans notre « Kaya-Bat ».

500 litres de pétrole par mètre-carré Pour mémoire, un baril de brut contient environ 158 litres de pétrole. L’emprise énergétique totale d’un mètre-carré construit correspond donc environ à trois barils !

Donnons quelques ordres de grandeur : un mètre-carré neuf construit, c’est environ 1000 à 2000 kWh d’énergie primaire nécessaire lors de son édification jusqu’à sa livraison . Considérons également que maîtrise d’ouvrage, maîtrise d’œuvre et constructeurs portent une responsabilité de l’ « inné énergétique » sur environ une période d’usage d’une trentaine d’année, le temps caractéristique d’une vie du bâti (avant une rénovation ou une démolition, et cette valeur constitue un ordre de grandeur).

Voir la question de l’énergie grise

Ainsi, le poids énergétique sur ce temps de vie (naissance et première vie) est de l’ordre de 3000 à 5000 kWh par mètre-carré sur une trentaine d’années. Cela représente le contenu énergétique d’une demi-tonne d’équivalent pétrole!

Voir :

B >

2

L’ingénieur, démultiplicateur de la transition Pour nos activités de conception en bâtiment, si nous résumions nos interventions à l’échelle de chaque concepteur, nous interviendrons individuellement sur environ un millier de mètre-carré livrés chaque année. Nous avons un impact sur environ 500TEP par an : cela constitue une responsabilité gigantesque !

Voir :

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2

Prendre conscience et mesurer ce rôle constitue un levier formidable et installe un chantier pédagogique unique pour refonder les stratégies de conception. C’est aussi la preuve que l’investissement dans un peu de matière grise permet sans doute d’économiser beaucoup de kWh… 8


3

NOTRE ÉQUATION FONDAMENTALE

L’équation de Kaya

Yoichi Kaya

L’équation de Kaya a été développée par Yoichi Kaya, un économiste de l’énergie japonais. Cette égalité indique que les émissions annuelles de gaz à effet de serre (ou d’équivalent CO2) peuvent s’exprimer comme le produit de quatre facteurs : 1. la population, 2. le PIB par habitant à la date considérée, 3. l’intensité énergétique (quantité nécessaire d’énergie primaire pour produire une unité de valeur de PIB) 4. l’intensité d’émission de CO2 par unité d’énergie consommée.

L’exégète de l’équation de Kaya, Jean-Marc Jancovici.

L’objectif du facteur 4 consiste à diviser par quatre la quantité annuelle des émissions de gaz à effet de serre à horizon 2050 ; cela suppose dès lors nécessairement une répartition de cet effort entre les quatre termes de droite. Et pour que la transition soit heureuse, il s’agirait de faire porter l’essentiel de la contrainte sur les deux derniers termes ! En savoir plus en flashant ce code :

L’équation appliquée au bâtiment : notre «Kaya-Bat » On ne se refait pas. Ingénieurs, nous aimons bien les chiffres. Nous avons ainsi tenté de résumer la responsabilité des parties prenantes du bâtiment, en reformulant l’équation de Kaya. Transformons cette dernière en remplaçant la donnée macro-économique (celle du PIB) par la surface du parc bâti, portons ensuite uniquement une attention aux émissions de gaz à effet de serre engendrées par le parc bâti. Sur un périmêtre spécial donné, l’équation devient alors :

9

Pouvant être la planète, l’Europe, la France, une aire métropolitaine ou un territoire de projet architectural et/ou urbain


Les quatre termes sont alors : 1. Les habitants, 2. La densité d’usage de nos bâtiments, appréciée de façon globale. Cette question fondamentale fera l’objet d’un point particulier dans la suite de ce livret. 3. La quantité annuelle et totale de consommation d’énergie par unité d’espace. Cette valeur comprend à la fois la valeur réglementaire, la consommation spécifique ainsi que l’amortissement des différentes énergies grises, mobilières et immobilières. Pour un amortissement linéaire, le rapport entre l’énergie grise et la durée d’obsolescence.

4. Le dernier terme correspond à la quantité d’émissions de gaz à effet de serre selon le mix de consommation énergétique sur la durée globale de vie du bâtiment.

Le facteur 4, on fait comment ? A l’instar de la forme générale de l’équation de Kaya, nous n’avons aucune poussée malthusienne à vouloir réduire le premier terme du membre de droite pour participer à l’effort de guerre de la division par 4 du membre de gauche ! Par contre les trois suivants ont un rôle déterminant. Diagnostics de performance énergétique 2 Bâtiment à Basse Consommation 1

Voir :

B>4

Levier 1 : consommation d’énergie par unité de surface De prime abord, nous sommes assez rompus à suivre cette indicateur : celui de nos DPE1, de notre critère d’éligibilité à être BBC2 ou évidemment en phase avec la réglementation. Toutefois, nous souhaiterions placer les enjeux à un niveau supérieur par un regard global sur l’ensemble du cycle de vie du bâti : l’énergie par unité de surface doit également comprendre l’amortissement énergétique de la construction (l’énergie grise rapportée à la durée d’obsolescence), les autres usages tant énergétiques que réglementaires (notamment l’électricité spécifique) ainsi que les consommations implicites : mobilité et alimentation.

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Levier 2 : vers des mix énergétiques peu émetteurs de gaz à effet de serre Sur l’ensemble du cycle de vie, comment réduire les émissions de gaz à effet de serre par unité de consommation énergétique ? Cela convoque toute la chaîne de transformation et notamment l’acte de construire avec l’emploi de matériaux et d’équipements dont l’empreinte environnementale est réduite. Cela interpelle les mix de production en usage afin qu’ils soient le plus faiblement émetteurs.

Levier 3 : intensifier les usages et envisager les mutations Une partie importante de l’effort peut également être réalisée en mutualisant et en intensifiant les usages afin d’augmenter le niveau moyen de densité du bâti dans son usage. A titre d’exemple, le graphique ci-dessous expose l’évolution tendantielle de la surface moyenne par personne en France sur le logement. Une partie de l’effort de sobriété énergétique par surface est ainsi perdue par l’augmentation de l’emprise spatiale moyenne par individu. Cet enjeu conditionne dès lors les ratios programmatiques et les réponses architecturales à des usages prédéterminés.

Construction en bois (pour le capex énergétique), la biomasse comme source de chaleur (pour l’opex énergétique). La famille Ingalls ne se nourrit énergétiquement que du solaire récent ! Un modèle pour nos transitions ?

Un exemple de l’évolution tendancielle de la surface moyenne des logements et de la surface par individu Figure 1 : Projection tendancielle à 2050 de la surface moyenne d’un logement

Figure 2 : Evolution des surfaces habitables de la maison individuelle

110 m2

50 m2

surface moyenne d’un logement

100

55

90

40

80

35

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25

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surface moyenne par personne

Maison individuelle

1960

1980

2000 2020 2040

2060

Immeuble Collectif

1960

1980

2000 2020 2040

2060

11

[ d’après prospective des consommations d’energie et des emissions de co2 dans l’habitat : les gisements offerts par les pompes à chaleur, Mindjid Maizia, cahier du clip, n° 18 - janvier 2007]


4

DES QUESTIONS COMPLÉMENTAIRES ?

Notre groupe de six référents (présentés dans le trombinoscope à la fin de ce document) se feront fort de répondre de façon réactive à toutes questions ou toutes problématiques que vous vous posez. Parce que la transition réclame une mobilisation importante, nous prenons l’engagement de revenir vers vous sous 24h en nous adressant une question à transition.energetique@egis.fr. Cette adresse renverra votre demande à nos six référents présentés à la fin de ce document. N’hésitez pas à adresser des demandes spécifiques de façon individuelle si la mini-bio de notre expert semble correspondre à la définition de votre question. Ils sauront évidemment aussi vous orienter vers la centaine d’experts-énergie des métiers du bâti et de l’urbain chez Egis. Pour des questions plus générales, et notamment relatives aux grosses unités de production industrielle et de transport, Egis a aussi mis en place une organisation transversale dédiée pour mettre en réseau la globalité des expertises (contact : michel.duret@egis.fr).

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p.12

ENERGIE, MODE D’EMPLOI 1

PRÉALABLE 1: « C'EST QUOI L'ÉNERGIE PRIMAIRE ? » p.16 PRÉALABLE 2 : « AU SECOURS, JE M'EMMÊLE DANS LES UNITÉS ! » p.18

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9

LES RÉSEAUX 3 DE CHALEUR : SOLUTIONS D’AVENIR ? p.34 10

POURQUOI L'ÉNERGIE GRISE EST IMPORTANTE ? p.21

C’EST QUOI UN « SMARTGRID » THERMIQUE ? p.37 11

B

4

ALLER AU-DELÀ DES CONSOMMATIONS RÉGLEMENTAIRES ? p.24

5

LE COÛT GLOBAL ÉNERGÉTIQUE : MIRAGE OU GRAAL ? p.39 12 ACCUEILLIR LES

SOLUTIONS DU FUTUR p.40 13

LA PARITÉ RÉSEAU CE SERA QUAND ? p.41 14 ON FAIT QUOI

COGÉNÉRATION EN VILLE : 19 QUELLES TENDANCES POUR LE FUTUR ? p.59 20

AVEC LE SOLEIL ? p.44 15

QUELLE(S) RÉNOVATION(S) ÉNERGÉTIQUE(S) ? p.62 21

SAIT-ON GARANTIR LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE ? p.64 VOUS SOUHAITEZ

22 ENCLENCHER UNE DÉMARCHE 14

DE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE À L'ÉCHELLE LOCALE ? p.68

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QU’EST CE QU’ÊTRE « ÉNERGÉTIQUEMENT CONTEXTUEL » ? p.30

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ET POUR MON LOGEMENT, JE FAIS QUOI ? p.27

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COMMENT LES COÛTS FINAUX RISQUENT-ILS D’ÉVOLUER ? p.28

COMPTER L’ENERGIE p.25 JE NE COMPRENDS

18 RIEN À LA

GÉOTHERMIE ! p.56

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VIVE LE BIEN-ÊTRE ! p.53

ET LA LUMIÈRE ? p.51

VIVE LA BIOMASSE ! p.48

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L’EAU CHAUDE SANITAIRE : ENJEUX DE DEMAIN p.73

QUELLES SOLUTIONS

24 DE STOCKAGE ET DE ROBUSTESSE D‘APPROVISIONNEMENT ? p.72 23

CHANGEMENT CLIMATIQUE : QUELLES CONSÉQUENCES ? p.70

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PRÉALABLE 1: « C’EST QUOI L’ÉNERGIE PRIMAIRE ? »

Par Raphaël Ménard

Rappelons-nous le premier principe Un premier rappel important : l’énergie ne se crée pas, elle ne se produit pas, elle se transforme sous différentes formes (les vecteurs énergétiques). Avant d’être consommée (ou plus exactement transformée de façon finale) dans le bâtiment et la ville, nous connaissons les vecteurs usuels nécessaires à notre vie et à nos usages contemporains : électricité, chaleur ou travail. Avant de parvenir sous ces formes utiles et finales, l’énergie a été modelée pour faciliter son usage et/ou son stockage.

Icône de repère :

P

T

C

ENR Electricité

SOLAIRES HYDRAULIQUE ÉOLIEN BIOMASSE GÉOTHERMIE

A chaque titre, la partie coloriée en bleu vous indiquera si l’on traite d’energie primaires (P), de vecteurs secondaires (T pour transformation) et ou d’usages finaux (C pour consommation).

Fossiles

Réseaux

R.C.

GAZ PETROLE CHARBON

Chaleur et froid

CARBURANTS COMBUSTIBLE

Nucléaires

TRANSFORMÉS ET/OU RAFFINÉS

MATIÈRES FISSILES OU FISSIBLES

ENERGIES PRIMAIRES

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16

VECTEURS SECONDAIRES

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CONSTRUCTION RÉNOVATION REHABILITATION DÉCONSTRUCTION

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USAGES SPÉCIFIQUES ALIMENTATION

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17

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ET

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A l’échelle du bâtiment, et si nous remontons en amont, par exemple pour l’électricité, la création du « vecteur électricité » nécessite en amont toute une chaîne de transformation. Nous appelons « énergie primaire », les vecteurs énergétiques situés en amont du cycle de transformation. Le diagramme que nous avons réalisé correspond à une simplification des transformations essentielles avant de parvenir aux différents usages nécessaires au cycle de vie du bâtiment et de la ville.


2 P

T

C

PRÉALABLE 2 : « AU SECOURS, JE M’EMMÊLE DANS LES UNITÉS ! » Par Sébastien Duprat

Plus jamais de kW/h, c’est promis ! L’énergie est une grandeur parfois obscure pour les acteurs ou clients. Les définitions ci-après visent à rappeler les bases et les bons usages des unités. Pour le grand public, une analogie à la voiture et ses km/h (kilomètre PAR heure), entraîne une erreur grossière : l’énergie se compte en kW.h (parfois noté kWh) et non en kW/h. Ainsi 20kW.h correspondent autant à 20kW de puissance consommée pendant 1 heure que 10 W consommée pendant 2000 heures. Dans l’ingénierie énergétique, il est utile d’optimiser les grandeurs suivantes :

1µW

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W) 20:m ont 40 re du W : àq cer la uar p vea uis tz s u a 30h n um c 40 ain e co W nso : la mm pui ssa ée 60 app nce W rox t ypi de : la ima que typ pui tive s ep d’u s a lafo nc n tu e 82 n be nie typi W fluo que r mic : la res d’u rop puis cen n roc san e la t ess ce mp 100 d e eà ec ur W inc Pe par : la ntiu rête c and p un m 4 ons esc cor uissa o enc ps nce mm 120 h e é u m ed ma oye d’u W : la ’ i u n nne n . n1 pui app m² s en sanc rox 500 ple e d ima in s e s tive tra W : la o o r l vai tie eil util llan puiss d’u isé np e t du anc 736 a rp ed n n W hys e s eau :1 iqu orti pho che em e d tov ent ’un val olta e . vap 900 per ïqu eur son e W pre : la n e miè pu i s res s sec ance ond d’u es n c d’u our n s eu pri r s nt ur les 6

La consommation : c’est la quantité d’énergie qui résulte d’une puissance appelée pendant un temps d’utilisation. On a coutume d’utiliser dans le bâtiment le kW.h ; mais cette grandeur est parfois exprimée différemment. Le joule (J), unité scientifique, correspond à la dissipation d’1 Watt pendant 1 seconde. A l’échelle mondiale ou en économie, on parle volontiers de TEP (Tonne Equivalent Pétrole), qui correspond au contenu énergétique d’une tonne de pétrole moyen et vaut 42 GJ.

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à3

kW : pu 40 iss k anc app W à 2 ed rox 00 k ’un ima W rad tive : int iate 9,1 des erva MW ur dom d’u l l a uto e de n T (10 6 est m p GV Wa iqu o u bile iss dup tt) : e a 1G s n . lex pui c W e s a d s ( nuc 10 9 lim es a ent nce ort léa Wa ie é e de ire tt) s n d’u : la o 2 r 2,1 5 t i n p e k e tr uis GW V a mé anc san lter ca : la he ce nat niqu pui de éle if e ssa 101 c c ent triq , nce u r en 6 GW a gén le n e m Fra : p éré ucl oye nce ic d e éai nne e p le 8 co a re 13, r le /02 nso mo d’un 5T b / der réa m 201 arr par W ( m cte ne age 2 à ati l’en 10 12 o ur 1 d’A 9h n él sem Wa s e t t sou ctr 50 ble ) : l iqu à an. des a pu ee d’u 200 T act issa nre nc W i vité nce gis ycl : ta tré one ux sh um moye 1,4 de t r opi dé ain nne PW cal gag es par ( en total (ou em le G 10 15W 200 e c rag ent ulf att ons 1. an d’é Str ) : l 174 om e eam e fl t ty nerg ,0 P mé u p i par W xd . e hon e c ec a la T : la loc lori hal err pui fi a q l e em e d ssa ur ent ue tra u S nc nsp ) ole e to ort il. tale é e reç ue

W

1k

- 41,86 GJ, soit environ 10 GCal

- 11 630 kW.h

Par ailleurs, selon le Conseil mondial de l’énergie :

-1 tonne d’uranium (réacteur à eau légère en cycle ouvert) = 10 000 à 16 000 tep

- 1 tonne de bois = 0,3215 tep La puissance du soleil ~ 3,8.1026W

- 1 tonne de pétrole brut correspond à peu près à 7,3 barils

- 1 000 m3 de gaz naturel ont un pouvoir calorifique net de 36 GJ soit environ 0,86 tep

La puissance en Watt (en W, ou ses multiples kW ou MW) est une quantité d’énergie par unité de temps. Selon qu’on regarde sa dissipation moyenne ou sa dérivée, on parlera de puissance moyenne (sur toute la durée d’un travail ou d’un trajet) ou de puissance instantanée (liée par exemple au démarrage de systèmes).

Ci-dessous, quelques ordres de grandeur (source wikipedia) :

19


Le PCI, ou pouvoir calorifique inférieur : correspond à la quantité d’énergie contenue dans un combustible. Si on tient compte de l’énergie récupérable par la condensation de la vapeur d’eau contenue dans les fumées, on utilisera le PCS, pouvoir calorifique supérieur. Il s’exprime en J/kg.

