Les matériaux et l’exploitation, deux leviers indissociables pour réduire l’empreinte carbone du bâtiment

La nouvelle réglementation RE2020 s’appliquera aux constructions neuves à partir du 1er janvier 2021 avec l’ambition de réduire l’impact carbone des bâtiments, améliorer leur performance énergétique et garantir la fraicheur à l’intérieur des immeubles pendant les canicules. Cette deuxième note s'inscrit dans notre série sur l'analyse de cycle de vie.

La RE2020 s’appuie sur le calcul réglementaire, obligatoire, qui permet de vérifier le respect d’exigences minimales de performance énergétique et environnementale. La démarche d’écoconception, à laquelle travaillent depuis 10 ans les chercheurs du lab recherche environnement, vise un niveau de performance plus élevé, avec ou sans surcoût par rapport au simple respect de la réglementation. Plus elle est menée tôt dans le processus de conception, plus les coûts peuvent être réduits et plus la performance peut être améliorée. Cette deuxième note complète notre première publication sur l’analyse de cycle de vie dynamique en détaillant les paramètres clés à prendre en compte dans l’évaluation du bâtiment dans une optique de performance environnementale élevée.

Cinq paramètres d’évaluation de l’impact carbone du bâtiment selon une démarche d’écoconception

Des scénarios permettant de prévoir de manière réaliste l’impact carbone lié à la construction neuve sont une base nécessaire pour proposer un processus de garantie de performance et obtenir une réduction de l’empreinte carbone réelle et suffisante pour tenir l’engagement de neutralité carbone d’ici 2050.

Cinq paramètres clés permettraient d’établir des scénarios plus réalistes par rapport aux hypothèses basées sur calcul réglementaire :

1. La durée de vie des bâtiments

Une structure béton est conçue (selon les eurocodes) pour durer plus de 200 ans, ce qui est également le cas d’une structure bois bien entretenue, or le calcul réglementaire considère une durée de vie de 50 ans pour les bâtiments.

2. La consigne de température

Les logements sont chauffés plus souvent à 21°C voir 22°C qu’à 19°C (et 16°C entre 8h et 18h) comme le suppose le calcul réglementaire.

3. Le renouvellement d’air

Un taux de renouvellement d’air de l’ordre de 0.5 volume par heure permet une qualité de l’air répondant aux standards actuels, alors que les calculs réglementaires considèrent une ventilation hygroréglable où le débit moyen est de l’ordre de 0.35 vol/h.

4. La prise en compte des émissions futures

Les émissions se produisant dans le futur ne devraient pas être considérées comme ayant un impact réduit, mais équivalent aux émissions produites aujourd’hui. Ce postulat est scientifiquement plus exact, met sur un pied d’égalité les générations futures et la population actuelle et permet de mieux prendre en compte l’intérêt de technologies d’économie d’énergie et de production renouvelable, qui s’inscrit dans la durée.

5. La variation temporelle du mix de production d’électricité

La production d’électricité peut être plus carbonée en hiver, par rapport aux prévisions faites dans le cadre de la réglementation. En effet la demande de pointe liée au chauffage électrique entraine l’importation d’électricité produite par centrale à charbon ou à gaz.

Quels outils d’évaluation pour une démarche d’écoconception ?

L’inclusion de ces cinq paramètres dans l’évaluation de l’impact carbone des nouveaux bâtiments permet d’estimer de manière plus exacte la part d’émissions liées à l’utilisation du bâtiment et la part d’émissions liées aux produits de construction qui est surestimée dans le calcul règlementaire. Or par exemple intégrer à la fois des triples vitrages, un chauffe-eau solaire et des capteurs photovoltaïques dans un bâtiment peut être avantageux à l’aune d’une analyse de cycle de vie correcte menée en écoconception, intégrant les économies d’énergie et la production renouvelable locale.

Les outils d’analyse de cycle de vie et de simulation thermique dynamique développés avec le soutien du lab recherche environnement (Pleiades STD Comfie et Pleiades ACV Equer) permettent d’effectuer des analyses de sensibilité sur ces cinq paramètres incertains, et de mener des études d’optimisation globale incluant à la fois les produits de construction et l’étape d’utilisation, ce qui correspond à une réelle démarche d’écoconception.

