Bâtiments zéro énergie à coût abordable : retour sur le projet européen AZEB

Selon la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments, tous les bâtiments publics devraient s'approcher d'un bilan énergétique positif dès 2019 et les autres bâtiments en 2021. Beaucoup craignent un renchérissement des coûts de construction. Pour répondre à cette interrogation, une méthodologie a été élaborée dans le cadre du projet AZEB (towards Affordable Zero Energy Buildings in Europe) pour réduire les coûts à toutes les étapes du cycle de vie d'un projet de construction à énergie positive (conception, construction, exploitation...).

Le projet européen a consisté à recenser des technologies appropriées, à élaborer une démarche d’optimisation technico-économique et à la tester sur des études de cas dans différents pays. Une définition du concept de bâtiment zéro énergie est proposée, en incluant aussi des aspects de confort et de performance environnementale. Du matériel pédagogique a été élaboré. Le projet a duré trois ans et s’est terminé en avril 2020. Les résultats sont accessibles sur la page internet du projet.

Les participants sont DNA (regroupement de consultants, Pays Bas), Tecnalia (centre technique, Espagne), VISESA (organisme de logements sociaux, Espagne), OHL (entreprise de construction, Espagne), Politecnico di Milano (centre de recherche, Italie), PassivHaus Institute (centre de recherche, Allemagne), Oberon KonzeptBau (entreprise de construction, Bulgarie) et ARMINES-CES (centre de recherche, France).

La contribution du CES (Centre Efficacité énergétique des Systèmes de l’école des Mines) concerne principalement l’aide à la conception et l’étude d’un processus de garantie de performance énergétique. En ce qui concerne la conception, il s’agit de mettre en œuvre une technique d’optimisation basée sur un algorithme génétique. Les “gènes” correspondent à des caractéristiques comme les épaisseurs d’isolant, les types de vitrage etc. Par croisement d’une population initiale, et par sélection des individus de génération en génération, l’algorithme permet d’identifier solutions les plus performantes, par exemple en termes de coût et de consommation d’énergie. La méthode a été améliorée en intégrant des aspects liés aux incertitudes.

Cet outil a été appliqué à une maison en Bulgarie puis à immeuble de logement social de 32 appartements situé en Espagne. La démarche de conception a abordé l’évaluation du confort par simulation thermique, l’évaluation des impacts environnementaux par analyse de cycle de vie, et l’optimisation sur deux critères : coût de construction et bilan énergétique.

Le processus élaboré pour la garantie de performance énergétique consiste à évaluer l’incertitude sur la consommation, de manière à déterminer le niveau garanti avec un risque de dépassement fixé par exemple à 5%. Une distribution de probabilités est définie pour chaque paramètre incertain (données climatiques par exemple), et la distribution de probabilités sur la consommation est obtenue en tirant au sort ces paramètres (méthode de Monte Carlo). Une méthode est définie pour ajuster le niveau garanti en fonction de paramètres mesurés qui ne dépendent pas de la qualité des travaux (ceux liés au climat et au comportement des occupants, par exemple le choix de la température de chauffage). C’est le niveau ajusté qui sera comparé à la facture pour vérifier si l’engagement de performance a été tenu (par exemple si l’occupant se chauffe à 23°C au lieu de 20°, le niveau de consommation ajusté augmente de 40%).

Ces calculs d’incertitude et d’optimisation nécessitent de lancer des milliers de simulations. La méthode de réduction de modèle utilisée par ARMINES permet de diminuer le temps de calcul, avec une précision comparable à celle de standards internationaux comme l’outil de simulation EnergyPlus. Les résultats issus de la recherche sont progressivement intégrés dans le module Amapola développé en lien avec la start-up Kocliko, diffusé par Izuba Energies dans le logiciel Pleiades. Ces travaux alimentent ainsi les outils développés par le lab recherche environnement VINCI ParisTech.

L’optimisation permet de réduire le coût de construction. La garantie de performance facilite l’investissement. Ces deux outils devraient donc contribuer la massification des bâtiments zéro énergie.

Programme Horizon 2020

AZEB a reçu un financement dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union Européenne, sous la convention de subvention n° 754174. Le projet AZEB représente un budget de près de 2 millions d’euros.

Cette note ne reflète que l’opinion de son auteur, l’Agence et la Commission Européenne ne sont pas responsables d’une quelconque utilisation qui pourrait être faite des informations qu’elle contient.

 

Pour aller plus loin
Publications scientifiques
Thèse
Mija Frossard Optimisation robuste multicritère pour l'écoconception de bâtiments zéro-énergie, Robust multicriteria optimisation for zero energy buildings ecodesign
Energie électrique. Université Paris sciences et lettres, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPSLM041⟩
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Communication dans un congrès
Mija Frossard, P Schalbart, B Peuportier Dynamic and consequential LCA aspects in multi-objective optimisation for NZEB design
WSBE 20 - World Sustainable Built Environment - Beyond2020, Nov 2020, Gothenburg, Sweden. pp.032031, ⟨10.1088/1755-1315/588/3/032031⟩
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Communication dans un congrès
Mija Frossard, Patrick Schalbart, Bruno Peuportier Optimisation multicritère robuste de bâtiment zéro-énergie
Conférence IBPSA France 2020, Nov 2020, Reims, France
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Communication dans un congrès
Mija Frossard, Bruno Peuportier, Patrick Schalbart Optimisation multicritère et analyse de cycle de vie de bâtiments zéro-énergie
IBPSA France: Conférence Francophone de l'International Building Performance, May 2018, Bordeaux, France
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Chercheurs
Mija Frossard
Doctorant
MINES ParisTech
CES
Bruno Peuportier
Directeur de recherche
MINES ParisTech
CES
Projet
L’écoconception de bâtiments zéro énergie comporte l’identification de solutions optimales, en des temps de calcul raisonnables, à partir de l’analyse de plusieurs critères de performance, des paramètres
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