David Mc Kay Pour télécharger « l’énergie durable, pas que du vent ! », flashez ce code

CEP électricité en France : 2,58 CEP électricité en Allemagne : 2,8 CEP bois énergie en France : 1 CEP bois énergie en Allemagne : 0,6 CEP Gaz en France : 1

L’énergie grise est l’énergie qui est « contenue » dans un matériau, du fait de toutes les étapes qui ont été nécessaires à son extraction et à son transport. C’est une grandeur « virtuelle » qui dépend de la filière et des procédés industriels et non de ses propriétés physiques. Elle s’exprime en kWh/UF. L’unité fonctionnelle (UF) étant une grandeur caractéristique du service rendu (le m² pour une étanchéité ou le kW pour une chaudière). L’énergie primaire est une appréciation de l’énergie qui présente, pour chaque vecteur énergétique, ses rendements de production et de distribution. Elle représente l’énergie qu’il a fallu extraire du milieu naturel avant d’aboutir à un vecteur énergétique « utilisable ». Cette énergie ne peut être comptée et elle dépend du mix énergétique du territoire d’usage. On retient généralement des coefficients nationaux pour chaque énergie et les consommations d’énergie finale (celle du compteur) sont corrigées de ces coefficients dans les réglementations nationales. Ce coefficient dépend donc du mix énergétique local et des rendements de production constatés. Ci contre, quelques exemples de CEP en Europe. L’énergie finale est l’énergie du compteur, celle que l’on consomme. Elle tient compte des rendements de son utilisation par le client pour répondre à ses besoins, qui eux, sont exprimés en énergie utile.

20


3

POURQUOI L’ÉNERGIE GRISE EST IMPORTANTE ? par Michel Cassini et Raphaël Ménard P

Elément de définition Le gris, couleur de bon nombre de matériaux de construction… Cela constitue un moyen mnémotechnique pour rappeler la définition de l’énergie grise. Les anglo-saxons parlent d’embodied energy, d’énergie embarquée ou d’énergie « incorporée ». L’énergie grise correspond de fait à la quantité d’énergie globale depuis le berceau des matériaux de construction jusqu’à la livraison du chantier. C’est donc l’énergie nécessaire pour extraire les matières premières, les transformer, les acheminer au pied du chantier de construction pour enfin les associer sur le site ultime de transformation, le chantier. Tout élément « neuf » est déjà porteur d’un impact environnemental avant sa mise en œuvre. Le cycle de vie des matériaux de construction d’après Berge (2001) Métaux,

Minerai, pierre, argile, pétrole, bois, plantes ...

Minage, forage, récolte...

LA TERRE

Extraction

Matériaux

chimiques,

Affinage

ciment, argiles,

Matériaux

fibres, bois ...

Décharge

surfaciques

Réutilisation

Recyclage

Déchets

climatiques,

Utilisation

Construction

T

C

Extractions, mines : un premier poste de consommation d’énergie en amont de la chaîne de fabrication du bâti et de la ville. Au-delà de la prise en compte de cet impact énergétique, l’épuisement des ressources questionnent parallèlement les stratégies constructives, les durées d’obsolescence et la recyclabilité de nos paysages urbains.

Bâtiment

Figure 1 : Le cycle de vie des matériaux de construction d’après Berge (2001)

Quelques ordres de grandeur… Cet impact est-il si important ? Est-il comparable à la consommation de l’installation de chauffage, ou est-ce négligeable ? Du fait de la structure de plus en plus performante de nos bâtiments, cette énergie n’est plus dans l’épaisseur du trait. Elle doit être intégrée pour évaluer si l’ajout de tel équipement, telle surépaisseur participe réellement à une économie globale d’énergie. La mise en correspondance de base d’ACV et de simulations énergétiques permettent alors d’arbitrer sur les choix de parti optimaux sur le long terme. Dans ce cas de figure, les mises en œuvre sophistiquées

21

Extrait du Guide d’interactions Energie-Climat, volume 1, branche bâtiments d’Egis et Elioth, 2011. Accessible en ligne ici :


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énergie grise

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n

ou

peuvent parfois donner l’illusion d’une efficacité augmentée alors usage que le surcoût énergétique de leur mise en œuvre peut parfois être conso. réglementaires + spécifiques bien supérieur à l’économie d’énergie engendrée sur la durée de vie. Cet arbitrage convoque évidemment la question de l’usage. obsolescence

Pour donner quelques ordres de grandeur, voilà quelques valeurs d’énergie grise pour l’édification des bâtiments neufs suivants (en énergie primaire) :

n

eptio

conc

> Maison individuelle : 1000 kWh/m²

projet > Petit immeuble de bureaux : de 1500 à 2000 kWh/m² temps du

Voir :

C >1

Charpente mixte bois et métal en cours de montageNice - Allianz Riviera Équipe projet : Vinci + Wilmotte + Egis + Elioth

> Tour : 3 à 4000 kWh/m²

Pour un logement neuf en phase avec la rénovation actuelle, nous comprenons dès lors que le coût énergétique de la construction représente près de quarante ans de consommation réglementaire ! En anticipation de réglementations futures, nous mettons d’ores et déjà en place des comptabilités énergétiques globales sur certains projets afin de proposer les choix de parti optimaux. Les chefs de projet TCé arbitrent donc en fonction des résultats des ingénieurs thermiciens mais également à partir de l’estimation en énergie grise fournie par la structure, la façade, le second œuvre et les VRD. Une vraie révolution est en route !

Révolutionner les choix de parti de conception et nouveaux matériaux Il devient donc nécessaire de se poser la question des transferts de pollutions, d’un impact à l’autre et d’une étape du cycle de vie à l’autre. Comment évaluer cette énergie grise, ou pour être pragmatique « comment concevoir de façon réellement durable ? A l’échelle du bâti, les choix structurants sont « actés » en esquisse, l’analyse est réalisée en grandes lignes (le choix du carrelage intervient généralement après la pose de la première pierre) et il est donc nécessaire de vérifier que l’orientation est la bonne. L’utilisation de bases ACV référencées et la mise en œuvre de nos outils internes permettent également de proposer aux architectes et à nos clients les matériaux optimaux pour répondre à une ou des fonctions constructives données. Nous avons d’ailleurs développé une expertise singulière et reconnue sur le bois-construction.

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L’utilisation bois, une évidence retrouvée : Le bois est par nature un matériau recyclable à l’échelle de l’homme. Performant mécaniquement et pérenne dans des conditions d’usages adaptées, le bois de construction est aussi une ressource locale dont les coûts énergétiques de transformation, mais aussi d’acheminement sont faibles. Utilisé en structure, le bois constitue un poste important de stockage de CO2, mais également une nouvelle source de renouveau architectural, qu’il convient d’initier dès la conception !

De l’intérêt des analyses en cycle de vie L’analyse du cycle de vie est cette approche holistique qui: - apporte une nouvelle vision du bâtiment,

Acier

Log Impact E, Y

- permet de cibler les actions,

Traction

- permet de remettre en question les idées reçues.

Bois

Log Impact E, Y

Certains objectifs de performances peuvent parfois se contredire. Il faudrait peut être se donner des valeurs cibles des différents paramètres d’impacts environnementaux nous permettant de faire Log Sollicitation P un choix de parti constructif en énergie grise, eau, déchets, CO2 Compression et autres externalités. Les liens du groupe Egis avec les acteurs et industriels de l’acte de construire permettent également de dispoAcier ser des éléments de progrès et de base de données à jour sur les fiches matériaux.

Béton

Bois

Classification qualitative de l’impact environnemental des matériaux de construction. Log Sollicitation PL 2

Traction

Flexion Log Impact E, Y

Log Impact E, Y

Bois

Log Sollicitation P

Béton Bois

Log Sollicitation PL 2/8

Compression Log Impact E, Y

Acier

Acier

Figure 24 : Classification qualitative de l’impact environnemental des matériaux de construction

Acier Béton Bois

Analyse de cycle de vie effectuée dans le cadre de recherche chez Elioth en 2008. Comparaison des impacts environnementaux à iso-performances structurels. Plus d’informations : _lab@elioth.fr

Log Sollicitation PL 2

Y

Flexion

Acier

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ALLER AU-DELÀ DES CONSOMMATIONS RÉGLEMENTAIRES ?

4 P

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Par Hervé Maurer

Les consommations réglementaires possèdent une corrélation partielle avec les consommations réelles (facturées). Les écarts sont sensibles avec un rapport de 1 à 2 courant voire 4 à 5 dans le grand tertiaire et plus par exemple dans les hôpitaux. 250 Électricité autres usages

Électricité auxiliaires

200 Éclairage

Froid Process

150 Froid air

Froid bâtiments

100 Chauffage process

ECS

50

Chauffage air

Chauffage bâtiment

Périmètre RT

Total

La valeur de 50 kWhep/m².an, rentrée dans le domaine public, et correspondant à ce qui est appelé le périmètre RT (réglementation thermique) est systématiquement dépassée et se situe entre 150 et 500 kWhep/m².an. Dans ces conditions la conception et son optimisation ne peuvent pas s’effectuer via la conformité à la réglementation notamment en utilisant le logiciel réglementaire.

Une facture de consommation finale : Quels outils pour interpréter la diversité des projections de l’énergie ? Quels liens entre l’économie et la mesure physique ?

Le rôle de l’ingénierie consiste à maîtriser l’ensemble des paramètres et donner les moyens au Maître d’ouvrage de choisir la solution qui lui convient le mieux en fonction de la hiérarchie de ses priorités. Dans ses missions d’exploitation maintenance Egis est en mesure de proposer à ses clients un engagement de performance avec estimation des consommations réelles calculées à partir de logiciel de STD (Simulation Thermique Dynamique), comptage avec télésuivi, analyse de performances.

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COMPTER L’ENERGIE

Par Sébastien Duprat

Compter l’énergie est à l’évidence le premier pas vers l’efficacité énergétique. Cette affirmation, bien que simple, reflète mal la réalité d’un propriétaire de parc qui doit bien souvent faire des efforts considérables pour consolider un comptage énergétique sur ses actifs. Savoir ce que l’on compte, sur quelle période, dans quel périmètre est déjà une gageure pour une partie des acteurs. Une fois ce premier niveau d’éveil karmique atteint, on peut imaginer envisager la réalisation d’un audit énergétique, qui révèle les usages de l’énergie, les consommations instantanées, la robustesse des appoints secours, le séquencement des énergies dans le mix global, la durée de vie résiduelle des équipements, le confort ressenti par les utilisateurs,… Dans les faits, il existe une grande variété dans les moyens de comptage et de supervision déployés pour le pilotage énergétique d’un immeuble. Si les montages avec engagement conduisent parfois à une inflation du nombre de relevés, il est du devoir de l’ingénieur d’apporter une vision sur le « juste comptage » au regard des enjeux. Les premiers compteurs ont un très bon temps de retour, les suivants coûtent et apportent parfois confusion et litiges. Si le diagnostic global est une séquence ponctuelle dans la vie d’un ouvrage, les technologies informatiques et de communication permettent d’envisager un monitoring au fil de l’eau de tout ou partie des éléments techniques, que le bâtiment soit ou non pourvu d’une GTC (gestion technique centralisée). Les compteurs ou capteurs communicants, au-delà de l’information qu’ils remontent, permettent d’installer un nouveau mode relationnel entre un gestionnaire d’ouvrage, ses occupants et ses exploitants/mainteneurs.

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Voir :

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L’Energy Manager qui consolide et analyse ces données (qu’il soit interne au client ou conseil de ce dernier) dispose enfin d’un outil réactif et objectif pour ses échanges avec les acteurs. Après plusieurs mois d’utilisation, il pourra aussi utiliser les données collectées pour optimiser ses contrats de fourniture d’énergie en fonction des puissances crêtes réelles et volumes par période. La loi NOME, votée en 2010 et dont l’application progressive a débuté, va ouvrir les portes d’une contractualisation sur mesure adaptée aux caractéristiques d’un ouvrage ou d’un parc. A terme, ces dispositifs seront déployés afin de permettre les stratégies d’effacement et les smarts grids énergétiques. Dans l’ère que nous vivons, ils sont le support des engagements réciproques et de l’orientation des schémas directeurs énergétiques sur la durée. Dans les architectures techniques les plus avancées, il est possible à distance de piloter les installations et de moduler les algorithmes de régulation en fonction de la séquence climatique qui s’annonce pour quelques jours. Si cette possibilité est scientifiquement alléchante, elle n’est pas sans brouiller le jeu d’acteur actuellement à l’œuvre dans le secteur.

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ET POUR MON LOGEMENT, JE FAIS QUOI ? Par Sébastien Duprat

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En premier lieu, abordons le sujet de manière plus large que la question purement énergétique. Quel est l’état technique de mon patrimoine ? Ses façades, son toit ou ses fenêtres doivent-ils être rénovés de toute façon pour des raisons extra-énergétiques ? Le logement est-il accessible et confortable ? Toutes ces questions vont orienter les choix énergétiques que nous pourrions faire par la suite. Car la rénovation énergétique est une approche de valorisation ou de maintien de la valeur d’un patrimoine, pas une démarche purement militante. Après un état des lieux des besoins de travaux, et une bonne compréhension de la structure des consommations par un diagnostic détaillé (besoins de chaleur, besoin d’électricité, besoins en eau chaude sanitaire…), il convient de définir différents bouquets de travaux dont l’ambition sera conjointement décidée par le temps de retour énergétique et la création de valeur (de nouvelles fenêtres vont améliorer certes la facture énergétique, mais aussi le confort thermique et acoustique, donner de la valeur à mon bien immobilier en cas de revente…). Il est important de panacher dans un bouquet de travaux, des actions qui parfois sont complémentaires, même si elles ne portent pas sur les mêmes ouvrages. Ainsi, la mise en place d’une VMC double flux avec récupération de chaleur sera d’autant plus efficace, qu’elle sera accompagnée d’une amélioration de l’étanchéité de mon logement par des reprises ponctuelles ou le changement des menuiseries extérieures… Toute approche mono technique, décidée sur la base d’une proposition spontanée d’un fournisseur de système, passera à côté de tels effets de levier. Dans mon logement, les consommations spécifiques (liées à mes usages : TV, électroménager, éclairage,...) sont parfois plus importantes que les consommations de chauffage et d’eau chaude. Ainsi, pour un appartement de 60m², le changement des réfrigérateurs, machines à laver et sèches linge de classe F vers une classe A, génère une économie comparable à l’isolation par l’extérieur d’une des façades. L’intérêt patrimonial est moindre mais l’équation économique est nettement plus favorable. Par cet exemple simple, le groupe Egis n’entend pas encourager des rénovations à minima ou des interventions « gadgets », mais au contraire, préconise une approche holistique, globale qui accompagne les actions de long terme (attaquant les gros gisements d’économies avec un long temps de retour) sur des plus faibles gisements générant

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Pour simplifier et favoriser les transitions, Egis et Elioth mettent à disposition la version en ligne de l’outil de simulation énergétique et climatique, le Clim’elioth. En savoir plus : _lab@elioth.fr

VMC : ventilation mécanique controlée


des retours rapides, pour préserver l’acceptabilité économique de la transition énergétique. Par ailleurs, un logement étant rénové en moyenne tous les 15 ans, il est judicieux d’anticiper les modes d’usages (départ des enfants, retraite, dépendance…) et d’adapter son patrimoine à son marché futur (accessibilité, adaptation aux canicules…). Dans une rénovation privée menée pour son propre compte, il convient de conserver un équilibre entre les trois axes ci-dessous. Pour ce qui est de la rentabilité de l’opération, un chapitre plus spécifique développe les différentes approches de l’évaluation économique d’une opération.

Confort // Qualité d’usage

Rentabilité de la rénovation Valorisation du patrimoine

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COMMENT LES COÛTS FINAUX RISQUENT-ILS D’ÉVOLUER ? Par Sébastien Duprat

Le prix de l’énergie est un sujet dont la projection dans le temps est complexe. Il dépend de trois facteurs dont les incertitudes sont multiples : - L’équilibre entre la production et la demande : il est certain que la demande en énergie est et restera croissante dans le monde pendant encore de nombreuses années. Il est, du fait des mécanismes de marché, évident que l’impact sur les prix sera donc à la hausse. Sur certaines énergies, chaque année le volume des découvertes est inférieur au volume de production, on parle alors de Peak Oil, ce pic témoigne d’une situation d’épuisement de la ressource et augure d’une augmentation continuelle du prix de la ressource jusqu’à son épuisement. 28


- La structure du marché : l’énergie a souvent été un secteur « national » dont les règles de facturation obéissaient à une politique publique de l’énergie. Cela s’appelle un marché « régulé ». Dans le monde, on observe l’émergence d’acteurs nouveaux de l’énergie et une augmentation des marchés dit « dérégulés ». Ce phénomène s’accompagne souvent d’une lisibilité difficile des prix et d’évolutions à très court terme (à l’échelle de l’heure) et long terme (augmentation annuelle). En France, cette tendance est concrétisée par la loi NOME qui change le cadre du marché de l’électricité et rend complexe la projection tarifaire. - Le mode de contractualisation en matière d’énergie permet, selon la nature des clients, la gamme de puissance souscrite et le type de contrat (régulé ou dérégulé), de faire varier les prix (et non les coûts) de l’énergie et exigent ainsi une véritable ingénierie des contrats. En effet, certaines énergies sont accessibles à des prix de kWh faibles, mais avec des abonnements (appelés primes fixes) élevées, pour d’autres c’est le contraire. D’ores et déjà, accompagner la conception d’une stratégie d’effacement (de lissage des consommations sur une durée plus ou moins longue), permet d’engager des économies d’énergie, non sur la consommation mais sur l’achat optimisé de cette énergie. Les courbes ci-dessous montrent les projections de prix de l’énergie dans l’Union Européenne. Prix de base des énergies fossiles (USD constant par habitant en 2008)

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Prix de l’électricité après taxe en €/MWh

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Essence Gaz Charbon

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Services Ménages

62,11 44,18 29,35 25,81

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Moyenne Industrie

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17,22

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QU’EST-CE QU’ « ÊTRE ÉNERGÉTIQUEMENT CONTEXTUEL » ? Par Raphaël Ménard et Michel Cassini

Honnir le copié-collé Cela commence ainsi. N’appliquer en aucun cas de solution toute faîte. La transition énergétique réclame en effet des réponses circonstanciées et locales tant du point de vue de l’aménagement urbain, que de la forme architecturale et de son innervation technique. La transition énergétique sera la somme aussi de transitions énergétiques à l’échelle locale voire même du projet.

