Énergie et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage

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1 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Lors de la première étape du projet de recherche «Éco-construction et bâtiments d élevage», il a été calculé l impact environnemental de la construction de différents types de bâtiments d élevage. Le cœur de l étude a consisté à agréger les impacts de l ensemble des matériaux de construction pour exprimer celui du bâtiment sur la totalité de sa durée de vie. Ce document présente les résultats pour deux domaines : la consommation d énergie et les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). Une première valorisation des résultats permet d enrichir deux bases de données nationales (GES TIM et Dia terre ). Éléments de méthode ÌPérimètre du bilan Transport Mise en œuvre Transformation Renouvellement suivant la durée de vie du matériau de construction Extraction de la matière première Fin de cycle et recyclage Figure 1 : Le cycle de vie d un matériau de construction Les calculs effectués sont basés sur le principe de l Analyse du Cycle de Vie (ACV) qui s attache à détailler les impacts environnementaux liés aux matériaux depuis le «berceau» (extraction des matières premières) jusqu à la «tombe» (traitement des déchets en fin de vie et recyclage) (figure 1). Les évaluations concernant le bâtiment d élevage ne prennent pas en compte les équipements mobiles et l énergie directe consommée lors de l exploitation du bâtiment. : définition et application pour la construction des bâtiments d élevage Dans le cadre de cette ACV, les énergies sont réparties en deux types : l énergie consommée par les procédés et l énergie contenue dans la matière (dans le cas de la mobilisation d une matière première ayant un pouvoir calorifique). L énergie de procédé correspond à l ensemble de l énergie primaire nécessaire dans les procédés d extraction, de transformation, de fonctionnement, de mise en oeuvre et du recyclage. Toutes les énergies mobilisées pour la production d un matériau de construction peuvent se répartir suivant l une ou l autre de ces catégories présentées (figure 2). Il est possible de décomposer cette énergie totale mobilisée (nommée énergie primaire totale) en énergie issue d une ressource renouvelable ou d une ressource non renouvelable. primaire totale de procédé renouvelable de procédé renouvelable matière renouvelable de procédé non renouvelable matière non renouvelable non renouvelable matière Figure 2 : Les différentes énergies qui constituent l énergie primaire totale

2 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Dans le cadre de cette étude, les indicateurs utilisés pour les matériaux de construction sont tirés des Fiches de Déclarations Environnementales et Sanitaires (FDES, base INIES - Seule l énergie de procédé a été prise en compte dans les évaluations de notre étude. L analyse de la consommation énergétique est importante pour le choix des matériaux de construction. Elle permet de montrer que la mise en œuvre d un matériau issu d une ressource renouvelable (comme le bois) mais transporté et transformé, est susceptible de consommer de l énergie non renouvelable. Il est alors possible qu un tel matériau transporté et transformé dans de mauvaises conditions d efficacité énergétique présente au final un bilan (de consommation d énergie non renouvelable) moins favorable qu un matériau pourtant issu d une ressource non renouvelable. L unité utilisée pour mesurer l énergie est le mégajoule (unité universelle) [1 MJ = 10 6 joules]. Il est à noter que la production et l utilisation d énergie engendrent des GES qui sont inclus dans les bilans GES. Les Gaz à Effet de Serre : définition et application pour la construction des bâtiments d élevage L effet de serre est un phénomène qui empêche une partie des rayons infrarouges provenant de la Terre de traverser l atmosphère pour s échapper vers l espace. Bénéfique lorsqu il maintient à la surface de la Terre une température moyenne de 14 C, il devient facteur de déséquilibres lorsqu il s accroît fortement. L impact global sur l effet de serre d une activité donnée est exprimé en quantité d équivalent CO 2. Dans le cas de la construction d un bâtiment, il s agit des émissions de CO 2 associés aux consommations énergétiques détaillées précédemment. Pour les matériaux de construction, cette valeur est disponible dans les FDES. ÌMéthode retenue pour évaluer la consommation d énergie de procédé et les émissions de GES pour la construction