Maison pour la planète

Transcription

1 Maison pour la planète - partie écobilan - -1-

2 Introduction Qu est-ce qu un écobilan? Selon la norme ISO 14040, l analyse du cycle de vie - ou écobilan - est une méthode pour évaluer les aspects environnementaux et les impacts potentiels liés à un produit ou un service fourni sur l ensemble de son cycle de vie. L analyse du cycle de vie s effectue en quatre phases : définition des objectifs et du système inventaire des émissions et des extractions (LCI) analyse de l impact environnemental (LCIA) Interprétation des résultats -2-

3 Définition des objectifs de l étude Objectifs de l étude 1) Évaluer les impacts environnementaux induits par la présence du bâtiment sur l ensemble de son cycle de vie; 2) Déterminer si l installation de 2 m 2 de capteurs solaires thermiques se justifie du point de vue écologique, en comparaison à une production d eau chaude sanitaire d origine photovoltaïque; 3) Déterminer si l appoint énergétique pour la production d eau chaude sanitaire doit être d origine électrique ou à bois; 4) Déterminer le temps de retour en énergie des panneaux photovoltaïques pour la situation climatique donnée. -3-

4 Caractéristiques de la maison Fonction du bâtiment: Durée d exploitation: Surface de référence énergétique (SRE): bureaux 50 ans 634 m 2 Besoins en chauffage Q h = 72 MJ/m 2 a (Minergie: 145 MJ/m 2 a) -4-

5 Partie 1 Les matériaux de construction et leur impact sur l environnement -5-

6 Définition du système Scénarii étudiés: référence ossature bois variante 1 variante 2 ossature acier massive en brique alvéolaire Unité fonctionnelle (UF): Afin que les résultats obtenus soient comparables, les systèmes constructifs doivent tous se rapporter à une même unité fonctionnelle. Le choix de l UF s est portée sur un bâtiment à 1 étage dont les besoins de chauffage sont équivalents pour une même surface de référence énergétique. -6-

7 Limites du système Hypothèses: - les fondations (béton maigre et préfabriqué) ainsi que la serre (vitrage simple avec cadre en bois) sont identiques dans chaque variante - pas d entretien des matériaux Dans cette étude, n ont pas été pris ont compte: - le transport des matériaux de la fabrique au chantier - le transport des ouvriers - le transport des matériaux pour leur élimination (en fin de vie) - les emballages des matériaux -7-

8 Descriptif des systèmes constructifs (1) Variante bois bardage fibrociment 1.5 cm revêtement ext. fermacell 1.5 cm isolation cellulose 36 cm revêtement int. 3-plis 1.5 cm chape ciment 7 cm isolation fibre de bois 2.5 cm panneaux OSB 2.2 cm solives BLC TJI BLC 5 x 40 cm poteau BLC 20 X 20 cm poutre BLC 20 X 20 cm faux-plafond 3-plis 2.1 cm -8-

9 Descriptif des systèmes constructifs (2) Variante bois brique Planchez rez revêtement inf. duripanel isolation cellulose solives bois lamellé collé revêtement supérieur OSB chape ciment 1.8 cm 40 cm 5 x 40 cm 1.8 cm 6 cm Toiture TJI BLC isolation cellulose solives bois lamellé collé étanchéité bitume 5 x 40 cm 40 cm 5 x 40 cm 1 cm -9-

10 Descriptif des systèmes constructifs (3) Variante bois Matériaux de construction Masse du bâtiment Energie primaire non renouvelable (EPNR) 607 t 57 MJ-Eq/m 2 a Energie PNR [MJ-Eq] Structure Masse [t] fabrication des matériaux élimination des matériaux fondations planchers toiture façades serre

11 Descriptif des systèmes constructifs (4) Variante acier enduit ext. tôle acier inox. 2 mm isolation PSE 22 cm chape ciment 6 cm isolation fibre de bois 2.3 cm bacs acier Holorib 5.6 cm enduit int. alu. brossé 1 mm poutrelles acier HEA 20 cm piliers acier HEA 20 cm -11-

12 Descriptif des systèmes constructifs (5) Variante acier brique Planchez rez dalle béton armé isolation PSE chape ciment 20 cm 19 cm 6 cm Toiture poutrelles acier HEA bacs acier Holorib isolation PSE étanchéité bitume 20 cm 5.6 cm 22 cm 1 cm -12-

13 Descriptif des systèmes constructifs (6) Variante acier Matériaux de construction Masse du bâtiment Energie primaire non renouvelable (EPNR) 654 t 67 MJ-Eq/m 2 a Energie PNR [MJ-Eq] Structure Masse [t] fabrication des matériaux élimination des matériaux fondations planchers toiture façades serre

14 Descriptif des systèmes constructifs (7) Variante brique crépi ext. 1.5 cm isolation laine de pierre 11 cm brique T.C. alvéolaire 36.5 cm enduit int. plâtre 1 cm chape ciment 6 cm isolation fibre de bois 2.3 cm dalle béton armé 20 cm -14-