Comprendre le climat

Typologie des climats : Extrait du Guide d’Interactions Energie-Climat, vol.2, Résilience, Egis Prospective, 2013 Voir :

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Du point de vue énergétique, la réglementation thermique zone notre géographie selon plusieurs secteurs cohérents climatiquement. Etre contextuel, cela suppose toutefois de zoomer davantage, pour analyser avec davantage d’acuité : > Les degrés-jours (et notamment leur évolution tendancielle projetée) pour mieux caractériser les évolutions probables des demandes de chauffage et de rafraîchissement . Ces indicateurs permettent également de qualifier la pertinence économique de proposition architecturale et technique ; > L’ensoleillement des cinq faces du bâti pour apprécier les potentiels bioclimatiques des baies, analyser les zones de surchauffe potentielle, caractériser la colorimétrie de l’enveloppe en fonction des orientations, mais également pour identifier les gisements possibles via l’installation de panneaux solaires ; > L’aérologie du site pour comprendre tant l’exposition du bâtiment au renouvellement d’air parasite, aux inconforts des espaces extérieurs, mais identifier parallèlement les capacités de ventilation naturelle ; > Le régime de pluviométrie pour identifier les capacités de rétention d’eaux pluviales comme modérateur climatique (toitures végétalisées, surfaces d’eau à proximité du bâtiment, …)

Un outil d’aide à l’analyse contextuelle, le StatElioth

> Les profils caractéristiques de température et d’hygrométrie pour analyser notamment l’intérêt ou non de la valorisation de l’inertie thermique et des zones de confort selon le diagramme ombrothermique.

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> Les inconforts et pollutions locales : environnement sonore et conséquences possibles sur les capacités de ventilation naturelle, etc. > Les risques climatiques particuliers et identifier les évolutions possibles du climat local à moyen et long terme… Sans exhaustivité, les analyses préalables mentionnées ci-avant sont donc indispensables pour caractériser les potentialités d’efficacité du bâtiment neuf ou transformé, en usage. L’utilisation de simulations thermiques dynamiques et climatiques dès les premières phases du projet permet alors d’arbitrer sur la pertinence des choix architecturaux et techniques.

Analyser les potentialités locales des énergies renouvelables La généralisation des bâtiments producteurs -voire à énergie positive- réclament une analyse locale et documentée des potentiels renouvelables localement disponibles. Nous préférons parfois conseiller à nos partenaires architectes d’omettre les éoliennes à axe vertical sur le rendu de concours lorsque le gisement éolien n’est pas du tout adapté… Il en sera de même pour des panneaux photovoltaïques sur une face peu exposée et présentant des masques… Notre expertise reconnue sur la globalité des énergies renouvelables nous permettent de proposer des scénarios économiquement crédibles d’incorporation de celles-ci dans notre paysage bâti. Localement, le vent, la géothermie , la biomasse voire le petit hydraulique peuvent présenter des potentialités véritablement pertinentes, et ce, en préfiguration de bâtiment autosuffisant (ou partiellement) en énergie. Nous sommes également des adeptes de la résilience et la robustesse d’approvisionnement énergétique : cela va dans le sens d’une pluralité des mix, du stockage et de l’inertie intrinsèque. Mais nous sommes avant tout des partisans de « solarisation » du bâti. Le photovoltaïque, lorsque bien mis en œuvre et de façon non anecdotique, présente un avenir absolument encourageant pour nos bâtiments .

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Wind-it, un nouveau type d’éolienne à axe vertical. Développée par Elioth et Encore Heureux. Prix Next Génération 2009.

Le Démon de Maxwell. Une nouvelle infrastructure de production autonome de chaleur, de froid et d’électricité. Elioth, 2012


Valoriser les compétences locales et comprendre les réseaux Profitons de cette discipline du diagnostic pour comprendre les acteurs locaux participant de façon directe ou indirecte à la thématique énergétique : Voir :

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1. Spécificités locales des réseaux d’énergie disponibles à différents termes (électricité, chaud et froid) 2. Filière et organisation du tissu des participants à la construction (industriels, artisans, constructeurs, …) Cet examen permet de proposer des réponses pertinentes, en phase avec le développement régional du point de vue industriel, économique et humain. Cette identification du « bassin versant » d’approvisionnement en matériaux permet aussi de documenter les choix de parti constructif en vue d’optimiser l’énergie grise. Encourager la participation locale d’un artisan du bois-construction d’une région disposant d’une filière organisée, c’est beaucoup de bonnes raisons pour réduire l’énergie grise de l’acte de construire ! La proximité géographique, c’est aussi maximiser la durée de vie potentielle du bâti et de ses parties : la réactivité des démarches d’entretien-maintenance seront ainsi facilitées.

Anticiper l’évolution des usages Comprenons mieux l’humain ! Quelles sont les spécificités locales du mix des besoins finaux énergétiques pour les habitants ? Quelle est l’exposition de la population locale à la précarité énergétique ? Quelle est la structure de coût énergétique pour les acteurs ? (en analysant notamment le poids énergétique de la mobilité). Pyramides des âges en 2007 et2060 www.insee.fr

Il s’agit parallèlement de projeter la société dans le long terme et d’analyser la structure locale de la pyramide démographique. A vingt ou trente ans, les projections démographiques sont relativement fiables. Il s’agit dès lors par exemple d’identifier les répercussions du vieillissement de la population sur la demande énergétique.

Réseaux : exemple de la Bretagne et de la région Paca La région Provence Alpes Côtes d’Azur a, comme la Bretagne, un statut d’îlot énergétique. De plus, c’est une région dans laquelle, la consommation électrique augmente plus rapidement que pour les autres régions. La région ne produit que 10% de l’énergie qu’elle consomme. Ce chiffre est stable depuis la fermeture des mines de charbon en 2000-2001. Il varie légèrement dans la période 200132


2006 sous l’influence de l’hydroélectricité qui représente de l’ordre de 50% de l’énergie produite dans la région et fluctue en fonction de la pluviométrie annuelle. La production d’électricité régionale est fortement marquée par l’hydroélectricité qui représente encore 56% de l’électricité produite dans la région en 2006. Cette valeur est en baisse tendancielle en raison de la modification progressive des équilibres de répartition des usages de l’eau. Toujours en 2006, 42% de l’électricité produite dans la région était d’origine thermique, essentiellement à partir d’énergies fossiles. Le mix électrique en Région PACA est amené à être plus carboné que la moyenne française, il est nécessaire de limiter les consommations électriques en n’utilisant ce vecteur qu’à bon escient. Plusieurs choix sont donc systématiquement explorés : • La production d’électricité d’origine photovoltaïque, • La création de systèmes « thalassothermiques », Et bientôt, l’utilisation du solaire pour la création de microalgues (biomasse), l’installation de centrale solaire à concentration, de la climatisation solaire à absorption.

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LES RÉSEAUX DE CHALEUR : SOLUTIONS D’AVENIR ?

Par Patrice Cazes

La chaleur, une énergie essentielle A horizon 2020, la France s’est engagée à porter à 23 % sa part de production annuelle en énergies renouvelables, tous secteurs d’activité confondus. En 2012, cette part dans la consommation finale était d’environ 13 %. La chaleur représente en France la moitié de l’énergie finale consommée. Le secteur résidentiel-tertiaire représente environ 45 % de la consommation finale toutes énergies.

Thermographie infrarouge : un outil de diagnostic

Dans le secteur résidentiel-tertiaire, 80% de l’énergie consommée l’est sous forme de chaleur (chauffage + ECS) ce qui représente environ 36 % de la consommation finale toutes énergies confondues et 72 % de la chaleur consommée en France. La part des énergies renouvelables y est d’environ 16 %. Pour permettre d’atteindre les objectifs fixés, cette situation devra considérablement évoluer, d’autant que dans d’autres secteurs, les possibilités d’action dans les délais sont plus restreintes (enjeux économiques pour l’industrie ; mode de fonctionnement et restructuration lourde pour le transport).

Enjeux renouvelables La politique énergétique de la France est construite autour de deux axes : la diminution des besoins en énergie et la substitution des énergies non renouvelables par des énergies renouvelables ou de récupération avec pour objectif de produire 20 millions de tonnes équivalent pétrole en ENR d’ici 2020.

La chaleur à l’échelle du corps. Extrait du Guide d’Interactions Energie-Climat, volume 2, Résilience, Egis Prospective, 2013

A ce jour, la chaleur renouvelable distribuée par réseau représente un huitième de l’objectif. Pour agir de façon significative, le réseau de chaleur est l’une des solutions de valorisation massive des énergies renouvelables. Pour être viables, les autres solutions (unité de méthanisation, cogénération par biomasse, ...) doivent être également associées à des réseaux de chaleur, pour valoriser la part thermique restante représentant environ 30 à 50 % du pouvoir calorifique potentiel de l’entrant. Les enjeux sont très clairs, mais l’ensemble ne pourra être mis en place que s’il répond aux réalités économiques, avec un coût de revient total a minima au même niveau que pour une production à base de gaz naturel, ce qui est impossible dans le contexte écono-

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mique actuel. A titre incitatif, le gouvernement a mis en place des subventions pouvant aller jusqu’à 50 % du coût d’investissement ainsi qu’un taux de TVA réduit à 5,5 % sur la consommation, sous réserve que la part ENR soit supérieure à 50 %. De plus, la réglementation thermique actuelle le favorisant fortement, le recours au raccordement à un réseau de chaleur pourrait s’amplifier dans les années à venir, permettant également de minimiser l’investissement, l’exploitation et la maintenance propres au bâtiment, tout en supprimant les risques d’explosion liés à l’utilisation d’installation de gaz.

La ville en 2050 L’objectif est clair : les réseaux de chaleur devront alimenter en énergies renouvelables les bâtiments existants qui représenteront environ les deux tiers de la ville en 2050, ainsi que les nouveaux quartiers. Cette mixité permettra de trouver une péréquation économique : réseau à déployer financé par des économies générées sur l’existant, préparant l’avenir sur les quartiers de demain (baisse de la consommation d’énergies fortement émettrices de gaz à effet de serre, renforcement de l’indépendance énergétique, baisse de la consommation d’électricité à base de nucléaire). Les principaux acteurs de ces projets, montés sous forme de délégation de service public, sont les majors du secteur (Cofely, Dalkia, Idex, Coriance, …), il est nécessaire de promouvoir l’indépendance d’expertise et de conseil de nos ingénieurs auprès des donneurs d’ordres.

Les différents type de réseaux > Vapeur : distribution par tube acier en caniveau ou galerie avec dans la majorité des cas un tube pour les retours de condensats – Ces réseaux sont onéreux et soumis à DESP ainsi qu’à l’arrêté du 6 Décembre 1982 lorsqu’ils sont sur le domaine public – Ils sont dans la majorité des cas adossés à une UIOM. > Eau surchauffée (180°C à 210°C) : distribution par tube acier en caniveau ou galerie – Ces réseaux sont onéreux et soumis à DESP ainsi qu’à l’arrêté du 6 Décembre 1982 lorsqu’ils sont sur le domaine public > Eau chaude (70°C à 110°C) : distribution par tube acier ou en résine Epoxy armée de fibre de verre – Ces réseaux ne sont ni soumis à DESP, ni soumis à l’arrêté du 6 Décembre 1982 – Ce type de réseau est à la base des développements actuels et à venir.

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Proposition pour un nouvel essor de réseaux de chaleur de nouvelle génération. La reconversion d’un château d’eau en pile thermique urbaine avec production de chaleur par solaire thermique. Elioth pour l’OPHM, 2008.


> Eau glacée positive : distribution par tube acier ou en résine Epoxy armée de fibre de verre – Ces réseaux ne sont ni soumis à DESP, ni soumis à l’arrêté du 6 Décembre 1982. > NOTA : Le schéma général de distribution d’un réseau est de type ramifié ou ramifié avec maillages. Les réseaux de chaleur à déployer devront voir leur régime d’eau les plus bas possible afin de valoriser au maximum les ENR et les éventuels stockages associés.

Principaux intérêts d’un réseau de chaleur • Foisonnement permettant une réduction importante des puissances installées par rapport à des solutions individuelles ou semicollective, • Cantonner et optimiser les prestations de maintenance, tout en bénéficiant de prestations de haute qualité, • Cantonner à des zones non accessibles au public, les risques d’incendie, d’explosion, de pollution,… • Adopter et diversifier les technologies performantes de production, • Diversifier les sources d’énergies, se libérer du recours à une seule énergie, • Recourir massivement à des énergies renouvelables pouvant être valorisées sur l’ensemble du quartier, ou de la ville, • Assurer et garantir les meilleurs rendements de production, • Améliorer la fiabilité, la qualité et le secours, • Coût faible d’évolution, d’adaptation et de mise aux normes future, • Externaliser la production via une DSP ou régie, • Eviter la précarité énergétique, • Mutualiser le stockage.

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C’EST QUOI UN « SMART GRID » THERMIQUE ? Par Raphaël Ménard

Ecologie industrielle appliquée à l’énergie du quartier

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Un levier important de l’efficacité énergétique réside dans une approche globale et systémique des intrants énergétiques (la demande de chaleur, resp. de froid) et des exutoires énergétiques (le froid fatal, resp. chaleur fatale). A titre d’exemple, pour les bâtiments récents, pour une température extérieure globalement comprise entre cinq et quinze degrés, le logement réclame du chauffage tandis que les bureaux nécessitent du froid. Par l’addition de ces besoins, et en les mutualisant spatialement, on peut parvenir à limiter grandement les besoins énergétiques. Au-delà de la mise en place opérationnelle des réseaux intelligents associés à une décentralisation partielle de l’électricité, le développement des boucles thermiques locales présentent un enjeu important de développement. La mutualisation énergétique à l’échelle de l’îlot voire du quartier présente par ailleurs des verrous technico-économiques sans doute moins importants que pour l’électricité.

Analyse de potentiel effectué par Elioth sur Lyon Part-Dieu (avec équipe AUC)

Des exemples Dans ce cadre, les filiales d’ingénierie bâtiment du groupe Egis ont proposé un certain nombre d’études théoriques ainsi que des faisabilités voire d’avant-projets rentrant dans cette thématique d’innovation (et ce, depuis 2008). Les qualités résident à la fois dans la synergie des flux entre différents programmes de bâtiment : la boucle locale d’eau à température modérée permet alors d’échanger les intrants et sortants thermiques. A Tours, le projet en construction de la Nef présente cet exemple de synergie des flux entre logement et bureaux ; Egis y intervient sur l’ingénierie des fluides. Au-delà de ce foisonnement de la demande, la chaleur présente aussi un intérêt essentiel par rapport à l’électricité : la relative simplicité de son stockage et son coût maîtrisable. Pour optimiser le rendement de cette synergie des flux, il est également important de disposer d’un volant de stockage permettant de lisser la demande comme éventuellement de stocker l’offre énergétique (en particulier si le volume stocké est connecté à un réseau existant et/ou la production est assurée tout ou partie par des énergies renouvelables).

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Nouvel écoquartier Adelshoffen, Conception du réseau de chaleur avec stockage intersaisonnier par Elioth


Adéquation offre et demande énergétique

Branchement des boucles d’énergie aux réseaux arborescents primaires.

En Allemagne, plusieurs expériences concluantes ont été menées pour la mise en place de stockage intersaisonnier lorsqu’une partie de la production est assurée par des panneaux solaires thermiques. Le stockage temporel de la production de chaleur renouvelable permet alors de différer la mise à disposition de l’offre énergétique. Enfin, la mise en évidence de cette potentialité offre également un grand intérêt pour les smart grids électriques et de façon plus générale pour offrir des opportunités de maîtrise de la synchronisation entre offre et demande électrique pour le bâti. Le stockage sous forme de chaleur peut en effet offrir une opportunité de valorisation d’un écart entre offre et demande. À titre d’exemple et dans la perspective d’incitations futures à l’autoconsommation pour les bâtiments producteurs d’énergie, le stockage thermodynamique de la chaleur (ou du froid) permettra de lisser une surproduction photovoltaïque ou éolienne par exemple. Etude de reconversion du Château d’eau du Bel-Air en pile thermique urbaine. Evolution de la température du stockage de chaleur mutualisée. Elioth, 2008

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LE COÛT GLOBAL ÉNERGÉTIQUE : MIRAGE OU GRAAL ?

