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Rénover et construire les bâtiments pour le climat de demain - Par : Marion Ghibaudo,

Rénover et construire les bâtiments pour le climat de demain


Marion Ghibaudo
Marion Ghibaudo Profil de l'auteur(e)
Marion Ghibaudo est inscrite à un programme de double diplôme dans le cursus proposé par le partenariat entre l’École Nationale Supérieure des Arts et Métiers et l’ÉTS. Elle est étudiante à la maîtrise en génie de la construction.

Note de l’éditeur

Le texte qui suit est l’un des articles gagnants du concours « Des auteurs qui ont du génie » organisé par SARA et Substance ÉTS. C’est un résumé vulgarisé d’un article intitulé : The impact of future scenarios on building refurbishment strategies towards plus energy buildingscoécrit par Claudiane Ouellet-Plamondon, professeure au Département de génie de la construction de l’École de technologie supérieure.

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Les foyers, l’éclairage, la climatisation et le chauffage sont à l’origine de plus de 40 % de la consommation d’énergie en Europe. Les études montrent que l’espèce humaine atteint des records d’émissions de gaz à effet de serre et que les changements climatiques touchent aussi bien l’homme que les écosystèmes naturels. Les modèles prévisionnels annoncent que l’inaction sur notre surconsommation énergétique aura des conséquences dramatiques et irréversibles pour tous les habitants de notre planète.

L’objectif de l’Agence internationale de l’énergie est de réduire de 80 % nos émissions d’ici à 2050. Depuis 2010, la commission européenne encourage les pays membres de l’Union européenne à prendre des mesures pour favoriser la transformation des bâtiments existants, augmenter leur efficacité énergétique et encourager la construction de bâtiments à énergie positive.

Les bâtiments non rénovés érigés entre 1950 et 1980 constituent une cible de choix pour les rénovateurs. En effet, leur déplorable isolation des murs et des toits entraîne des dépenses importantes en chauffage et ils sont les plus vulnérables aux agressions causées par des conditions météorologiques de plus en plus violentes.

La campagne de rénovation a pour objectifs de réduire la demande en chauffage et en climatisation de ces édifices, d’installer des équipements à basse consommation ou à haut rendement énergétique et des technologies axées sur les sources d’énergies renouvelables, et enfin de sensibiliser le public aux bonnes pratiques.

Le défi réside dans cette interrogation : les rénovations effectuées aujourd’hui seront-elles appropriées au futur climat et aux changements potentiels dans notre consommation ou notre approvisionnement en énergie?

L’objectif de cette étude est d’évaluer différentes stratégies de rénovation en considération des prévisions climatiques et des combinaisons énergétiques possibles. La stratégie gagnante sera celle dont l’impact environnemental sera le moins important. Une analyse de la sensibilité du modèle sera effectuée pour confirmer la robustesse des scénarios en ce qui a trait aux imprévus.

Méthode

L’étude se base sur la rénovation de bâtiments autrichiens bâtis durant les années 1960. Les stratégies de rénovation proposées sont :

  • Le premier modèle (I) est le témoin : le bâtiment n’est rénové que pour assurer la sécurité et le bien-être des habitants.
  • Le second scénario (II) suit les normes de l’Institut autrichienne de la construction : afin d’améliorer l’efficacité thermique en ce qui a trait à l’isolation et au rendement énergétique, le bâtiment est recouvert d’une enveloppe thermique et le système de chauffage individuel est remplacé par un approvisionnement central en gaz et en chauffage urbain.
  • Dans le troisième cas d’étude (III), le bâtiment est transformé en édifice producteur d’énergie par l’addition de collecteurs thermiques et de panneaux photovoltaïques sur le toit et les façades. Une isolation de haute qualité en matériaux préfabriqués est ajoutée.

Importantes rénovations afin de s'adapter au climat de demain.

Bâtiment rénové selon la stratégie III : à gauche, enveloppe de bâtiment de haute qualité; à droite, revêtement avant rénovation.

L’augmentation de la température causée par le bouleversement climatique affecte en premier lieu, la demande en chauffage et en climatisation. Le rapport de la Commission autrichienne sur le changement climatique (APCC) prévoit une chute de 20 % de la demande en chauffage d’ici 2050 et de 30 % d’ici 2070, à la fin de la vie du bâtiment, relativement à la demande de 2010, selon la logique de décroissance linéaire. Les effets sur la demande en eau chaude et en électricité des ménages seront alors considérés comme négligeables. De ce fait, l’influence des changements climatiques sur la demande en chauffage concentrera les efforts de recherche.

Les différents scénarios sont modélisés en accord avec la norme européenne 15978. Seuls les équipements remplacés ou ajoutés au bâtiment, le transport et l’énergie d’exploitation sont intégrés aux modèles. Seule la phase de la rénovation est prise en compte, ainsi la structure initiale, le travail préparatoire et le recyclage ne sont pas inclus dans les calculs.

L’analyse du cycle de vie utilisée ici est la méthode systémique d’évaluation des impacts environnementaux du produit au cours de sa vie. Ses objectifs sont de comparer les différents scénarios de rénovation sur une période de 60 ans, l’équivalent de la durée de vie de l’édifice, et d’évaluer la sensibilité de la transformation aux changements climatiques.