des bâtiments d élevage La méthode repose sur la prise en compte des caractéristiques environnementales des matériaux utilisés pour la construction des bâtiments, selon la procédure d évaluation environnementale dite d Analyse de Cycle de Vie (ACV). Le calcul des impacts environnementaux des bâtiments agricoles se décompose en cinq phases : - phase 1 : décrire les matériaux de construction du bâtiment ; - phase 2 : faire un quantitatif de chacun des matériaux (le métré) sur la totalité de la vie du bâtiment ; - phase 3: estimer les impacts propres au cycle de vie de chacun des matériaux en utilisant les résultats d études d ACV disponibles pour ces matériaux dans les FDES; - phase 4: agréger l ensemble des impacts des matériaux pour exprimer les impacts du bâtiment sur la totalité de sa durée de vie, avant de ramener éventuellement ces résultats à l année; - phase 5 : interpréter ces résultats. Des logiciels sont capables d évaluer et de comparer différentes solutions constructives en se basant sur les métrés et le choix des matériaux, dont : Elodie, développé par le CSTB Département, Santé, Environnement - EQUER, développé par IZUBA énergies et l École des Mines de Paris - TEAM bâtiment, développé par ECOBILAN - Département développement durable de PricewaterhouseCoopers - Limites de la méthode Les calculs de consommation d énergie et de production de gaz à effet de serre sont basés sur des hypothèses moyennes quant aux procédés mis en œuvre et aux différentes étapes de la vie du matériau. Le calcul n est rigoureusement juste que pour une certaine méthode d extraction de la matière première, une distance et un mode de transport donné, etc. Cela explique que la méthode de calcul de l impact des matériaux de construction soit normalisée (NF P ) et que soit exigée la transparence du calcul. Au regard des données actuellement disponibles pour les matériaux de construction, la précision des résultats est relativement faible. Photo 1 : Structure et bardage en acier 2

3 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Plusieurs centres de ressources, français ou internationaux, sont consultables pour trouver les coefficients d impacts environnementaux des matériaux composant un bâtiment (tableau 1). La base de données INIES (base nationale française) regroupe aujourd hui 470 FDES qui couvrent produits du marché. L objectif de cette base est de couvrir 50 % des familles de produits de construction en 2012 et d atteindre 90 % en Certains logiciels d évaluation proposent des valeurs par défaut pour les produits ne disposant pas de FDES à ce jour. Photo 2 : Bardage en bois Tableau 1 : Liste non exhaustive de centres de ressources consultables pour disposer de données sur les coefficients d impacts environnementaux des matériaux de construction nom Site, contact caractéristiques, remarques centres régionaux Envirobat Méditerranée VAD Rhône-Alpes Centre de ressources pour les maîtres d ouvrage, les concepteurs, les réalisateurs. - Fiches matériaux et systèmes constructifs (accès payant). INIES - Regroupe 470 FDES (conforme à la norme NF P ), couvrant produits. - Base de données libre. centres nationaux DEAM Écobilan - Bureau d étude privé spécialisé ACV. - Base de données environnementales non libre d accès. Ecoinvent (Suisse) - Base de données ACV, reconnue pour son homogénéité, non-libre d accès. centres internationaux Association Canadienne de la Construction - LEED (Canada) greenbuilding/rating/indexfr.html - Centre de ressources de l ACC (Association Canadienne de la Construction) sur les bâtiments durables. - Système d évaluation LEED Canada-NC1.0 3

4 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Les résultats par filière d élevage ÌLes bâtiments évalués Pour les ruminants, les différents modes de logements ont été décrits. Un mode de logement comprend l aire de vie des animaux, les couloirs de circulation des engins agricoles et les ouvrages de stockage des déjections. Seuls les équipements fixes (séparations de logettes, tubulaires, etc.) sont intégrés dans cette évaluation. En production laitière, il faut y ajouter la salle de traite et la laiterie. Pour toutes les productions d herbivores ou de polygastriques, le hangar de stockage des fourrages et de la paille, avec ou sans sol bétonné, a également fait l objet d une évaluation. Pour chaque construction, un métré est réalisé (descriptif quantitatif versus qualitatif). Ont ainsi été évalués : - trois modes de logement en bovins lait, en fonction de la gestion des déjections ; - un mode de logement en bovin