Par Sébastien Duprat

La définition d’un choix de parti énergétique passe nécessairement sous les fourches caudines d’une analyse financière. Encore faut-il choisir parmi les toises qui existent en la matière : CAPEX, OPEX, TRI, temps de retour, analyse de la valeur, cout global, LEC… Derrière chaque grandeur se cache une analyse différente au service de l’un ou l’autre des acteurs. CAPEX (Capital Expenses) : montant de l’investissement. OPEX (Operation Expenses) : cout de fonctionnement TRI (Taux de rentabilité interne) : exprimé en %, il représente la rentabilité d’un investissement technique. Il se calcule en divisant l’économie annuelle en euro par l’investissement. Il peut être corrigé du taux d’actualisation TRB (Temps de retour brut) : exprimé en année, à comparer avec la durée de vie de l’équipement considéré, se calcule en divisant l’investissement par l’économie annuelle. Analyse de la valeur : grandeur qui caractérise le rendement énergétique d’un euro investi, sans considération des coûts de la maintenance. Elle s’obtient en comparant l’économie globale réalisée sur la durée de vie de l’ouvrage divisée et l’investissement nécessaire. Elle s’exprime en kWh/€. Le coût global est une grandeur cumulative qui additionne Capex et Opex pendant la durée de vie de l’ouvrage. Dans la pratique, les coûts financiers sont exclus de l’analyse mais ils peuvent aisément y être intégrés. Il s’exprime en € constant et peut tenir compte d’une règle d’actualisation. Le LEC (Levelized Energy Costs) est une grandeur importée du monde des producteurs d’énergie qui combine investissement, maintenance et durée de vie pour définir une valeur marchande du kwh économisé, à comparer avec le coût probable d’achat de ce même kwh. On constate par la construction même de ces indicateurs, que certains poussent à des arbitrages favorables aux propriétaires non occupants, d’autres aux investisseurs, une dernière famille aux locataires et le cout global est probablement le meilleur indicateur pour les investisseurs-occupants. Dans les approches comparatives, l’hypothèse d’évolution des prix des énergies reste déterminante pour la bonne qualité de l’analyse et doit être partagée en amont par les parties. 39

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ACCUEILLIR LES SOLUTIONS DU FUTUR ? Par Hervé Maurer

La mise en résonance des besoins et de l’accès aux énergies renouvelables peut s’effectuer à grande échelle, par exemple biomasse ou géothermie profonde des grands réseaux urbains ou bien localement de manière décentralisée au niveau de chaque bâtiment. De nombreux projets sont en phase de R&D voire en application ; tels que, par exemple la filière hydrogène, le stockage optimisant les avantages du déphasage entre disponibilité des ressources et appels des besoins, la cogénération.

Batteries redox vanadium

Stockage d’eau

Stockage d’énergie par air comprimé

Stockage d’énergie hydroélectrique

Stockage de la chaleur solaire dans du sel fondu

Accueillir les solutions du futur nécessite de prévoir des installations suffisamment flexibles et des dispositions conservatoires à surcoût négligeable. Pour valoriser les énergies renouvelables, en complément des potentialités éventuelles des grands réseaux centralisés, le dialogue de chaque utilisateur avec son environnement constitue un gisement essentiel. Ce dernier est étudié à l’échelle planétaire et partout les pouvoirs publics ajustent des incitations pour encourager la conversion de millions de bâtiments en mini-centrales énergétiques dont le rôle consiste à collecter in situ les énergies renouvelables. La mixité des usages ouvre localement de nombreuses possibilités via des solutions de type stockage ; par exemple il est possible de stocker le jour les calories produites par la climatisation afin de les restituer la nuit pour le chauffage. De même le stockage de l’énergie permet de répondre à la non synchronisation des besoins et des ressources (le soleil ne brille pas tout le temps ; le vent ne souffle pas toujours). Parmi les solutions envisageables demain, à grande échelle, avec une rentabilité économique adaptée, certaines sont opérationnelles aujourd’hui, exemples : la micro-cogénération alimentée par biomasse ou par méthanisation des ordures ménagères ou encore les piles à combustible fonctionnant à l’hydrogène ce dernier étant produit localement ou via une filière dédiée.

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LA PARITÉ RÉSEAU, CE SERA QUAND ?

Par Michel Cassini et Raphaël Ménard

Qu’appelle-t-on la parité réseau ?

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Pour une énergie renouvelable donnée, la parité réseau correspond à la date pour laquelle le coût de production du kWh devient inférieur ou égal au coût moyen pour l’utilisateur final des vecteurs énergétiques classiques.

Pour le photovoltaïque ? A titre d’exemple, le coût de fourniture-pose du photovoltaïque ne cesse de baisser depuis les dernières années (et ce, quelle que soit l’échelle de la centrale) ; cette diminution de l’investissement se mesure en particulier à l’aune de la réduction rapide de l’indicateur €/Wc. Pour une situation géographique donnée, le coût de production du kWh électrique produit par une centrale photovoltaïque de grande échelle située dans le Sud de la France tend à être compétitif avec le coût final : de l’ordre de 0,1 € par kWh. La relation entre €/Wc1 et €/kWh produit peut d’ailleurs s’établir selon la méthode du LEC.2 La parité réseau est acquise dans bon nombre de situations mondiales où le gisement solaire est important et/ou lorsque le coût de l’électricité est important (exemple de situations insulaires où l’approvisionnement énergétique est largement issu d’intrants fossiles, transportés par bateau).

Et en France? Dans le cas du photovoltaïque par exemple, on attend entre 2015 et 2020 une égalité entre coût de production de l’électricité photovoltaïque et prix de vente réseau. Deux phénomènes sont à prendre en compte : 1. L’augmentation tendancielle du tarif de l’électricité « historique » ; 2. Une diminution des coûts du photovoltaïque mais à un rythme peut être moins soutenu. Ce point de convergence donnera assurément lieu à la disparition progressive des différents mécanismes publics pour faciliter l’émergence des énergies renouvelables. Nous vivrons prochainement la fin de ce « régime transitoire » !

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Notamment la valeur de rayonnement solaire global horizontal annuel. Retenons qu’en 2013, le coût du watt-crête photovoltaïque est largement passé sous la barre symbolique de l’euro. A l’échelle de grande centrale, les coûts récents tendent vers 0,5€/ Wc. 2 Evoquée et appliquée de façon innovante dans le paragraphe relatif à la rénovation. 1


N’oublions pas que cette comparaison oblitère les points suivants : 1. L’intermittence de la production du renouvelable. Sans solution de stockage adaptée, la disponibilité des vecteurs historiques est supérieure ; Centrale PV Tramway Tours : 1500m² de PV de type monochristallin Référence Egis

Ces deux points doivent dès lors infléchir une intégration raisonnée des énergies renouvelables au bâti en : 1. Encourageant au maximum l’autoconsommation ; 2. En agissant parallèlement sur une adaptation de la demande énergétique à la fois sur le périmètre réglementaire de la consommation du bâti (notamment pour l’éclairage, le chauffage et l’eau chaude sanitaire) comme sur l’ensemble des consommations « mobilières » ou spécifiques : électroménager, bureautique… Sur cette base, l’équilibre se situe sur un coût d’achat / vente d’électricité autour de 15 - 17cts/kWh avec une grande disparité dans le monde. La volonté française d’intégrer les panneaux photovoltaïques au bâti nous impose des pertes énergétiques supplémentaires, des coûts de mise en œuvre (nouveaux système d’intégration, gros travaux de reprise des toitures), d’assurance (reprise des décennales).

008)

Denmark Italy

Portugal

Hungary

Sweden France Turkey

E/kWh 2000

E/kWh 2015

E/kWh 2012

Situation 2012 Situation 2015

Israel

0 20 0

0

0

0

0

Brazil

China

Productible annuel associé à l’irradiation en (kWh/kWc)

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Mexico

18 0

10

12 0

00

Canada

14 0

United kingdom

Chile

Spain

16 0

Belgium Germany

80 0

9,35

Evolution projetée des coûts de production photovoltaïque (méthode LEC ou LCOE) en fonction du potentiel solaire du site. Source : SER, 2013

Coûts moyens actualisés de l’électricité solaire (en E/kWh) 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 00 05 10 15 20 25 30 35 40 0 0 0 0 0 0 0 0 0

6,59

2. La prise en compte dans le prix final du vecteur historique des coûts suivants : transport, distribution et contribution à l’équité territoriale comme à l’aide pour le développement des EnR (tarifs de rachat garanti).


Quelles conséquences sur l’urbain et l’architecture ? Dans quelques années, à horizon 2015-2020 , le développement des énergies renouvelables et plus particulièrement du photovoltaïque se généralisera de façon très importante. Il faut donc d’ores et déjà anticiper la capacité des bâtis à recevoir des capacités de production sur les façades et les toitures les plus exposées. Retenons aussi que, les énergies renouvelables sont pour l’essentiel des énergies de flux : leur production annuelle est directement corrélée à leur surface d’emprise de collecte. Cette question renvoie dès lors à la question de la densité urbaine et de la prise en compte de la mobilité.

Evolution tendancielle du coût de l’électricité pour l’utilisateur (en €/kWh)

Parité probable avec l’electricité

Evolution tendancielle du coût du gaz pour l’utilisateur (en €/kWh)

Parité probable avec le gaz

Evolution projetée du LEC d’une innovation ( ou d’un bouquet d’innovations ) dans une situation donnée d’amélioration du bâti ( en €/kWh )

2013

2017

Cellter : Elioth_lab propose un nouveau design low-cost permettant d’optimiser la production électrique d’une ombrière de parking photovoltaïque, utilisant de la concentration optique du rayonnement solaire.

2020

Evolution technique et/ou industrielle majeure permettant de réduite le LEC de l’innovation

2030

UN EXEMPLE DE COMPARAISON

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Par Michel Cassini

Rappelons que le flux constant de rayonnement solaire sur la terre est de l’ordre de 80 000TW alors que la consommation de combustible fossile correspond à une puissance moyenne de 5TW... La quantité d’énergie solaire reçue annuellement sur la Belgique correspond à peu de chose près à la consommation globale d’énergie planétaire. Un bref rappel, une façade parisienne orientée au sud reçoit en moyenne 1,5kWh/m²/j en hiver, cette énergie est supérieure à l’énergie perdue par cette même paroi qui si elle est réglementaire perdra difficilement plus de 0,3kWh/m²/j. Mais le soleil, c’est aussi une énergie reçue comprise entre 6 et 7,5 kWh/m²/j en été pour une toiture niçoise, le problème n’est plus de chauffer, mais de ne pas surchauffer... S’attacher à traiter l’ensemble des conditions climatiques qui ont une influence sur les êtres vivants est la base de l’architecture bioclimatique ; rappelons ici que le premier énergéticien du projet c’est l’architecte.

Que faire de l’irradiation ? Le soleil atteint l’ensemble des surfaces externes d’un projet, il est nécessaire d’adapter la réponse architecturale et technique. Quand le rayonnement direct rencontre une paroi, celui-ci est : • Pour partie absorbé,

Diffus du ciel 1

fus Dif

du

ct

ct

D ire

l

cie

Diffus du ciel 3

2 Diffus du sol

Ensoleillement sur les différentes parois

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D ire

ct ire D

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• Pour partie réfléchi,

D

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ire c

T

D

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ON FAIT QUOI AVEC LE SOLEIL ?

1. Plan horizontal 2. Paroi Ensoleillée 3. Paroi à l’ombre


Le rapport de l’énergie solaire réfléchie par l’énergie solaire incidente c’est l’albédo. Cette valeur comprise entre 0 et 1 est un indicateur énergétique important. Dans la pratique, un corps est perçu comme blanc dès qu’il réfléchit au moins 80 % de la lumière d’une source lumineuse blanche. À l’inverse tout corps réfléchissant moins de 3 % de la lumière incidente paraît noir. En fonction de la position géographique du projet, il faudra diminuer l’albédo du projet pour mieux capter et absorber l’énergie ou au contraire l’augmenter pour éviter d’absorber trop de chaleur. La végétalisation des surfaces environnantes permet à la fois de réduire l’albédo pendant la journée, et de limiter leur réchauffement par l’évapotranspiration de l’herbe. Cela réduit leur rayonnement et leur réchauffement pendant le jour et facilite le rafraîchissement nocturne. On l’a compris, l’énergie solaire est aussi une source d’inconfort. Aussi pour assurer le confort d’été, il est nécessaire de protéger le bâtiment, et particulièrement ses ouvertures, de l’ensoleillement direct afin de limiter les gains directs pour le mettre à l’ombre. Ces écrans peuvent être permanents, amovibles ou saisonniers (végétation). Ils permettent d’arrêter, de réfléchir ou de freiner les flux solaires. Le choix dépend de l’orientation de la baie. Les caractéristiques des protections solaires sont évaluées sous les angles suivants :

45°N 45°

90°

O

E 45° S/SO

N

S/SE

air chaud Pas de protections requises

• Protection solaire,

Protections mobiles extérieures avec un facteur solaire < 0,20

• La capacité d’occultation,

Protections mobiles intérieures Débords, casquettes, auvents...

• Le contrôle de l’éclairage naturel, • Capacité à ventiler naturellement, • Contrôle contre l’intrusion, • Coût / Entretien nécessaire • Automatisable ? ... La protection solaire doit être, partout où on le peut, de type végétal et notamment pour les toitures.

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Le dimensionnement des protections solaires doit faire l’objet systématique d’une étude. Par exemple le traitement de certaines expositions SUD par casquette pourra nécessiter un complément par protections solaires mobiles.


Le soleil, c’est aussi la photosynthèse

Potager mis en oeuvre par les salariés des branches bâtiments sur le site d’Egis à Montreuil.

Les toitures doivent être des parois actives suivant le cycle des saisons et des conditions climatiques. En effet, les toitures terrasses végétalisées ont des répercussions très positives sur la performance énergétique des bâtiments : pouvoir isolant en hiver, pouvoir rafraîchissant en été, meilleur captage du soleil par des phénomènes d’inter réflexions à l’intérieur des feuillages. Elles peuvent également être le siège d’une activité biologique intense, micro faune, insectes, espèces végétales locales. Plusieurs paramètres sont primordiaux pour un bon fonctionnement à long terme : • La toiture doit effectivement recevoir un flux lumineux tout au long de l’année (un patio très encaissé n’est pas le meilleur emplacement), • Le substrat doit se rapprocher d’un sol naturel et permettre le développement d’au moins une vingtaine d’espèces végétales différentes, • L’entretien doit être conçu en même temps que la toiture

Comment solariser mon bâtiment et mon territoire ? Plants de tomates sur le balcon, production de microalgues dans les façades, sylviculture pour le bois-énergie ou le bois-construction, production de céréales ou d’agrocarburant… ² Le vent correspond aux déplacements des masses d’air de régions de pressions différentes. Le moteur de ces différences de pression, c’est le soleil. 1

La production de biomasse1 , le solaire thermique et le solaire photovoltaïque, mais aussi l’éolien² et l’hydraulique, c’est de l’énergie solaire ! Peut-on imaginer couvrir notre planète avec des «  capteurs solaires  » ? D’une certaine manière, c’est déjà le cas ! Les plantes sont de formidables capteurs solaires qui utilisent cette énergie pour transformer le carbone minéral en carbone organique. Cela semble possible alors, la question que l’on doit se poser est plutôt : comment utiliser cette manne ? Et que fait-on de cette énergie ? Plusieurs solutions que l’on peut décomposer en deux catégories suivant la maturité des technologies : • Technologies matures 1. Chauffer de l’eau (Solaire thermique) 2. Chauffer de l’Air (Solar Wall, Mur Trombe, systèmes pariétodynamiques, cheminée solaire) 3. Générer un courant électrique (Photovoltaïque) 4. Climatisation solaire (Groupe frigorifique à absorption) • Technologies en développement 1. Chauffer de l’eau et produire un courant électrique (Capteurs hybrides) 2. Générer du courant électrique et de la chaleur (Solaire à concentration : CSP) 3. Production de micro-algues 46


La plupart de ces technologies sont à faible intensité énergétique, elles doivent donc être installées au plus proche du besoin. Leur intégration au bâti permet également d’améliorer les performances thermiques de celui-ci.

Quelques valeurs pour le photovoltaïque : Productible pour 10m² Technologie Cellules

Rendement

Nord de la France

Sud de la France

Monocristalline Meilleurs du Marché

200 Wc/m²

1,96 MWh/an

3 MWh/an

Monocristalline

150 Wc/m²

1,47 MWh/an

2,25 MWh/an

Polycristalline

140 Wc/m²

1,37 MWh/an

2,1 MWh/an

Amorphe

60 Wc/m²

0,59 MWh/an

0,9 MWh/an

Et pour le solaire thermique : Les systèmes solaires thermiques permettent d’économiser de l’énergie par rapport à une installation de production de chaleur traditionnelle thermique pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS) et/ ou le chauffage de locaux ou leur rafraîchissement. Les systèmes solaires combinés (SSC) permettent, outre la production d’eau chaude solaire, de couvrir une partie des besoins en chauffage. Les capteurs solaires thermiques absorbent le rayonnement solaire et le transforment en chaleur. Celle-ci est transmise à un fluide caloporteur (généralement de l’eau glycolée) pour être transférée vers un réservoir de stockage, mais peut servir à chauffer de l’air qui sera ensuite distribué dans le bâtiment. Il existe 4 familles de capteurs solaires thermiques: • Les capteurs plans non vitrés (destinés au chauffage des piscines) • Les capteurs plans vitrés (destinés à la production d’ECS ou à celle du chauffage de locaux), • Les capteurs sous vide (destinés à la production d’ECS ou à la production de chaleur pour actionner des machines de production de froid), • Les capteurs à air (destinés au chauffage des locaux – chauffage à air).

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VIVE LA BIOMASSE !

Par Jérôme Diot

Qu’est-ce que la biomasse ? La biomasse est, selon l’article 19 de la loi de programme relative à la mise en œuvre du Grenelle Environnement, la fraction biodégradable des produits, déchets et résidus provenant de l’agriculture, y compris les substances végétales et animales issues de la terre et de la mer, de la sylviculture et des industries connexes ainsi que la fraction biodégradable des déchets industriels et ménagers. Actuellement, les installations de biomasse sont principalement alimentées par le bois. D’autres combustibles sont mobilisables, à l’exemple de sous produits agricoles (paille, coques de tournesol,…) ou de cultures lignocellulosiques (miscanthus …).

Gestion durable des forêts A l’inverse, la déforestation des forêts tropicales nous montre le désastre écologique que peut provoquer une industrie du bois à court terme sans soucis de la pérennité de la matière première et de l’écosystème qui en est dépendant. Enfin, la filière bois est demandeuse de main d’œuvre de tous types (qualifiée ou non), donc créatrice d’emplois locaux. Beaucoup d’associations utilisent les métiers du bois pour insérer les personnes dans le monde du travail, ajoutant le côté social à cette filière. Le bois s’intègre donc parfaitement dans une démarche environnementale, aussi bien dans l’énergie que dans la construction, à condition que la filière s’organise rapidement sur l’ensemble de ces sujets pour une gestion des forêts de qualité et durable.