Résultats

Lorsque l’on remplace l’apport basé sur les énergies fossiles par un approvisionnement exclusivement au gaz, les résultats obtenus pour les trois indicateurs environnementaux étudiés séparément sont :

  • Une diminution de moitié de la demande en énergie non renouvelable;
  • Une amélioration de 76 % du potentiel de réchauffement climatique, c’est-à-dire une diminution du risque d’impacts des gaz à effet de serre;
  • Une amélioration de 71 % de la saturation écologique, correspondant à l’évaluation de l’impact sur l’environnement des émissions polluantes.

La première étape d’une rénovation verte sera toujours de changer la source énergétique d’approvisionnement du chauffage. Évoluer du chauffage au gaz vers un chauffage central améliore la performance énergétique et est considéré comme la meilleure solution environnementale.

Le temps de retour sur investissement correspondant au ratio d’énergie grise (énergie dépensée lors de la rénovation) sur l’énergie d’exploitation cumulée tout au long du cycle de vie du bâtiment, permet de classer les scénarios. En considérant uniquement la réduction de la consommation d’énergie non renouvelable, les deux modèles (II) et (III) sont rentables après seulement trois ans et conduisent à une réduction de la consommation des habitants de plus des deux tiers.

Le troisième scénario est le plus coûteux en énergie grise, mais sa consommation d’énergie d’exploitation est bien inférieure aux autres modèles. Il constitue la solution la plus intéressante à long terme. En effet, l’installation de panneaux photovoltaïques double la quantité d’énergie grise et la production de matériaux préfabriqués est plus polluante. Une combinaison de panneaux photovoltaïques et de capteurs solaires se révèle être le choix le plus économique pour l’énergie d’exploitation. De plus, cette association est la plus robuste de par sa capacité d’adaptation aux conditions climatiques futures, selon l’analyse multicritère traduisant la sensibilité des modèles.

Un bâtiment puisant son énergie du climat grâce à des panneaux solaires.

Dans les futures discussions, les auteurs proposent d’inclure une analyse du cycle de vie dynamique considérant les émissions et les changements climatiques potentiels ainsi qu’une évaluation approfondie des facteurs énergétiques et de la répartition de l’énergie fournie par et pour l’édifice.

Conclusion

L’analyse du cycle de vie traduit le plus fidèlement possible l’impact potentiel des différentes étapes de la vie du bâtiment et aide au choix du type de conception et des matériaux de construction.

D’après les résultats obtenus, la rénovation optimale consiste à recouvrir le bâtiment d’une enveloppe thermique en matériaux préfabriqués, et à installer des capteurs solaires et des panneaux photovoltaïques. Les indicateurs environnementaux choisis garantissent l’impact environnemental le plus faible sur 60 ans grâce à ce type de rénovation. Un changement d’approvisionnement en énergie vers le chauffage collectif est bénéfique et devrait être implanté le plus rapidement possible dans nos villes comme première étape de ce renouveau.

Un large nombre de bâtiments nécessite une réhabilitation. L’utilisation des panneaux préfabriqués diminue grandement le temps de construction, ce qui milite en faveur d’une rénovation de haute qualité. De plus, ils sont adaptables à tous les climats, donc le modèle est exportable mondialement. L’édifice se doit d’être performant du point de vue environnemental, sociale, économique et technique. Le remplacement de ces éléments de façade est conçu pour ne pas créer de désagrément aux habitants durant la période des travaux. L’argument clé en faveur d’une réhabilitation de haute qualité est qu’elle engendre une amélioration du confort.

La prochaine étape logique est la construction de bâtiments produisant plus d’énergie qu’ils n’en consomment sur une année.

Information supplémentaire

Pour plus d’information sur cette recherche, consulter l’article de référence suivant : Passer, A., Ouellet-Plamondon, C., Kenneally, P., John, V. et Habert, G. (2016). « The impact of future scenarios on building refurbishment strategies towards plus energy buildings ». Energy and Buildings, Volume 124, pages 153-163.

Les auteurs aimeraient remercier tous leurs partenaires ainsi que Dr Karl Höfler de l’AEE Intec pour sa collaboration hors pair en tant que gestionnaire principal du projet de recherche e80^3-Buildings, qui a servi de cadre pour l’étude de cas décrite dans cet article. Ce projet a été financé par l’État fédéré de Styrie et le programme « Édifices de demain » du Ministère de technologie et d’innovation du transport de l’Autriche (BMVIT) par l’intermédiaire de l’Agence de la promotion de la recherche de l’Autriche (FFG).

Marion Ghibaudo

Profil de l'auteur(e)

Marion Ghibaudo est inscrite à un programme de double diplôme dans le cursus proposé par le partenariat entre l’École Nationale Supérieure des Arts et Métiers et l’ÉTS. Elle est étudiante à la maîtrise en génie de la construction.

Programme : Génie de la construction 

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Domaines d'expertise :

Développement durable  Analyse thermique 

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