allaitant ; - un mode de logement en ovin allaitant. Pour la filière porcine, le travail effectué concerne les bâtiments les plus représentatifs de la filière à l heure actuelle. Cependant, les évaluations ont été réalisées sur un système de truies en groupe afin de respecter la réglementation qui s appliquera dès Les métrés nécessaires à l estimation de l impact énergétique et environnemental des bâtiments prennent également en compte la fosse de stockage des lisiers mais excluent les silos de stockage de l aliment. Seul le schéma de bâtiments de type naisseur-engraisseur a été évalué. Des travaux sont en cours pour affiner les typologies de bâtiments et notamment vis-à-vis des spécificités relatives à Photo 3 : Bardage à ventelles en acier Photo 4 : Bardage bois et soubassement béton l orientation de l élevage (naisseur, post-sevreurengraisseur, naisseur-engraisseur partiel ou total). Dans la filière avicole, plusieurs bâtiments d âge différents ont été étudiés (lanterneau, louisiane, colorado). Ces bâtiments sont typiques de la filière volaille de chair. Le travail réalisé prend en compte à la fois l aire de vie des animaux mais également le sas sanitaire et les silos de stockage de l aliment. Des travaux sont en cours concernant les bâtiments de poules pondeuses. ÌDescription des bâtiments étudiés Pour la filière bovine, les différentes combinaisons des matériaux et des techniques de construction ont été rassemblées sous deux appellations : «majoritairement acier» ou «majoritairement bois». Les mentions «majoritairement bois» ou «majoritairement acier» signifient que la construction se compose d une charpente et d un bardage en bois ou en acier. Cela permet d évaluer l incidence du choix des matériaux sur l impact environnemental de la construction des bâtiments d élevage (comparaison des matériaux lors du calcul avec le logiciel Elodie par exemple). Pour la filière porcine, plusieurs critères de différenciation ont été utilisés à savoir présence d un Distributeur Automatique de Concentrés (DAC), type d élévation et type de caillebotis utilisé en post-sevrage. Concernant la typologie du bâtiment, trois critères ont été retenus : - type d élévation: brique monolithe ou panneaux béton; - présence ou absence d un DAC ou d un réfectoire pour le logement des truies en groupe ; - présence de caillebotis plastique ou béton pour le post-sevrage. 4

5 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Dans les tableaux suivants, les résultats sont exprimés en MJ et kg eq. CO 2 par m² de bâtiment pour chaque filière d élevage. Il est nécessaire de relever les dimensions exactes de chaque zone du (ou des) bâtiment(s) à évaluer pour en connaître l impact environnemental global. Photo 5 : Structure et bardage bois Ìrésultats de la filière «ruminants» Les consommations d énergie et les émissions de GES sont exprimées par m² et par an (tableau 2). La consommation d énergie est au moins deux fois plus élevée si la construction est majoritairement en acier, tandis que pour les émissions de GES, le rapport est de trois. Pour la salle de traite, les matériaux de construction utilisés pour le second œuvre sont très impactants sur l environnement pour les points observés. Les impacts énergie et GES liés à la construction de bâtiment d élevage restent très faibles par rapport au bilan complet d une exploitation. Pour une exploitation d élevage laitier dont la consommation totale d énergie est de l ordre de 3,5 MJ/litre de lait et les émissions de GES sont environ de 1 kg eq. CO 2 /litre de lait, le poids de l impact environnemental de la construction du bâtiment d élevage représente seulement 1,38 à 3,80 % de l énergie totale consommée et 0,16 à 0,82 % des émissions totales de GES. Ces variations sont directement liées au choix des matériaux mis en œuvre pour la construction du bâtiment. Tableau 2: de procédé et émission de GES émis à la construction du bâtiment en fonction du type de bâtiment (par m² et par an) type de bâtiment (MJ par m² par an) Émission GES (kg eq. co 2 par m² par an) Bovin lait majoritairement acier majoritairement bois majoritairement acier majoritairement bois logettes fumier 36,03 13,25 2,29 0,75 logettes lisier 36,02 13,24 2,29 0,74 aire paillée intégrale 27,05 13,23 1,70 0,74 salle de traite + laiterie 56,17 3,70 Bovin allaitant majoritairement acier majoritairement bois majoritairement acier majoritairement bois aire paillée intégrale 27,05 13, ,74 Ovin allaitant majoritairement acier majoritairement bois majoritairement acier majoritairement bois bergerie 25,51 14,03 1,67 0,62 Hangar de stockage majoritairement acier majoritairement bois majoritairement acier majoritairement bois hangar de stockage (sol béton) 28,92 12,89 1,87 0,67 hangar de stockage (sol nu) 27,02 10,99 1,68 0,48 Durées de vie : bâtiment d élevage 35 ans ; salle de traite et laiterie 30 ans ; hangar 40 ans. 5