Le bois-énergie Le bois énergie suscite un regain d’intérêt en raison de son caractère renouvelable, de sa disponibilité locale et de son prix.

Les pellets comme combustibles et biomasse transformée.

En plus, le bois peut être utilisé en chauffage individuel sous la forme de bûches ou granulés, ou en chaufferie collective sous forme de déchets de scierie (sciure, plaquettes, écorce...). Les chaufferies collectives sont généralement raccordées à des réseaux de chauffage permettant une distribution de calories écologiques à un taux de TVA de 5,5%, entrainant un fort développement de ce type de réseau.

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Les traitements des fumées par des filtres à particules permettent de limiter l’impact de la combustion sur la qualité de l’air extérieur. En effet, sans ce dispositif, les fumées de combustion pourraient provoquer une pollution importante de l’air en particules fines. C’est ce qui a été constaté en Ile-de-France avec les cheminées à foyers ouverts qui pourraient être interdites à partir de 2015. L’utilisation du bois permet de réduire les émissions de CO2. Lors de la combustion bois, le CO2 est libéré dans l’atmosphère mais est stocké par la forêt qui repousse. L’utilisation du bois pour la production d’énergie électrique sous forme de cogénération a connu un essort sans précédent ces dernières années. En effet, la France a décidé de soutenir la cogénération biomasse par un tarif d’achat préférenciel et par des mécanismes d’aide (appels d’offres CRE portant sur des installations de puissance supérieure à 12 MWélectrique). Ce dispositif a permis la mise en place d’une dizaine de projets en fonctionnement. Cycle biochimique simplifié du carbone et de l’azote

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Le bois construction La qualité naturelle du bois rend ce matériau incontournable dans une réflexion environnementale sur la construction des bâtiments.

Les façades du pôle de loisirs Lyon Confluence (Elioth, consultant façade et environnement)

Charpente mixte bois et métal en cours de montage. Stade Allianz Riviera à Nice

Outre le fait que ce soit un matériau écologique et durable, il a de nombreux atouts. Le premier est la qualité de portance de la structure bois qui permet de répondre à toutes les exigences architecturales sur tous types de bâtiments. C’est un matériau solide et léger avec une grande résistance à la compression, à la traction et assez résistant à la flexion. L’utilisation de bois massif local dans nos constructions en variant les essences suivant ses propriétés naturelles (peuplier, chêne, résineux...) est l’un des axes majeurs de la conception du bâtiment. Le deuxième intérêt est que le bois est un isolant thermique qui, utilisé en structure, limite les ponts thermiques sans traitement spécifique. Il est également utilisé comme isolant thermique et phonique (fibre de bois, chanvre...) en remplacement de la laine de verre par exemple. Cet isolant bio-sourcé devra s’imposer dans les futures réglementations du bâtiment avec le lancement d’un nouveau label : le Label Bâtiment Bio-sourcé. De plus, le bois permet une régulation du taux d’humidité en absorbant ou rejetant celle-ci en fonction de l’hygrométrie de l’air et évite les phénomènes de condensation. Enfin, le délai de construction est plus court grâce à une préfabrication possible en atelier, des matériaux légers qui facilitent leur mise en œuvre et en conséquent qui réduisent les coûts de construction. Ainsi, beaucoup d’avantages font du bois un matériau en devenir.

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ET LA LUMIÈRE ?

Par Sébastien Duprat

Morosité météorologique ? Les carences en vitamine D sont un risque important pour la compétitivité de l’économie française. L’accès à la lumière naturelle est un enjeu majeur de la conception des espaces de travail, tant pour des raisons de confort, de bienêtre et de santé que pour limiter l’usage des appareils d’éclairage. En effet, non seulement l’éclairage artificiel est plus pauvre visuellement (spectre lumineux réduit, température unique, rendu des couleurs imparfait, contraste élevé sur la surface traité), mais il est aussi bien souvent un poste quasi incompressible de consommation électrique, pouvant représenter entre 20 et 40% des consommations d’un immeuble de bureaux.

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Toute démarche de sobriété énergétique doit intégrer un volet sur l’éclairement naturel et cette discipline appelle nuance et équilibre, car tout apport de lumière s’accompagne d’un apport d’énergie.

Analyse de lumière naturelle par Elioth pour la verrière de la bibliothèque universitaire de Rennes

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Le confort visuel dépend de la quantité, de la qualité, de la nature de la lumière • Avec 100 à 150 lux, on peut facilement lire une indication ponctuelle. • Avec 300 lux, on peut travailler confortablement toute une journée. • Avec 500 lux, on peut effectuer des travaux de précision (couture, dessin,…).

B. Gaudin, architecte

• Pour des travaux graphiques, un IRC (indice de rendu des couleurs) élevé est nécessaire. • Dans les zones de travail sur ordinateur, il faut peu de contrastes lumineux, pas de lumière directe, pas de pénombre prononcée. • Un ciel extérieur voilé de mi-saison offre une lumière gratuite de 10.000 lux. • La sensation d’éblouissement intervient quand le rapport d’intensité entre une source et l’ambiance est supérieur à 10. Utiliser la lumière du soleil permet d’économiser l’énergie • On peut aisément lier FLJ (Facteur de lumière du jour) et consommation par le calcul d’indice d’autonomie en lumière naturelle. • Un FLJ supérieur à 2 ou 3 % caractérise une pièce « lumineuse » et agréable pour un usage de bureau.

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De nouvelles sources d’éclairage, comme les LED, deviennent disponibles pour le projet, apportent des réponses concrètes à l’optimisation des consommations d’éclairage. Cependant, un pas réel ne peut être franchi sans étudier les dispositifs de pilotage et de modulation de l’éclairage, comme les sondes crépusculaires, les systèmes de gradation, une approche fonctionnelle et non technique du zoning… La qualité d’une conception sobre de la lumière repose sur la complémentarité entre éclairement naturel et artificiel. La lumière est une grandeur certes quantitative que l’ingénieur peut et doit optimiser, mais c’est surtout une matière sensible, un compagnon indissociable de l’architecture et limiter la conception lumière au FLJ serait un échec de projet.

Quand les dispositions architecturales sont limitées pour traiter la question de la lumière, on peut alors envisager des réponses plus techniques telles que les étagères à lumière, les lumiducs, les brise-soleil furtifs, les stores fractionnés ou inversés…

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VIVE LE BIEN-ÊTRE !

Par Sébastien Duprat

Santé, qualité de l’air et énergie

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La consommation d’énergie n’est pas un but en soi, mais bien un moyen d’assurer confort et conditions sanitaires dans un espace clos. Pousser la sobriété ne doit pas conduire à la dégradation de nos espaces intérieurs, dans lesquels nous passons le plus clair de notre temps. Le groupe Egis, dans le cadre des missions d’AMO HQE Exploitation ou BREEAM in USE qui lui sont confiées, se voit souvent en situation de prescrire et de produire des analyses de qualité de l’air intérieur. Par ailleurs, pour la conception d’espaces nécessitant à la maitrise de la contamination (hôpitaux, laboratoires, musée,…), les équipes sont conduites à concevoir ou modéliser des conditions fines d’ambiances et la dispersion de pollutions intérieures. Forts de cette expertise, nous pouvons développer une méthodologie exhaustive afin de diagnostiquer, corriger et prévenir les situations de pollution des ambiances intérieures. Pour cela il convient de tenir compte et d’identifier les sources probables en éliminant progressivement les différentes options : - sources climatiques de fond, - sources extérieures proches (activités voisines, axes de circulation majeur…), - source interne au bâtiment mais externe au local (local technique, réseau de ventilation,…), - source interne au locaux (matériau, colle, enduit, mastic, toile, peinture, meubles), - identifier les effets aggravants (zone d’accumulation, défaut de ventilation, recirculation technique, combinaison de sources,…), - éliminer la source (ou identifier la décroissance de ses émissions), - corriger les systèmes techniques de ventilation, - mettre en place des moyens de contrôle et de suivi. Par nature, la question de la qualité de l’air transcende la démarche HQE car elle porte sur plusieurs thématiques de Qualité Environnementale du bâti : Cible 1 : le site (pollution de fond, paysage, orientation,…) Cible 2 : produits de construction (matériaux) Cible 3 : chantier (suivi des labels, mode de pose, temps de séchage, commissionnement,…)

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Au-delà du diagramme de Sankey, les sensations.

Voir :

C >

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Analyses de confort de vent par simulations CFD par Elioth pour Unibail-Rodamco. Pôle de Loisirs LyonConfluence


Cible 4 : énergie (ventilation, systèmes,…) Cible 5 : eau (légionellose) Cible 6 : déchets (odeurs,…) Cible 7 : maintenance (produits d’entretien, remplacement des filtres,…) Cible 8 : confort (hygrométrie) Cibles 11, 12, et 13 : confort olfactif, et qualité sanitaire des espaces et de l’air Les limites de la démarche sont inhérentes à la thématique : - la qualification théorique des sources de pollution est souvent difficile, - l’évolution temporelle des concentrations est complexe à prédire et à mesurer dans des conditions de l’ingénierie, - la variabilité de la sensibilité aux odeurs de 1 à1000 dans la population, - certaines molécules ont un seuil olfactif plus faible que leur limite de détection avec des protocoles usuels (produits soufrés notamment), - les valeurs guides sont très variables et ne permettent pas toujours une prise de décision, - les effets croisés et mécanismes biologiques, biochimiques et physiques ne sont par toujours connus ou caractérisés pour des combinaisons de plusieurs contaminants.

Vers une ingénierie des sens L’expérience émotionnelle, qui marque consciemment ou inconsciemment le visiteur d’un lieu, est complexe à analyser autant qu’à décrire, tant elle convoque les souvenirs et le parcours culturel et sensible de chacun. En omettant volontairement la qualité fonctionnelle des espaces, qui n’est pas l’objet de notre démarche, nous voyons émerger un corpus technique, lexical et méthodologique pour étudier et participer à l’expérience émotionnelle qu’est l’architecture.

Le Panthéon (Rome)

Au-delà de la puissance tellurique de certains sites tels Gyseh, l’Acropole ou d’une autre manière Ground Zero, qui contribuent à l’émotion de toute leur puissance évocatrice, nous souhaitons participer à l’élaboration d’une nouvelle collaboration entre ingénieur et architecte pour « fabriquer des émotions » : l’ingénierie poly-sensorielle. La prise en charge des « sens » du visiteur est une notion plus nouvelle, moins évidemment répartie entre les acteurs du projet et plus molle dans sa définition contractuelle et technique. Nous 54


n’oublions pas ici que certains « pères fondateurs » proposent déjà une approche sensorielle, consubstantielle de leur écriture formelle, c’est le cas de Philipp Rahm ou de Peter Zumtor dont le travail reçoit ici un hommage implicite et appuyé. Il nous a toutefois semblé utile de poser les bases d’une approche scientifique afin que les concepteurs soient plus armés pour comprendre et concevoir les « besoins sensoriels » de leurs clients. Si les 5 sens ne sont pas nécessairement tous invités à participer de notre démarche (le goût notamment), nous voulons oublier un instant toutes les approches multicritères de type HQE et ses quatorze cibles et la cohorte des lots discrétisés essentiellement au gré des savoir-faire des constructeurs. Dans ce temps des normes et des labels, nous voulons revenir à l’essentiel : ce que perçoit l’occupant. Nous verrons que cet angle de travail apporte aussi transversalité et globalité et permet de résoudre ce paradoxe : les bâtiments sont de plus en plus « green » et pour autant, l’appropriation ou l’affect qu’ils mobilisent est parfois peu lisible. Comme le montrent certains paradoxes sensoriels (la plage est numériquement un espace très inconfortable !), tant le moment vécu que le passé émotionnel ou culturel module fortement l’appréciation d’une ambiance. Ainsi, selon les individus ou les cultures, la méditation ou la prière pourront appeler la lumière ou la pénombre, le confort pourra appeler 19°C ou 26°C. L’odeur du tabac ou du café pourra être familière et rassurante ou désagréable et âcre. Le bruit pourra être perçu comme « normal » ou « agressif » selon les âges ou les cultures. De ce fait, notre proposition n’est pas ici la définition d’un indice de confort universel ou d’une objectivation artificielle de ce qui ne peut l’être. Le professeur Povl Ol Fanger, universitaire danois, dès les années 70, en établissant les fameux indices PMV et PPD, constatait la variabilité interpersonnelle dans la qualification du confort, alors que celui-ci se limitait à 6 paramètres (température, température radiante, humidité, vitesse de l’air, niveau d’habillement et niveau d’activité). On comprend bien qu’en ajoutant à cette approche les odeurs, les sons, la lumière, les couleurs il est impossible d’aboutir à un indicateur universel. Par ailleurs, au-delà de l’activité, qui est définie quantitativement par le niveau métabolique de l’occupant, on conçoit que la nature de l’activité module le ressenti. La salle de réunion bruyante et le restaurant présentent parfois le même niveau de bruit sans que l’expérience émotionnelle ne soit comparable. Si le rayonnement d’un spot ou d’un feu de camp sont numériquement proches, on conviendra que les attentes et que le moment vécu seront très différents, car le contenu émotionnel du feu n’est pas proposé par le spot ou le panneau radiant. 55

Parmi les indices de Fanger Le PPD Predicted Percentage of Dissatisfied est issu de l’équation de Fanger : M = metabolic rate, met Icl = cloth index, clo v = air velocity, m/s tr = mean radiant temperature, oC ta = ambient air temperature, oC Pw = vapour pressure of water in ambient air, Pa


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JE NE COMPRENDS RIEN À LA GÉOTHERMIE ! Par Hervé Maurer

Rappel Nous bénéficions encore d’un flux de chaleur rémanent issu de l’activité nucléaire du noyau terrestre. La distribution de ce flux peut parfois se localiser spatialement pour offrir des gisements potentiels importants. Rappelons toutefois que le flux moyen énergétique est bien plus faible que le gisement solaire : de l’ordre de 0.06W/m² à comparer à environ 340W/m² issu de la radiation solaire et ses dérivés.

Un rôle singulier Le flux géothermique peut jouer localement un rôle énergétique central dans l’approvisionnement d’un territoire : songeons aux centrales électriques utilisant les sources chaudes en Islande ou en Martinique. En Ile-de-France, le Dogger offre un potentiel important pour la production de basse et moyenne chaleur en amont des réseaux de chaleur.

Diversité des solutions On distingue plusieurs types de géothermie en fonction de la température, de la ressource et du mode d’utilisation de l’énergie. La géothermie très basse énergie (< à 30°C) : elle nécessite l’utilisation de pompe à chaleur (aquifères peu profonds, géothermie sur sondes ou champs de sondes, pieux ou fondations,…).Nota : les puits « canadiens ou provençaux » sont également des systèmes géothermiques dits de surface... La géothermie basse énergie (entre 30 et 100°C) : aquifères profonds ou zones d’anomalie thermique, généralement utilisée pour le chauffage urbain collectif. La géothermie moyenne énergie (entre 100 et 150°C) : aquifères profonds ou zones d’anomalie thermique. Production de vapeur pour l’alimentation de centrales électriques. La géothermie haute énergie (entre 150 et 350°C) : injection d’eau et fracture des roches pour production de vapeur. La géothermie recouvre des solutions techniques très variées. Il s’agit dans tous les cas d’effectuer un échange thermique sous le sol mais la quantité et la qualité (niveau enthalpique) du flux thermique produit varient principalement en fonction de la profondeur concernée. 56


Quelques décimètres : Des tuyauteries horizontales enterrées à faible profondeur permettent un échange thermique peu puissant mais suffisant via une pompe à chaleur pour diriger vers une maison individuelle un flux calorifique économiquement compétitif (de manière secondaire l’installation est réversible et permet un rafraîchissement avec un surcoût négligeable).

Quelques mêtres : Des conduits aérauliques horizontaux situés à cette profondeur (appelés puits canadiens/provençaux) permettent de pré-conditionner l’air neuf hygiénique nécessaire à un bâtiment. La rentabilité du procédé dépend du gain net qui peut être fortement réduit dans certains cas avec par exemple les consommations électriques générées par le transfert ou encore lorsque le gisement d’énergie à récupérer pour préchauffer l’air neuf hygiénique est concurrencé par les échanges thermiques mis en place entre air neuf et air extrait.

5 à 10 m : Différentes techniques permettent de faire circuler de l’eau dans le sol avec un échange thermique de l’ordre de 10W/ml. Soit les canalisations verticales sont coulées dans l’infrastructure d’un bâtiment, on parle alors de pieux ou barrettes, le coût de l’accès à la profondeur est masqué par celui du gros œuvre. L’alternative consiste à creuser des forages et y intégrer les canalisations via une armature métallique, l’ensemble est appelée sonde. Les longueurs à mettre en œuvre sont importantes : plusieurs centaines de mètres. Par échange direct ou via pompe à chaleur, ces canalisations peuvent transférer une énergie renouvelable de faible puissance car limitée à quelques kW à faible température, 15°C environ, mais avec un coût d’exploitation limité à celui de l’électricité requise pour le transfert hydraulique.

20 à 100 m : Moyenne profondeur A cette profondeur il est possible d’accéder par exemple au réservoir de l’Albien en Île-de-France. La mise en œuvre consiste à prévoir un ou plusieurs forages de l’ordre de 100m3/h unitaires pour produire au secondaire d’un échangeur à plaques un flux thermique à 15/16°C, pouvant alimenter en confort d’été des émetteurs à moyenne température de type poutres dynamiques ou plafonds rayonnants. 57

Artem à Nancy : Conception et suivi réalisation de galerie et des puits canadien, Elioth et Egis


Via une pompe à chaleur ( ou Thermo Frigo Pompe) il est possible en confort d’hiver de produire un flux thermique à 40/45°C avec une signature environnementale très favorable et économiquement compétitive. Anomalie géologique Le site de Bouillante à Basse Terre en Guadeloupe se caractérise par un accès relativement facile à 350 m à de la vapeur à 250°C. Cette situation est liée à l’activité volcanique de la zone et permet une production d’électricité par turbine à vapeur.