Cas d’étude : la part de l’étape d’utilisation dans le bilan environnemental d’un bâtiment

Dans l’étude suivante nous comparons une évaluation basée sur le calcul réglementaire (E+C-) avec une évaluation s’appuyant sur l’outil l’analyse de cycle de vie développé par les chercheurs du lab recherche environnement. En appliquant les deux méthodologies d’évaluation au même immeuble résidentiel à basse consommation, nous obtenons des résultats très différents en ce qui concerne l’estimation de la portion d’émissions liées à l’étape d’utilisation dans le total des émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie du bâtiment.

Impact Utilisation Du Bâtiment
Figure 1 – L’analyse de cycle de vie a été menée sur le périmètre considéré dans le référentiel E+C-, incluant les produits de construction (fabrication, transport, mise en œuvre, remplacement et fin de vie) et l’étape d’utilisation (chauffage, eau chaude sanitaire, électricité et eau potable). Le graphe ci-dessous montre la part de l’étape d’utilisation dans le total des émissions de gaz à effet de serre sur le cycle de vie du bâtiment.

En suivant la méthode E+C- qui considère une durée de vie de 50 ans, l’étape d’utilisation ne représente que 40% des impacts CO2 et les produits de construction 60%. Or une structure béton est conçue (selon les eurocodes) pour durer plus de 200 ans. En considérant une durée de vie de 100 ans, la part de l’étape d’utilisation passe à 50%, et 53% pour 200 ans.

Le contenu CO2 du kWh de chauffage électrique envisagé dans la future réglementation correspond à un mix peu carboné (79 g CO2/kWh). Or le chauffage électrique induit une pointe saisonnière qui pourrait être beaucoup plus carbonée du fait de l’importation d’électricité produite par centrale à charbon (avec une émission de gaz à effet de serre de l’ordre de 1200 kg CO2 par kWh) ou à gaz (600 g CO2/kWh). Une méthode prenant en compte la variation temporelle du mix et les procédés de production d’électricité correspondant à une demande supplémentaire donne jusqu’à 450 g CO2 par kWh de chauffage électrique. En considérant cette valeur, la part de l’étape d’utilisation passe à 70% des émissions totales sur le cycle de vie.

En considérant un chauffage à 21°C, ce qui correspond davantage aux usages constatés dans les logements qu’une température entre 16°C et 19°C, la part de l’utilisation passe à 75% et en considérant un renouvellement d’air de 0.5 vol/h, cette part atteint 78%.

Résidence Les Roches Blanches
Figure 2 – Résidence Les Roches Blanches, architecte Jean-Paul Faure situé près de Chambéry (73). Les murs sont constitués par 18 cm de béton et 18 cm d’isolation par l’extérieur. Les planchers comportent 20 cm de béton et 17 cm de polystyrène expansé en sous-face (encorbellement) ou 14 cm d’isolant (sur vide sanitaire). Les plafonds sont isolés par 30 cm de laine de verre sous les combles ou 12 cm de polyuréthane pour les terrasses. Les fenêtres, à double vitrage et menuiseries PVC, ont un coefficient U de 1.3 W/(m2.K). Les débits de ventilation mécanique (hygro B) dépendent de la taille de chaque logement : 40.4 m³/h pour les T2, 56.5 m³/h pour les T3 , 59.2 m³/h pour les T4 et 61.6 m³/h pour les T5. Des infiltrations d’air de 0.15 vol/h sont considérées. Un scénario horojournalier a été défini pour les apports internes. Les besoins de chauffage sont alors de 18 kWh/m2 en considérant les températures de consigne définies dans la réglementation (16°C de 8h à 18h et 19° le reste du temps), 25 kWh/m2 avec une consigne à 21°C, et 33 kWh/m2 en considérant un taux de renouvellement d’air plus élevé (0.5 vol/h), correspondant à un niveau supérieur de qualité d’air intérieur. Dans cette étude, une moyenne entre chauffage par pompe à chaleur et chaudière gaz a été considérée pour correspondre à la tendance suggérée par la stratégie nationale bas carbone (SNBC).
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Chercheur
Bruno Peuportier
Directeur de recherche
MINES ParisTech
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