6 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Ìrésultats de la filière porcine Les consommations d énergie et les émissions de GES sont exprimées par m² et par an. En effet, en production porcine étant donné les spécificités entre les bâtiments abritant des stades physiologiques différents, il est plus aisé d exprimer les résultats en utilisant les m². De plus, en annualisant les résultats il devient possible de comparer ce que représente les consommations d énergie lors de la construction du bâtiment par rapport aux consommations lors de son fonctionnement (électricité pour le chauffage, la ventilation, etc.). Cette méthode a toutefois une limite puisqu elle ne permet des évaluations que pour un élevage de type naisseur-engraisseur total. La moyenne des consommations énergétiques est de 49,6 MJ/m²/an (fosse de stockage du lisier incluse). Le type de logement utilisant des DAC pour les truies est moins énergivore à la construction puisque la moyenne s établie à 53,1 MJ/m²/an avec DAC contre 55,9 MJ/m²/an sans DAC. Le type de caillebotis utilisé en post-sevrage imprime l effet le plus important sur l impact énergétique puisqu avec les caillebotis plastique les consommations énergétiques sont de 58,6 contre 50,4 MJ/m²/an pour les caillebotis béton. Enfin, le type d élévation entraîne également des différences : 52,6 MJ pour une élévation en brique contre 56,9 MJ/m²/an, pour des élévations en béton. Au final, la meilleure solution à la construction, tant d un point de vue énergétique que pour les émissions de GES, consiste en un bâtiment en brique monolithe, avec des truies logées en groupe avec un DAC et des post-sevrages en caillebotis béton. L impact énergétique et GES des bâtiments porcins est cependant très faible au regard du bilan complet d un élevage qui inclue l aliment, l énergie directe consommée, la gestion des déjections et l ensemble des intrants. Ainsi, dans un bilan global d exploitation porcine le bâtiment représente moins de 3 % de l énergie totale consommée annuellement et moins de 1 % des émissions totales de GES. Photo 6 : Paroi composée de béton et isolant Tableau 3: de procédé et émission de GES émis à la construction du bâtiment, en fonction du type de bâtiment (par m 2 et par an) type de bâtiment (MJ par m² par an) Émission GES (kg eq. co 2 par m² par an) Bâtiment sans DAC avec élévation brique Bâtiment sans DAC avec élévation béton Bâtiment avec DAC avec élévation brique Bâtiment avec DAC avec élévation béton caillebotis plastique en PS 57,1 4,5 caillebotis béton en PS 49,0 4,3 caillebotis plastique en PS 62,8 5,1 caillebotis béton en PS 54,7 4,9 caillebotis plastique en PS 55,3 4,3 caillebotis béton en PS 47,1 4,1 caillebotis plastique en PS 59,0 4,7 caillebotis béton en PS 50,9 4,5 Fosse de stockage lisier 10,5 3,8 PS : post-sevrage - Durée de vie : 30 ans 6

7 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage Ìrésultats de la filière avicole Tous les bâtiments de cette évaluation disposent d'une charpente en acier et bois (poteaux et fermes acier et pannes bois). L option sol en terre battue a été choisie (excepté pour le bâtiment canards sur caillebotis qui nécessite un sol bétonné). Chacun d'entre eux est équipé d'un silo dont la capacité est fonction de la taille du bâtiment et du type de production (standard versus label). Les bâtiments type lanterneau sont plus forts consommateurs d énergie en raison d une quantité de matériaux supérieure. Les bardages bois sont moins impactant mais le sanitaire (facilité de nettoyage et désinfection) est une limite pour ce type de bardage. Le bâtiment destiné aux canards impacte beaucoup plus car il dispose d'un sol bétonné. Photo 7 : Bardage en acier Energie de procédé et émission de GES émis à la construction du bâtiment en fonction du type de bâtiment (par m² et par an) type de bâtiment Ventilation mécanique extraction monolatérale, bardage et toiture en tôle d'acier m² Ventilation mécanique extraction monolatérale, bardage acier et toiture en fibre-ciment m² Ventilation mécanique extraction haute, bardage sandwich acier et toiture fibre-ciment m² Ventilation naturelle transversale (à rideau), bardage bois et couverture fibre ciment m² Ventilation naturelle à