1000 à 1500 m : GRANDE PROFONDEUR A cette profondeur il est possible d’accéder au réservoir du Dogger en Île-de-France et à son équivalent en Aquitaine et en Alsace. Le débit d’exhaure de l’ordre de 200 à 300m3/h à une température supérieure à 50° permet de chauffer les bâtiments. Les évolutions récentes des émetteurs terminaux favorisent le taux de couverture de la géothermie.

Plus de 5000 m : TRES GRANDE PROFONDEUR L’eau est pompée à plus 5.000 mètres sous terre, où elle se charge de calories en circulant dans les fractures existantes des roches chaudes, qui sont environ à 200 °C. Elle remonte ensuite en surface, avec une température qui avoisine les 180°C. Elle passe par un système d’échangeurs de chaleur pour y libérer ses calories avant de rejoindre son milieu d’origine par l’intermédiaire du puits d’injection pour se recharger en calories. Là, elle se réchauffe au contact des roches avant d’être à nouveau aspirée quelques jours ou quelques mois plus tard.

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COGÉNÉRATION EN VILLE : QUELLES TENDANCES POUR LE FUTUR ? Par Patrice Cazes

Le principe de la cogénération est de produire simultanément de la chaleur et de l’énergie mécanique valorisée sous forme d’énergie électrique. La trigénération est une extension de la cogénération avec production d’une troisième catégorie d’énergie, en général du froid. Grâce à cette production combinée, les pertes d’énergie se réduisent de manière significative. Ainsi, la cogénération permet d’économiser entre 15 et 20% d’énergie primaire par rapport à la production séparée de ces mêmes quantités de chaleur et d’électricité. Les années 90 ont vu éclore, grâce aux anciens tarifs avantageux de rachat garanti pour l’électricité, des installations de cogénération à base de gaz naturel (moteurs, turbines). Bien que présentant un intérêt en termes de rendement par rapport à une centrale thermique de production d’énergie électrique, il convient, pour des raisons environnementales ainsi que de maîtrise du coût du carburant, de développer des systèmes à base d’énergies renouvelables.

Les technologies de cogénération ENR Dans le cas de la cogénération biogaz, le module de cogénération sera constitué d’un moteur, d’un alternateur et d’un système de récupération de calories sur le refroidissement des fumées et du moteur. L’énergie électrique peut être valorisée financièrement par un tarif de rachat garanti. Dans le cas de la cogénération biomasse, il existe deux types d’installations : • Installation pour des puissances supérieures à 2 ou 3 MW électriques : l’énergie contenue dans la biomasse est convertie en vapeur HT/HP dans une chaudière. Cette vapeur est détendue dans une turbine entraînant un alternateur. La chaleur résiduelle pourra être valorisée directement sous forme de vapeur vers du process ou dans un réseau de chaleur via un échangeur. Les turbines vapeur à utiliser sont de type :

- à contre-pression, permettant de valoriser la vapeur détendue via un process,

- à condensation permettant de valoriser de l’eau chaude avec ou sans soutirage vapeur éventuel.

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Nota : ce type d’installation pourra être envisagé dans le cas de reconditionnement d’usines d’incinération d’ordures ménagères permettant ainsi une réalimentation de l’éventuel réseau de chauffage avec des conditions économiques avantageuses.

Vapeur HP Turbine

Génerateur

Process

Chaudière

Alimentation

Bâche alimentaire

Retours des condensats

• installation pour des puissances inférieures à 2 ou 3 MW électriques : l’énergie contenue dans la biomasse permet de chauffer un fluide thermique via une chaudière. Ce fluide thermique transmet sa chaleur à un module ORC utilisant un fluide thermodynamique. Le module ORC, composé d’une turbine, d’un alternateur et d’échangeurs, permet de produire de l’énergie électrique. Ce type d’installation peut être facilement adossable à une chaufferie traditionnelle de quartier.

300-350°C

Turbine

Génerateur

Évaporateur Récupérateur 250°C

Condenseur

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Réseau de chaleur Aérofrigérants


En négligeant le facteur d’échelle, la cogénération en ville réalisée à partir de biomasse ou de biogaz est une solution énergétiquement intéressante au regard de la performance globale d’une centrale thermique avec cycle combiné (70 à 80 % pour la cogénération en ville contre 55% pour le cycle combiné). Ces productions décentralisées permettent également d’éviter les pertes en ligne, les renforcements de réseaux et de diminuer les congestions. Ces équipements, contrairement à l’éolien et au solaire, permettent de s’adapter aux besoins. Ils ne sont pas sensibles aux variations climatiques et leur niveau élevé de disponibilité (supérieur à 95%) permet de faire face aux pointes de consommation d’électricité. Toutefois, cette performance nécessite de valoriser la quasi-totalité de la part thermique disponible et de bénéficier d’un tarif d’achat électrique intéressant. Les tarifs d’achat doivent progresser pour favoriser le développement de ce type de projets. Actuellement, les pouvoirs publics semblent préférer les installations biomasse de plus grosses puissances, rattachées aux secteurs industriels. Concernant les installations de très petites puissances, la microcogénération à gaz semble aujourd’hui vouloir se développer dans le logement individuel étendu au petit collectif.

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QUELLE(S) RÉNOVATION(S) ÉNERGÉTIQUE(S) ? Par Raphaël Ménard

La physique avant la finance ! Comment aborder la question de la rénovation thermique du parc bâti au-delà de la question du financement ? Dans un premier temps et pour simplifier l’approche, limitons cette réflexion aux efforts à conduire pour diminuer la consommation énergétique associée au chauffage. Rappelons alors que pour un même bouquet technique de réhabilitation (ou de rénovation) énergétique, le rendement économique des travaux effectués est fonction des quatre variables suivantes : 1. Le coût des travaux (comprenant principalement les coûts de fourniture et de pose) associés à la rénovation ou à la réhabilitation énergétique ;

L’intensité climatique comme différentiateur de l’efficacité d’une rénovation. Extrait du Guide d’Interactions EnergieClimat, volume 2, Résilience, Egis Prospective, 2013 Voir :

B > 11

2. L’intensité climatique à l’emplacement géographique du bâti (avec comme indicateur principal pour la demande de chauffage, les degré-jours unifiés) ainsi que l’intensité de l’usage de la construction rénovée (soit le nombre d’heures d’utilisation du bâtiment, corrélé aux températures de consigne associées à cet usage) ; 3. La durée d’obsolescence du bouquet de rénovation (et la provision en conséquence de l’amortissement de l’investissement consenti) et les coûts récurrents d’entretien-maintenance à estimer pendant la durée de vie du bouquet ; 4. Les coûts financiers induits par le type de montage choisi. On semble aujourd’hui se concentrer principalement sur le quatrième point. Or, les trois premiers ont un effet majeur. La péréquation des quatre variables permet de redéfinir les priorités ; à l’échelle nationale, elle autorisera aussi une hiérarchisation des typologies à rénover.

Un outil de mesure économique : le LEC Rappelons qu’une multitude d’études évaluant les enjeux technico-économiques de la rénovation énergétique se fonde quasi exclusivement sur une évaluation du TRI propre à chaque bouquet de transformation. Toutefois, ce type d’approche présuppose une projection des coûts énergétiques à moyen et long terme des différents vecteurs énergétiques finaux (comprenant dès lors les incertitudes afférentes à ces choix). Ajoutons que la méthodologie

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du TRI rend ardue la simulation des effets engendrés par la perspective d’une tarification progressive (avec la prise en compte des non-linéarités associées au seuil de consommation). Dans la suite de cette note, nous développons une nouvelle approche, fondée sur une déclinaison de la méthodologie dite LEC (Levelized Energy Cost). Cette analyse est généralement utilisée pour évaluer les coûts de production de l’électricité selon les différents modes de production (par exemple pour le photovoltaïque ou l’éolien).

L’exemple de monsieur Dupont qui change ses fenêtres Dans la simulation ci-après, nous évaluons l’effet induit par le remplacement de 10m² de simple vitrage par du vitrage isolant pour un logement (avec les menuiseries associées). Dans cette première approche, le coût d’entretien-maintenance a été négligé. La détermination de cinq variables permet alors d’estimer le coût de production équivalent des kilowattheures thermiques économisés :

Le LEC ? Plus simple que ça en a l’air !

« Investir pour moins consommer ou mieux produire ? »

Remplacement de 10m² de simple vitrage en double vitrage

Les résultats de la simulation montrent l’extrême sensibilité du résultat final selon les cinq variables. Ce premier exemple montre aussi le besoin de spatialiser les approches, pour adapter les filières (et les typologies de bouquet de rénovation) en fonction de la régionalisation des coûts de production (et de leur comparaison vis-à-vis des mix régionaux archétypiques de consommation finale pour la chaleur). Enfin, la durée d’obsolescence et le financement agisseent également au premier ordre du coût de production équivalent. Sur cet exemple, et à l’aune des tarifs TTC de quelques vecteurs finaux, seules les cas 5 et 13 semblent d’emblée compétitifs (sauf peut-être dans certains cas en comparaison du bois-énergie). Les cas 3,9 et 11 peuvent être intéressants si l’énergie finale utilisée pour le chauffage est de l’électricité.

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Dilemme énergétique : changer de voiture ou rénover son logement ?


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SAIT-ON GARANTIR LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE ? Par Sébastien Duprat

Le Grenelle de l’environnement a fait émerger par le biais de groupes de travail du plan bâtiment responsable, la thématique de la garantie de performance énergétique. Sa définition est encore variable et relève plutôt du contrat que de la loi, mais les principes peuvent être énoncés ci-dessous.

La garantie, pour qui ? A travers les unités, on observe que la garantie peut impacter plusieurs acteurs : pour qu’elle intéresse à la fois l’utilisateur (énergie finale), l’investisseur (en kWhep) et éventuellement le contribuable (en CO2) dans la perspective d’une fiscalité assise sur le carbone dans les années à venir. Une garantie sur un « coût » énergétique semble plus fragile étant donnée la volatilité des prix des énergies. La dispersion des situations dans un même immeuble nous pousse à envisager une garantie collective pour un ensemble immobilier, plutôt qu’une garantie portant sur chaque appartement ou chaque bureau. En effet, dans le logement destiné aux plus fragiles de nos concitoyens, une garantie logement par logement pousserait la généralisation d’une individualisation des charges qui percute les enjeux de la précarité énergétique.

La garantie, de qui ? La pratique a démontré une responsabilité partagée des acteurs de la construction. Il apparaît que chacun (maître d’œuvre, constructeur ou exploitant) devrait accepter de porter une partie de cette garantie dans la mesure de ses responsabilités et de l’assiette de rémunération de ses missions. Dans les schémas contractuels de PPP, CPE et/ou conception réalisation dans une moindre mesure, les membres du groupement pourront convenir entre eux des modalités de « ventilation » de cette garantie. Dans un schéma contractuel « classique », la séquence des interventions doit permettre à l’entreprise de réceptionner (ou de valider par son acceptation du marché) les études de la maîtrise d’œuvre comme lui permettant de porter cette garantie en tant que constructeur, et une phase de réception performancielle (commissionnement) permettrait de transférer cette garantie du constructeur vers le maître d’ouvrage ou son exploitant. Les mécanismes de portage successif de cette garantie restent à étudier et à différencier de la responsabilité de conception déjà 64


existante. En effet, une surconsommation énergétique ne rend pas l’ouvrage impropre à sa destination. Il est souhaitable de décliner cette garantie sur plusieurs niveaux et périmètres. Le plus léger portant sur les consommations thermiques, le plus exigeant pouvant s’étendre aux consommations d’usages et d’équipements. N’étant pas une garantie légale, elle devra être accompagnée de mécanismes d’assurances à définir. Variable en périmètre et en durée pour embrasser les différents enjeux (clients & constructeurs) et phases de maîtrise des consommations

kwhef, kwhep, CO2 La facture Permet une garantie au locataire, à l’occupant, au preneur

La règle Concerne une garantie au propriétaire, à l’investisseur, au gestionnaire de fond dans la qualification de son patrimoine

L’enjeu Enjeu global, engagements nationaux et à terme la toise fiscale ?

La garantie, comment ? Il est entendu que les outils de calculs réglementaires ne permettent pas de porter des engagements, dans la mesure où ils ne calculent pas des consommations, mais un comportement conventionnel. Il est important de noter qu’une évolution de ces outils dans cette direction est souhaitable à terme. Ces engagements, nécessairement multipostes, seront plus sûrement assis sur un ensemble de modélisations thermiques dynamiques (pour les consommations thermiques), en radiosité (pour les consommations d’éclairage) … Il n’apparaît pas opportun de fixer une liste de logiciels mais plutôt d’encadrer les méthodes et jeux d’hypothèses à intégrer dans le modèle. Les grandeurs non mesurables (CO2 ou énergie primaire) pourront être converties sur la base des coefficients réglementaires de la RT 2012 ou à venir. La détermination de ces hypothèses devra impliquer le maître d’ouvrage, connaisseur en amont des usages et des utilisateurs futurs de son ouvrage. Ce dernier étant à même d’intégrer des clauses de contrôle de l’occupant dans ses baux. Afin de vérifier le respect de la performance, le protocole de relevé des performances devra être encadré. Par défaut, l’application du protocole d’origine Américaine IPMVP semble une bonne piste, mais n’est pas adapté aux situations simples.

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Le confort des utilisateurs est la finalité des consommations d’énergie. Il est facile, surtout dans le logement, de sacrifier le confort pour respecter un niveau de consommation. Il conviendra de définir, dans les protocoles, une objectivation des conditions de confort tant en été qu’en hiver (TIC, PMV, autre…). Le sous-dimensionnement à craindre des productions thermiques résultant d’une optimisation, pouvant occasionner une incapacité technique à affronter des périodes très froides ou une évolution des usages d’un bâtiment. Les 19°C de température de consigne ne pourront être la base (calcul réglementaire en décalage avec la pratique). Un engagement sur le confort passif d’été est souhaitable dans certains domaines fonctionnels (logement, petite enfance, personnes âgées,…), les autres étant régulièrement équipés de systèmes actifs pour le confort d’été.

La garantie dans le temps ?

Image par Elioth dans le cadre du projet de recherche Resilis, programme ANR Villes Durables. Analyse de la résilience climatique et effets induits du changement climatique sur les consommations du parc bâti.

Sans préjuger de cette évolution, il est admis que le climat évolue, et évolue rapidement. Les implications du groupe Egis dans différents programmes de recherche publics, montrent qu’il est pertinent d’intégrer cette évolution des températures, dès aujourd’hui dans nos pratiques de conception. Si les projections montrent un « adoucissement » des hivers, c’est surtout l’augmentation des périodes de très fortes chaleurs qui est significatif. Cet état de fait ne doit pas conduire à générer a posteriori des équipements individuels de climatisation ou à un inconfort généralisé en été qui pourrait évoluer en « crise » sanitaire avec le vieillissement des populations. Ainsi il est urgent d’introduire une approche de résilience aux changements climatiques dans les principes d’engagement avec une étude de sensibilité tant sur les consommations que sur le confort. La vie du bâtiment est aussi un facteur d’évolution des consommations. Les situations peuvent diverger en fonction de l’âge technique des ouvrages, mais il est admit qu’une bonne exploitation doit permettre le maintien du niveau de performances sur une période de 10 ans. Au-delà il est difficile de prolonger les engagements initiaux. A contrario, sous couvert d’une période de « réglage » à définir (1 à 3 ans), il n’est pas raisonnable d’exiger de l’exploitant qu’il améliore par sa simple exploitation les consommations de l’ouvrage.

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Si les contrats de type PPP ou CPE incorporent de fait la notion de garantie de performance, il convient d’étoffer l’approche en développant à l’avenir : - La variabilité climatique (à moyen terme) ; - Extension aux énergies renouvelables intégrées au bâti (complémentarité GPE et GRS) ; - Encadrement des modes, méthodes et protocoles de mesure de la performance énergétique (par un tiers ?, à quelle fréquence ?, directe ou indirecte ?, sur la base des comptages existants ou audelà ?), qui permettront à la garantie de s’exercer ; - … vers une garantie de performance climatique (assurant un niveau de confort et une certaine résilience aux évolutions climatiques, par exemple pour la petite enfance ou les établissements pour personnes âgées). Dans une telle extension, l’objectivation du confort est une thématique en soi.

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« Vers aussi une garantie de performance climatique ? »


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VOUS SOUHAITEZ ENCLENCHER UNE DÉMARCHE DE TRANSITION ÉNERGÉTIQUE À L’ÉCHELLE LOCALE ? Par Loubliana Petroff, Paul Azzopardi et Raphaël Ménard

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Dépasser l’échelle du bâti Travailler la performance énergétique à l’échelle du bâtiment constitue une approche limitée puisqu’elle ne permet pas de tirer parti des synergies potentielles qui peuvent être déployées entre des programmes différents, ni des effets d’échelle ou de foisonnement qui peuvent apparaître à l’échelle d’un ensemble de bâtiments.

Vers le monitoring énergétique à l’échelle urbaine. Croquis par Elioth dans le cadre de l’accompagnement environnemental pour l’aménagement e l’ile Seguin auprès de l’agence Jean Nouvel.

Au sein d’un quartier mixte, les différents types de bâtiment, en fonction de leur programme et de leurs caractéristiques, présentent des profils de besoins énergétiques (puissance appelée, variations saisonnières ou journalières, …) distincts et éventuellement complémentaires : ces variations constituent des opportunités pour développer des stratégies de mutualisation énergétique entre bâtiments. Qu’il s’agisse d’échange de chaleur entre différents programmes ayant des besoins simultanés de chaud et de froid ou plus simplement de tirer parti d’effets de foisonnement pour limiter la puissance totale à installer : le développement de stratégies globales peut permettre des économies substantielles d’énergie et de puissance à installer ! Par ailleurs, la mutualisation des moyens de production énergétique à l’échelle de plusieurs bâtiments peut également constituer un avantage en termes de faisabilité technique ou économique, et favoriser la mise en œuvre de solutions plus performantes du point de vue environnemental.

Scénariser l’offre et la demande énergétique L’approche proposée consiste travailler à l’échelle du quartier et à s’inspirer du fonctionnement des écosystèmes naturels, qui fabriquent leurs propres interdépendances et fonctionnent en boucle, les sous-produits des uns servant de ressources aux autres. Concept énergétique pour le Grand Moscou. Elioth et Egis dans l’équipe Grumbach-Wilmotte (équipe lauréate)

Pour cela, il suffit d’aborder le système urbain comme un ensemble de réservoirs de stockage et de flux d’énergie échangés entre les différents acteurs et entités programmatiques du territoire et leur environnement. Le développement d’outils basés sur la dynamique des systèmes complexes permet de simuler différents scé68


narios d’approvisionnement énergétique et d’identifier les sources d’optimisation du système. Par ailleurs, réfléchir à l’échelle urbaine, c’est également se projeter dans le temps long, il s’agit donc dès aujourd’hui d’intégrer dans nos modèles des projections tendancielles techniques ou sociologiques. Ainsi, l’évolution du parc automobile (qui s’opère sur des échelles de temps de quelques années) et des équipements individuels dans les logements par exemple (écran plasma, climatisation, réfrigérateur américain…), peuvent conduire à imaginer un déplacement de la consommation énergétique vers l’électricité comme vecteur. Par ailleurs, les évolutions démographiques et sociologiques doivent également être intégrées à cette approche : le vieillissement structurel de la population pourrait avoir comme impact un resserrement de la plage de confort thermique, et donc un effet sur la prescription des températures de consigne et des consommations énergétiques induites. Pour toutes ces raisons, il s’agit d’intégrer non pas des données d’entrée dans nos hypothèses, mais des probabilités de données d’entrée et de mesurer la sensibilité des résultats et projections à la gaussienne de probabilité pour tel ou tel paramètre de design.

Schémas directeurs de transition énergétique Analyser le bassin d’approvisionnement énergétique et chercher à maximiser l’autonomie d’un territoire constitue la base d’une démarche de transition énergétique à l’échelle locale. En plus des vecteurs classiques que nous avons l’habitude de manipuler, cette approche doit également intégrer les autres formes d’énergie que sont l’alimentation ou les énergies incorporées, afin de limiter la dépendance énergétique globale du territoire. Ce type de démarche a un impact non négligeable sur la morphologie urbaine. Il s’agit en effet à la fois d’intensifier l’utilisation du territoire pour accueillir une population et des activités croissantes tout en limitant l’empreinte énergétique de ces activités : c’est-àdire en garantissant une production locale d’énergie renouvelable suffisante pour alimenter cette population et ces activités. Nous développons ce type d’approche dans le cadre du programme scientifique Ignis Mutat Res (équipe [Re][For][Me]) ainsi que via notre participation au conseil scientifique du Grand Paris.

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Remembrer les territoires énergétiques. Relocaliser les productions. Croquis Elioth pour l’équipe Jean Nouvel, consultation pour le Grand Paris, 2008.


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CHANGEMENT CLIMATIQUE : QUELLES CONSÉQUENCES ? Par Raphaël Ménard

Climat global, climat local et demande énergétique

Anticiper pour éviter la mise en place désordonnée de productions de froid décentralisées (et évacuant leurs exutoires de chaleur dans l’espace urbain) Extraits du Guide d’Interactions Energie-Climat, volume 2, Résilience, Egis Prospective, 2013 :

Dans le cadre d’un programme de recherche porté par l’Agence Nationale de la Recherche, nous avons évalué les conséquences tendancielles de l’évolution du climat sur la demande de chaud et de froid du bâti à horizon 2050-2100. Sur le prochain siècle, nos études ont permis de constater une évolution drastique de la demande de froid pour nos températures de consigne usuelles. Nous avons également évalué les conséquences sur la demande de chaleur à l’échelle du bâti.

Perspectives de moyen terme Dans la très grande majorité des situations géographiques, la demande de froid (et donc la consommation d’énergie finale associée à cette demande) explose. Le graphique de synthèse ci-contre montre les évolutions tendancielles des degrés-jours chauds (base 18) et des degrés-jours froids (base 25) à horizon 2050-2100 (dans le cadre du modèle climatique Arpège de Météo France et scénario A2 d’émissions de GES).

Choix de parti Changement climatique : vers une translation de la répartition typique des températures.

Changement climatique : trajectoires probables d’évolution de la demande de chaleur et de rafraîchissement pour des logements collectifs.

Il est urgent que nous cessions de projeter l’architecture à l’horizon de sa livraison mais davantage au service de sa vie d’adulte ! Ceci est valable pour nos visuels de rendu (que les maîtres d’ouvrage réclament des perspectives de leur commande vingt ans après leur inauguration, cela fournirait un beau prétexte à des débats collectifs de fond sur nos futurs possibles), comme pour nos simulations thermiques dynamiques (modélisons en effet le comportement du bâtiment dans un environnement climatique qui sera celui de son âge adulte plutôt qu’avant sa gestation). Parallèlement, la pédagogie de la rénovation énergétique doit également prendre en compte les problématiques de confort estival dans le choix des bouquets.

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QUELLES SOLUTIONS DE STOCKAGE ET DE ROBUSTESSE D’APPROVISIONNEMENT ? Par Michel Cassini

La résilience se construit, se conçoit. Concevoir avec le risque de panne est une gymnastique pratiquée tous les jours par nos ingénieurs. En détaillant le chemin énergétique, on comprend que la disponibilité finale dépend de la disponibilité de chacun des éléments de la liaison. La résilience du système est donc la résilience de son maillon le plus faible. Pour sécuriser l’approvisionnement, on évalue chaque élément de la chaîne pour en déterminer : • ses causes et sa probabilité de défaillance, • sa criticité dans la chaîne d’approvisionnement, • le temps nécessaire à son remplacement. Stockage

Disponibilité de la ressource

Disponibilité équipement de production

MDE* Disponibilité liaison 1

Disponibilité vecteur

Besoin A

Disponibilité Énergie Besoin B

Ressource Alternative

Disponibilité équipement de production

Disponibilité liaison 2

Stockage

Sur le diagramme ci-dessus, on rend notre système plus résilient en : • diversifiant les ressources nécessaires pour produire le vecteur, pour de l’électricité on pense naturellement à un mix « systèmes conventionnels » / énergies renouvelables locales, • ajoutant du stockage à plusieurs points clefs du réseau, sur les équipements de production pour stocker par exemple un surplus d’énergie ou lisser un appel de charge, • maillant les réseaux d’approvisionnement, • adaptant le besoin (*Maîtrise de Demande Énergétique). La robustesse se construit au travers de chacun des éléments, ce n’est pas une solution unique, c’est une méthode analytique et exhaustive des modes de défaillances du « système énergie ». 72


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L’EAU CHAUDE SANITAIRE : ENJEUX DE DEMAIN Par Hervé Maurer

Dans les bâtiments neufs, la diminution des besoins thermiques accentue la part relative liée à la production d’ECS. Dans certains secteurs d’activité tels que l’hôtellerie ou les hôpitaux, ce poste devient particulièrement stratégique. Pour améliorer la signature environnementale et diminuer les coûts d’exploitation, une solution performante consiste à effectuer la production en cascade avec 3 étages successifs : récupération de la chaleur fatale résiduelle liée à l’exploitation du bâtiment, puis complément par l’énergie solaire et enfin appoint secours par les moyens de production traditionnels. Une production de type ½ instantanée, c’est-à-dire de faible puissance mais associée à une capacité de stockage adaptée, permet d’optimiser le résultat . Schéma de Production ECS Schéma de production

ECS

Raccordement sur réseau EC existant

Arrivée Eau de Ville

Stockage Dry Cooler

Groupe frigorifique

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P

T

C


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EST CE QU’ÊTRE NERGÉTIQUEMENT NTEXTUEL » ? p.30

NT LES COÛTS FINAUX NT-ILS D’ÉVOLUER ? p.28 74


p.75 p.75

COMMENT COMMENT AGIR AGIR ? ? C C

2 1

CARTE CARTE GLOBALE GLOBALE 2 DES EXPERTISES DES EXPERTISES p.78 p.78

TCÉ : TCÉ : LE1 « TOUT-CORPS LE « TOUT-CORPS D’ÉTAT D’ÉTAT ÉNERGÉTIQUE ÉNERGÉTIQUE » p.76 » p.76

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1

TCÉ : LE « TOUT-CORPS D’ÉTAT ÉNERGÉTIQUE »

Révolution de l’offre !

Le Tout Corps d’Etat Energétique par Egis. L’engagement global et de long terme

Depuis plus de cinquante ans, notre ingénierie sur la globalité des sujets techniques s’est fédérée, coordonnée et optimisée sous l’égide de nos chefs de projet. Par notre histoire, nous avons une culture extrêmement forte d’une responsabilité globale des choix de parti technique : ce fut et cela reste la force d’une ingénierie tout corps d’état (TCE). Forts de cette capitalisation, nous avons parallèlement développé une excellente culture générale sur la globalité des enjeux énergétiques chez nos chefs de projet. Nous sommes aujourd’hui organisés pour proposer à nos donneurs d’ordre une nouvelle offre : le tout-corps d’état énergétique. Cette organisation permet : 1. De proposer une optimisation globale des solutions et non la somme d’optima individuels ; 2. D’innover et d’assumer des choix de parti forts et cohérents sur la globalité des enjeux énergétiques et dans une approche orientée cycle de vie ; 3. De garantir la performance énergétique sur le long terme ; 4. De faciliter les échanges sur la complexité des enjeux énergétiques par un interlocuteur unique pour nos partenaires architectes comme pour nos clients.

Focus sur le Bim Un bâtiment est une somme d’objets ayant chacun ses caractéristiques propres. Le Building Information Modeling est l’agrégation et la mise en cohérence de toutes ces informations. Il devient alors possible de réaliser une simulation multicritères et d’optimiser simultanément : > La quantité de Lumière VS les apports solaires indésirables, > La quantité d’énergie grise VS la quantité d’énergie consommée en exploitation...

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Le TCé Le chef de projet « énergie » fédère et coordonne la globalité des expertises dans l’ensemble des filiales régionales d’Egis sur les activités bâtiments ainsi que l’entité spécialisée, Elioth : - Ingénieurs CVC - Ingénieurs Electricité - Ingénieurs Façade

Savoir conjuguer l’expetise en façade, avec les enjeux thermiques et de confort. Extrait du Guide d’interactions Energie-Climat, Enveloppes.

- Ingénieurs et analystes HQE - Economistes - Analyse et suivi énergie grise - Des ingénieurs-travaux garants de l’étanchéité à l’air

Le TCé+ Cette offre complète l’organisation nominale du TCé par les missions suivantes :

Le TCé. Apporter les meilleures expertises pour une optimisation globale et garantie des choix de partis architecturaux et techniques.

- MOex énergie - Commissioning - Monitoring et coaching pendant l’usage Analyse globale d’éclairement naturel par Elioth. Reduire la consommation d’éclairage.

- Certifications en usage

Une question ?

kg CO2 / km transport (disponibilité local)

Recyclé (% du volume)

BIM manager Egis : Matériaux

Autonomie Lumineuse

Analyse du Cycle de Vie Fréquentiel Températures

Building Information Modelisation

Lumière

Facteur Lumière Jour

jean-paul.trehen@egis.fr

Biosourcé (% du volume total)

Énergie Consommations énergétiques

Apports énergétiques

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2

CARTE GLOBALE DES EXPERTISES

Montage / Financement Exploitation Investissement

Asset Management technique Schémas directeurs Territoires

Patrimoines

Plan Climat Énergie Plan Stratégique

GOUVERNANCE Expertise économique

Morphologie urbaine

MAITRISE

Résilience Co/Tri génération

Biomasse

Énergies renouvelables Solaire

Thermographie infrarouge

Pour optimiser la conception, analyser finement le confort thermique et fiabiliser les choix techniques.

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Modélisations dédiées_Elioth

Géothermie

Concepts prospectifs : Elioth

Clim’Elioth & simulations énergétiques

Simulations

Centrales de production

Technologie avancée pour identifier les pathologies du bâti (isolation ou étanchéité).

Méthanisation Éolien

Métrologie

Gamme d’instruments et sondes pour décrypter les consommations et performances, en diagnostic ou commissionnement.

Simulations CFD

Conception et optimisation du confort et de la ventilation.


Aide à la contractualisation

Energy Managment Certificat HQE / BREAM

Egis ‘scope

Suivi de performance /Suivi d’exploitation

Diagnostics

ASSISTANCE À MAITRISE D’OUVRAGE Economie de l’énergie grise et expertise structure

Instrumentation

Commissionement Thermographie

Accompagnement de la transition énergétique

Infiltrométrie

D’OEUVRE Bâtiments neufs et existants Conception intégrée et BIM

Systèmes

Ingénierie Façades_Elioth

Mutation fonctionelle

Réseau d’énergies Smartgrid

Régulation / GTB

Réseau chaud / froid

IPMVP

Calcul PUE

Outil de transparence entre les acteurs de la performance énergétique.

Pour l’optimisation des centres informatiques.

Suivi de réalisation

SGTI v4 module QEB

Egis’Scope

La gestion documentaire au service du management environnemental des projets.

Outil de support des diagnostics, pour collecter, et hiérarchiser un nombre de données techniques d’un parc.

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p.80

QUELQUES RÉFÉRENCES D

1

QUELQUES PROJETS p.82

NNALITÉS

INI-BIO E NOS RÉFÉRENTS p.90 80

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QUELQUES PUBLICATIONS p.84


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QUELQUES PROJETS

Bâtiments singuliers > Artem

> Balard

La galerie Artem (Campus de Nancy) combine des techniques environnementales contemporaines et innovantes : le contrôle de l’ambiance hygrothermique intérieure qui marie ventilation naturelle en été et effet de tampon thermique de l’enveloppe en hiver L’utilisation de l’énergie géothermique grâce aux puits canadiens permet d’apporter du confort dans la galerie et d’économiser de l’énergie dans les bâtiments. Une signature énergétique réalisée par la mise en « résonance » des ressources énergétiques. Les trois-quarts des besoins annuels de chaud, de froid et de ventilation sont assurés par des systèmes à haute performance utilisant, notamment, des tranferts avec l’environnement (air, géothermie) et la récupération d’énergie des bâtiments.

> La Nef

> Tour First

Ce bâtiment mixte (80 logements, 10 maisons et 6000 m² de tertiaires) a un niveau de performance BEPOS, suivant la méthode «appel à projet» de l’ADEME. La solution énergique choisie est l’installation de thermofrigopompes géothermiques sur eau de nappe avec stockage énergétique, une ventilation double flux dans les logements préchauffée par l’air extrait des bureaux, une rue couverte offrant un espace bioclimatique entre les parties bureaux et logements et une production solaire photovoltaïque de 1760 m². 1ère tour certifiée HQE ® à La Défense niveau Très haute performance énergétique (THPE) 1ère tour LEEd Gold en France. Système multi-énergies combinant réseaux urbains, chaufferie à gaz et pompes à chaleur pour mieux gérer les pics de consommation. Grand prix de l’ingénierie 2009.

> SWAC GHSReunion A la Réunion une installation de type SWAC( Sea Water Air Conditioning) est en cours d’étude pour fournir la source froide du Groupe Hospitalier Sud Réunion. Le principe de fonctionnment consiste à aller pomper à 800m environ une eau à 5°C devant fournir au circuit secondaire des échangeurs à plaques d’interface, un débit d’eau glacée à 6°C i.e. à un niveau équivalent à celui des groupes frigorifiques traditionnels assurant l’appoint/secours.

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Productions singulières > Centrale Photovoltaïque du Stade de Nice Allianz Riviera Le projet de la centrale de production photovoltaïque est né de la volonté de compenser énergétiquement le fonctionnement du futur stade de Nice. Les panneaux photovoltaïques sont installés sur une partie de la toiture à environ 40 mètres de haut.

> Fondations thermoactives au tramway de Tours Le Centre de Maintenance de Tours est chauffé et refroidi par une installation de thermofrigopompe raccordée à des capteurs coulés dans les pieux de fondation du bâtiment. Ce système permet de capter l’énergie contenue dans le sol et la restituer à l’intérieur sous forme de chaleur ou de froid. Il a été équipé 54 pieux de fondation sur les 500 que compte le bâtiment. > Centrale de production d’électricite et de vapeur de Biganos (33) Constitution de la centrale de production d’électricité et de vapeur pour l’usine de production de papier de Smurfit Kappa : une chaudière vapeur à liqueur noire 183 T/h – 79 bars – 435 °C (existante), une chaudière vapeur biomasse : 165 T/h – 120 bars – 530 °C, une turbine vapeur à contrepression : 22 MW et une turbine vapeur à condensation : 38 MW. > Centrale d’energie biomasse pour l’usine airbus Clément Ader de Colomiers (31) Construction d’une chaufferie bois vapeur de 13,5 MW raccordée à la chaufferie gaz existante de 46 MW alimentant les bâtiments du site Airbus Clément Ader. Réalisation du programme de l’opération et de l’ensemble du dossier de consultation de type conception/réalisation. > Chaufferie bois et réseau de chaleur de Tarbes (65) Dans le cadre de l’appel d’offres lancé par la Ville de Tarbes pour la Délégation de Service public, sous la forme de concession, ayant pour objet la conception, la réalisation, le financement et l’exploitation d’une chaufferie bois et d’un réseau de chaleur sur le territoire de la Commune de Tarbes, étude de la création d’une chaufferie mixte bois / gaz, d’un réseau eau chaude basse pression de 18 kms et de 72 sous-stations..