lanterneau, bardage sandwich acier et couverture et lanterneau en fibre-ciment m² Ventilation naturelle à lanterneau, bardage sandwich acier et couverture fibre ciment m² Bâtiment label (Louisiane), bardage fibre ciment et couverture fibre ciment m² Ventilation naturelle à lanterneau (production de canards sur caillebotis avec sol bétonné) m² Durée de vie : bâtiment 30 ans (MJ par m² par an) Émission GES (kg eq. co 2 par m² par an) 52,80 3,23 65,47 4,20 66,10 4,27 48,70 3,10 69,60 4,50 70,13 4,67 46,77 4,00 95,20 5,00 Des matériaux souvent mis en œuvre Des photographies de matériaux de construction illustrent cette brochure. Ces images montrent les produits les plus couramment mis en œuvre lors de la réalisation de bâtiments d élevage. L acier est utilisé pour la structure ou les bardages, le bois pour la structure ou les bardages, le béton pour les fondations, les sols ou les murs, les panneaux translucides pour les bardages. Photo 8 : Coffrage de mur en béton 7

8 et gaz à effet de serre liés à la construction des bâtiments d élevage conclusion Les capacités à cerner les consommations d énergie et les émissions de GES s améliorent continuellement au fur et à mesure des contributions des différents acteurs des filières qui fournissent des données de plus en plus précises sur les matériaux de construction. D autres indicateurs environnementaux sont disponibles dans les FDES pour chaque produit de construction. L ensemble de ces indicateurs pourra aider à la maîtrise des impacts environnementaux en terme de : - préservation des ressources (énergies, matières premières, eau) ; - réduction des pollutions de l air, de l eau et du sol ; - gestion des déchets. Une première valorisation des résultats du projet «Éco-construction et bâtiments d élevage» permet d enrichir les bases de données du guide GES TIM et de l outil de diagnostic Dia terre. GES TIM est un guide méthodologique pour l estimation des impacts des activités agricoles sur l effet de serre. Un tableau des émissions de GES et de consommation d énergie primaire liées aux matériaux de construction a été établi pour servir de base de données à la méthode GES TIM. Elle précise par matériau un indice pour l énergie et un indice pour les émissions GES en précisant les sources et le périmètre de calcul (disponible sur le site internet de l Institut de Deux autres plaquettes sont disponibles : «Méthode d estimation des impacts environnementaux des bâtiments agricoles liés à la construction», septembre Éd. Institut de l Élevage - Réf «L éco-construction : définitions, initiatives et mise en place pour les bâtiments d élevage», septembre Éd. Institut de l Élevage - Réf rédaction : Institut de l Élevage avec la participation des partenaires du projet l Élevage, rubrique «Environnement»). Pour la filière ruminants, ces références sont données par unité de matériau. Pour la filière avicole, les références sont exprimées par kg de matériau et par type de bâtiment. Pour la filière porcine, elles sont exprimées par truie présente ou par kg de porc produit. Dia terre est une méthode de diagnostic pour l élaboration des Plans de Performances Énergétiques des exploitations agricoles. L outil de diagnostic Dia terre permet d évaluer la consommation d énergie et les émissions de GES des exploitations agricoles quelle que soit la filière de production. C est un outil inter-organismes, piloté par l ADEME. Pour les filières d élevage, des tableaux de valeurs par type de bâtiment sont disponibles pour les filières avicole, bovine et porcine. Pour affiner les futurs diagnostics, une liste aussi exhaustive que possible des différents logements de ruminants ou de volailles est en cours de validation. Aujourd hui, les outils disponibles permettent l analyse du bilan «énergie et GES» des constructions agricoles existantes. À l avenir, les outils en cours de développement pourront proposer d autres critères de choix complémentaires pour mieux raisonner la construction en agriculture de bâtiments respectueux de l environnement. Note rédigée dans le cadre du projet «Application d une démarche d éco-construction et de management environnemental aux bâtiments d élevage» financé par le Ministère de l Alimentation, de l Agriculture et de la Pêche (lauréat de l appel à projet CASDAR 07). Octobre 2010 Document édité par l Institut de l Élevage rue de Bercy CEDEx ISBN : Réf Conception & réalisation : Frédéric Croix (Institut de l Élevage) - Impression : Impression Centrale de Lens - Crédit Photos : IFIP, CAUE 45, Rémi Janin, Institut de l Élevage, DR.