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Parcs bâtis singuliers > Paris Habitat 120000 logements, près de 600 MWH par an. AMO exploitation chauffage depuis plus de 10 ans, de 10 à 17% de gain énergétique selon le type d’énergie.

> Paris Clim Etude d’une stratégie de maîtrise des consommations pour la climatisation. Bilan des consommations actuelles, évaluations des consommations futures dans un contexte de changement climatique, proposition d’une stratégie de maîtrise des consommations (stratégies passives et actives).

Projets en développement > Green Floor Le système Green Floor est développé conjointement par EGIS et Vinci Energie ce dernier étant détenteur du brevet correspondant. Ce procédé correspond à une dalle active aéraulique qui utilise le débit d’air hygiénique comme vecteur énergétique pour stocker ou déstocker l’énergie. Les conditions de confort idéales dans les locaux ainsi traités sont assurées hiver comme été par rayonnement à des températures très douces.

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2

QUELQUES PUBLICATIONS

Ouvrages conçus, rédigés et publiés par Egis • Guide IEC 1 : Enveloppe / 2011 • Guide IEC 2 : Résilience / 2012 • Guide de technologies durables / 2012 • Map_Egis : Climat. Représentations graphiques et thématiques des coméptences du groupes Egis / 2012

Quelques conférences par nos référents • Conférence 4th congrès hospitalier européen, S. Duprat et H. Maurer • « Architectures de l’énergie », projet [Re][For][Me] et DPEA Architecture Post-Carbone, ENSAVT, mai 2013, R.Ménard • « Quel Grand Paris ? (et avec quelles énergies ?) », Ecole Spéciale d’Architecture, avril 2013, R.Ménard • « Green and performing buildings : what are the new perspectives in Europe ? », Mipim, Cannes, mars 2013, R.Ménard • « Don Drapper, la voiture et le climat », conférence au Pavillon de l’Arsenal, Club Construction Durable, décembre 2012, R.Ménard • « Quelques résiliences urbaines », Institut des hautes études de développement et d’aménagement des territoires en Europe, Dunkerque, septembre 2012, R.Ménard • « Quel champ de variable pour construire les prospectives urbaines sur l’énergie ? », Conférence GIS Modélisations urbaines, Lille, juin 2012, R.Ménard • « Changement climatique : les villes sont-elles préparées ? », Salon des Maires et des Collectivités Locales, novembre 2011, R.Ménard • « 2037 : inflexion énergie-densité urbaine », ENSAVT, novembre 2011, R.Ménard • « Sustainable cities : green technologies and energy management », EuroIndia Summit, Leuven, octobre 2011, R.Ménard • « Dense cities in 2050 : the energy optimum ? », ECEEE, Giens, juin 2011, R.Ménard

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• « La modélisation intégrée : quelques propositions », Colloque GIS Modélisation urbaine « La modélisation de la ville : du modèle au projet urbain », ENPC, février 2011, R.Ménard • Mai 2010, Workshop on Green Architecture (French Embassy in Oman), «The Design of Energy», R.Ménard • Mars 2010, Association des Diplômés d’HEC, « Trois échelles post-carbone », R.Ménard • Mai 2009, ICFF, New York, « Wind-it, First Prize of Next Gen Competition », R.Ménard • Mars 2009, Exposition « Habiter Durable », intervention sur les tours et leurs morphologies, R.Ménard • Septembre 2008, Congrès de l’AICVF, Tours, R.Ménard

Quelques articles sur l’énergie par nos référents • Menard R., Work in Process, nouveaux bureaux, nouveaus usages. Exposition au Pavillon de l’Arsenal. Conception scientifique du catalogue. Article « Don Drapper, la voiture et le climat », p237 à p265, 2012 • Menard R., Dense Cities in 2050 : The Energy Option ?, Summer Study Proceedings, ECEEE, juin 2011, 15 pages • Tromeur E., Ménard R., Soulié C., and Toubin M., Resilis project: urban resilience within the context of climate change, 2nd World Progress on Cities and Adaptation to Climate Change, ICLEI, Resilient Cities 2011, Bonn, Germany, 3-5 June, 2011. • Menard R., Un Petit Dessin vaut mieux qu’un long discours (p64 à 71), Perspectives Durables, L’Architecture d’Aujourd’hui, 2011 • Menard R., En finir avec le casse-tête énergétique, (p64 et65), Ecologik, n°10, aout-septembre 2009. • Menard R., Mutations des programmes (p27 à 31), Archirecture = durable, Catalogue de l’exposition du Pavillon de l’Arsenal, 2008 • Maïzia M, Houdant N. , Joliton D., Rimmel L., Menard R., Berge S. , Teller J., Viejo Garcia P., Lacoste G., Lerolles H., Les gisements du développement urbain : analyse quantitative à l’horizon 2050 des consommations énergétiques et des émissions de CO2 des tissus urbains, PUCA, 2010

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RENDS

E ! p.56

53

MAIN p.73

USTESSE ? p.72

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p.89

PERSONNALITÉS E

1

MINI-BIO DE NOS RÉFÉRENTS p.90

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MINI-BIO DE NOS RÉFÉRENTS

Michel CASSINI

Une question ? transition.energetique @egis.fr

michel.cassini@egis.fr

Fonction : Responsable Service Développement Durable EGIS Bâtiments Méditerranée Mini Bio : Son diplôme des Arts et Métiers en poche, Michel débute sa carrière comme responsable de la maintenance électrique des installations du CEA DAM. C’est à cette occasion qu’il se frotte pour la première fois aux problèmes de fiabilité et d’énergie avec notamment la maintenance des installations de production et de secours électrique du super calculateur Français (TERA). Confronté au terrain, il développe la conviction que la conception est primordiale. Et c’est pour confronter son expérience de terrain aux problématiques de conception qu’il intègre en 2006 un bureau d’études parisien spécialisé dans les fluides. Voulant développer une vision transversale sur les projets, il devient alors chef de projets fluides ; son objectif est de concevoir des systèmes simples et efficients, réconciliant les problématiques de Génie Climatique et de Génie électrique. Il s’attache particulièrement à la définition de l’éclairage et des systèmes de gestion avec notamment la conception du premier IGH Parisien entièrement équipé de luminaires communiquant avec le système de Gestion Technique Centralisé. Il participe à la conception de bâtiments certifiés HQE® dés 2006. En 2009, sa double compétence énergie / électricité le fait intervenir sur des projets de construction clef en main de centrale photovoltaïque en tant que chef de projet. Conscient que l’énergie consommée ne se limite pas aux systèmes techniques, il s’intéresse à la peau du bâtiment et également à son usage. Cette démarche lui fait rejoindre EGIS Bâtiments Méditerranée en 2011 pour créer le service Développement Durable, où il achève notamment la conception de la centrale photovoltaïque du Stade de Nice.

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Patrice CAZES

patrice.cazes@egis.fr

Fonction : Directeur de projet en production et distribution d’énergies Chef de service Energies – EGIS Bâtiments Sud-Ouest Mini Bio : Patrice Cazes a obtenu son diplôme Universitaire de Technologie spécialisé en génie climatique en 1988. Il commence sa carrière dans une société spécialisée en maîtrise de l’énergie proposant des opérations en montage clés en main avec garantie de performance sur la période de financement. D’abord adjoint d’ingénieurs experts nationaux en machines tournantes (moteurs gaz, moteurs FOD, turbines à gaz, turbines à vapeur, …), il approfondit ses connaissances et compétences : études, maîtrise d’œuvre, direction de chantier, suivi des essais, contrôle des résultats, … Il participe au début des années 1990 aux premières opérations françaises de cogénération et acquiert rapidement une totale autonomie sur ses opérations. En 1995, il rejoint Ingesud en tant qu’ingénieur d’affaires et assure des missions de maîtrise d’œuvre dans le domaine de la cogénération et trigénération. *OTH, en fusionnant avec Séchaud, deviendra IOSIS en 2007, puis rejoindra le groupe EGIS en 2011.

A partir de 1999, avec l’intégration d’Ingesud dans le groupe OTH (*), il intervient sur des projets de plus grande ampleur : - centrale d’énergies de l’usine d’assemblage Airbus A380 Lagardère à Blagnac avec cogénération et réseau de chaleur, - production biomasse (140 MW) et cogénération (62 MWe) pour l’usine Smurfit Kappa à Facture. Chef de service énergies d’EGIS Bâtiments Sud-Ouest, ses interventions ne se limitent pas géographiquement, puisque ses compétences sont mobilisables sur des projets de l’ensemble du groupe : - chaufferie « Poséïdon » du CEA de Cadarache, produisant les fluides vapeur et eau surchauffée présents dans une centrale nucléaire 3ème génération, pour alimenter un banc d’essais, - modernisation de la centrale d’énergies du CEA à Marcoule, - production et distribution de froid pour l’aéroport de Jeddah en Arabie-Saoudite.

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Une question plus générale sur l’énergie ? Grosses unités de production, réseaux de transports à grande échelle, énergies dans les transports, expertise industrielle particulière... Egis a mis en place une business line dédiée à l’énergie pour globaliser ces enjeux. Contact : michel.duret@egis.fr

Jérome DIOT

jerome.diot@egis.fr j.diot@elioth.fr

Fonction : Directeur Développement Durable et Energie Egis Bâtiments Centre-ouest Mini Bio : Jérôme obtient son diplôme universitaire d’Ingénieur-Maitre en 1994. C’est au cours d’un stage au Four Solaire du CNRS à Odeillo (66) qu’il appréhende les innombrables possibilités que représente l’énergie solaire. Son expérience professionnelle l’amène notamment à travailler sur la mise au point d’un four à concentration solaire à usage industriel. Il développe sa compétence en conception de bâtiment en intégrant un bureau d’études d’exécution fluides. Cela lui permet d’acquérir la rigueur de la réalisation de missions d’exécution pour tous types de bâtiments (tertiaire, logement et industrie). Il rejoint le groupe OTH à Tours en 2002 en tant que responsable fluides. Il est amené à travailler sur des projets de plus grande ampleur, dans le bâtiment ( pôle de cancérologie de Poitiers, aéroport de Nouméa, pôle de Biologie de Limoges...), et dans l’énergie, (réalisation d’un réseau de chaleur à Tours, refonte de la production de froid à Chartres, réhabilitation énergétique de 500 logements à Poitiers...). Il développe des systèmes innovants comme la filtration active et la filtration cyclonique en milieu stérile. Il devient responsable Développement Durable et Energie en 2010 pour Egis Centre Ouest où il gère des missions à qualité environnementale en intégrant les énergies renouvelables comme la réalisation de missions énergétiques dans les éco-quartiers (Rouen, Chartres), la mise en place de la géothermie sur fondations thermoactives (tramway de Tours, stations métro de Rennes), la conception de puits canadiens (CEA de Monts, ARTEM à Nancy) et la conception de bâtiments à énergie positive (La Nef à Tours). Il est diplômé concepteur Maison Passive délivré par le Passivhaus Institut de Darmstadt en Allemagne, ce qui lui permet de valider ses compétences en conception de bâtiments passifs.

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Sébastien DUPRAT

sebastien.duprat@egis.fr s.duprat@elioth.fr

Fonction : Directeur délégué Elioth et Egis Conseil bâtiments _ Performances Mini Bio : En 2000, après des études de Biologie et de Chimie appliquées à l’environnement à l’université Paris XII, Sébastien Duprat devient ingénieur universitaire (DESS) sur les questions d’environnement et de qualité des atmosphères intérieures. En 2001, il intègre la société britannique Flomerics limited afin de développer une activité d’expertise et de conseil sur les questions de ventilation et de maitrise de la qualité de l’air à travers des technologies de modélisation thermique dynamique et de mécanique des fluides numériques. De ces multiples expériences il est amené à croiser des problématiques de confort dans les espaces publics, d’optimisation de la ventilation des grands volumes, de dispersion des polluants ou d’amélioration énergétique dans l’univers tertiaire et industriel. En 2005, il rejoint Elioth. Cette entité du groupe combine une ingénierie multidisciplinaire caractérisée par la maitrise d’œuvre à haute valeur ajoutée, fortement connectée à l’architecture et au design mettant l’environnement au cœur des enjeux. Il prend rapidement le poste de directeur adjoint aux côtés de Raphael Ménard et depuis 3 ans directeur délégué dans le cadre d’une nouvelle organisation. Il assure alors la coordination des activités d’énergie et d’environnement au sein de cette équipe composée aujourd’hui de plus de 40 personnes. Depuis quelques mois, il concentre ses activités sur le développement durable et l’énergie, en maitrise d’œuvre et sur ses volets amont, aval et certification. A travers ce parcours professionnel, Sébastien Duprat a collaboré sur différents types d’ouvrages tels que les tours Majunga ou Triangle à Paris, des développements d’éco quartiers en Suède (Nya Arstafaltet) ou de villes nouvelles à l’étranger (Russie, Monaco). Ces dernières années, il a activement contribué aux grands projets sportifs du groupe (direction de projet du stade du Havre, expertise environnementale sur les stades de Nice et du Vélodrome de Marseille).

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Hervé MAURER

herve.maurer@egis.fr

Fonction : Directeur Technique - Expert Maîtrise de l’Energie Mini Bio : Hervé Maurer a obtenu son diplôme d’ingénieur des Arts et Métiers en 1981. Il commence sa carrière chez TETA société spécialisée en Maîtrise de l’énergie qui développe alors une compétence de Maîtrise d’œuvre sur l‘utilisation urbaine de la géothermie profonde. Il devient rapidement ingénieur expert puis associé et administrateur. Il rejoint en 1996 le groupe AIA Cera pour diriger le service Fluides et réaliser comme expert en génie climatique des bâtiments tertiaire et développer une compétence dans le secteur de la Santé avec des projets de type cliniques et laboratoires. En 2000 Hervé MAURER s’expatrie comme ingénieur conseil en Polynésie Française et devient sous traitant OTH dans le cadre de la construction de l’Hôpital de Tahiti. Il suivra toute l’opération depuis le concours de conception/construction, la Maîtrise d’œuvre de conception puis comme directeur des travaux jusqu’à la réception, la mise en service et l’arrivée du premier patient. En 2005 il rejoint le siège d’OTH/IOSIS comme Expert Référent du groupe dans le domaine du Génie Climatique et de la Maîtrise de l’Energie où son rôle consiste à orienter et suivre la conception de tous les grands projets en particulier les tours IGH, les hôpitaux, les aéroports afin, notamment, de rechercher le meilleur compromis entre innovation et pragmatisme économique. Hervé MAURER est nommé Directeur Technique en 2007. En gardant une fonction opérationnelle, il assure de nombreuses fonctions transverses en Recherche Développement, expertise. Ainsi ces derniers mois, il est chargé de mission au sein du groupement dirigé par Bouygues pour la construction du Ministère de la Défense à Balard.

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Egis, filiale à 75% de la Caisse des Dépôts et à 25% d’Iosis Partenaires (actionnariat des cadres partenaires et des salariés), est un groupe de conseil et d’ingénierie dans les domaines des transports, de la ville, du bâtiment, de l’industrie, de l’eau, de l’environnement et de l’énergie. Dans les secteurs routiers et aéroportuaires, l’offre du groupe s’élargit au montage de projets, au clé en main d’équipements et à l’exploitation. Avec 12 000 collaborateurs, dont 7 400 dans l’ingénierie et 900 M€ de chiffre d’affaires en 2012, le groupe est présent dans plus de 100 pays et dispose d’une cinquantaine d’implantations en France.

Nos activités bâtiment & conseil-innovation-design Egis concourt, en France comme à l’étranger, à la réalisation d’opérations de toute nature de bâtiments privés et public avec des équipes associant conception à haute valeur ajoutée, management de projet et conseil dans tous les domaines de la construction. Dès les phases amont de montage et faisabilité et jusqu’en aval lors de l’exploitation-maintenance, Egis apporte aux maîtres d’ouvrage, aux architectes et à ses autres partenaires les conseils et l’ingénierie nécessaires à la conception et la réalisation des ouvrages dans le respect des coûts, des délais et de la qualité durable. Le traitement environnemental des projets et la maîtrise énergétique, à l’échelle de la ville, des quartiers et des bâtiments, se traduisent par une approche systémique et innovante des missions.

Une entité dédiée, Elioth concentre des expertises pointues sur les structures et géométries complexes, sur les façades ainsi que sur les enjeux énergétiques, climatiques et environnementaux à l’échelle du bâti et de la ville. Elioth est une entité dédiée d’Egis, au sein de la branche conseil-innovation-design qui intervient également en recherche et développement. Elioth rassemble une équipe de quarante personnes, multidisciplinaire intervenant en maîtrise d’œuvre d’innovation et à haute valeur ajoutée, fortement connectée à l’architecture et au design.

Profile for Elioth engineers, designers, inventors.

Petit manuel pratique de transition énergétique pour le bâtiment et la ville  

Texte en français. "Nous, ingénieurs et concepteurs, souhaiterions que ce livret puisse aider à révéler de façon simple et didactique la div...

Petit manuel pratique de transition énergétique pour le bâtiment et la ville  

Texte en français. "Nous, ingénieurs et concepteurs, souhaiterions que ce livret puisse aider à révéler de façon simple et didactique la div...

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