15 Descriptif des systèmes constructifs (8) Variante brique Planchez rez dalle béton armé isolation PSE chape ciment 20 cm 19 cm 6 cm Identique à la variante «brique» Toiture dalle béton armé isolation PSE étanchéité bitume 20 cm 20 cm 1 cm -15-

16 Descriptif des systèmes constructifs (9) Variante brique Matériaux de construction Masse du bâtiment Energie primaire non renouvelable (EPNR) 953 t 56 MJ-Eq/m 2 a Energie PNR [MJ-Eq] Structure Masse [t] fabrication des matériaux élimination des matériaux fondations planchers toiture façades serre

17 Distribution énergétique par m 2 SRE a Energie PNR = Energie primaire non renouvelable Energie PNR [MJ/m 2 a] variante variante variante bois acier briques fondations planchers toiture façades serre Total

18 Impacts des systèmes constructifs Dommages normalisés 400% 350% 364% 300% 250% 200% 171% 150% 100% 131% 124% 100% 100% 100% 100% 110% 91% 50% 33% 30% 0% human health ecosystem quality climate change resources bois acier brique -18-

19 Impacts des systèmes constructifs Santé humaine : impacts normalisés 700% 600% 597% 500% 400% 300% 242% 200% 100% 100% 100% 100% 100% 100% 109% 97% 83% 90% 100% 89% 93% 56% 0% human toxicity ionising radiation ozone layer depletion photochemical oxidation bois acier brique respiratory effects (inorganics) -19-

20 Impacts des systèmes constructifs Qualité de l écosystème : impacts normalisés 120% 100% 100% 100% 100% 100% 80% 60% 67% 58% 56% 58% 64% 46% 40% 20% 8% 15% 0% aquatic ecotoxicity land occupation terrestrial acidification & nutrification bois acier brique terrestrial ecotoxicity -20-

21 Impacts des systèmes constructifs Changement climatique : impacts normalisés 150% 125% 131% 124% 100% 100% 75% 50% 25% 0% climate change bois acier brique -21-

22 Impacts des systèmes constructifs Ressources : impacts normalisés 250% 200% 208% 150% 139% 100% 100% 100% 110% 91% 50% 0% mineral extraction non-renewable energy bois acier brique -22-

23 Etude de cas interprétation L énergie grise des matériaux de construction peut représenter une part importante de l énergie totale d un bâtiment à faible consommation énergétique L élimination des matériaux de construction ne représente qu une part peu importante dans l écobilan global. -23-

24 Impacts des matériaux interprétation La construction en bois est dans ¾ des cas le scénario le plus favorable. Pourtant, ce scénario ne présente ni le meilleur bilan en énergie grise, ni la masse la plus faible. Dans ce scénario, ce sont principalement les colles des bois utilisés qui influencent négativement l écobilan. Le bardage en fibrociment joue un rôle non négligeable. -24-

25 Impacts des matériaux interprétation Les variantes acier et brique présentent des résultats très semblables, excepté pour la santé humaine, pour laquelle la variante brique est très défavorable. En cause: le béton armé dans le plancher de l étage dans la variante brique. Au kilo, le béton armé est moins nocif que l acier, mais il est présent en beaucoup plus grande quantité dans la variante brique que dans la variante acier. La variante acier a une plus forte consommation en ressources car il faut beaucoup d énergie pour le produire. -25-

26 Partie 2 Les installations techniques et leur impact sur l environnement -26-

27 Définition du système Éléments techniques Climat intérieur Chauffage choix: Poêle à pellets à 15 kw La puissance de 15kW a été déterminée en fonction des besoins de chauffage (72 MJ/m 2 a, cf bilan thermique) Climatisation Aucune installation technique -27-

28 Définition du système Éléments techniques Lumière + Appareils Électricité choix: Installation de 200 m2 de panneaux photovoltaïques (PV), raccordés au réseau électrique français caractéristiques: poly-cristallins, 3kWc de puissance par module (9 modules), non intégrés sur le toit plat, orientation sud, inclinaison 45 0, rendement estimé de 885kWh/kWc -28-

29 Définition du système Éléments techniques Production d eau chaude Production d eau chaude sanitaire (ECS) choix: Installation de 2 m2 de capteurs solaires thermiques (ST), avec une chaudière couplée à une résistance électrique caractéristiques: Capteurs plats,1 module, non intégré sur toit plat, orientation sud, inclinaison 45 0 ; couvre environ 60% des besoins en eau chaude (estimés à l/j) Résistance électrique de 5 kw, alimentée par du courant français basse tension d origine mixte; couvre 40% des besoins en eau chaude -29-

30 Choix de l appoint énergétique pour l ECS -30-

31 Choix de l appoint énergétique pour l ECS Comme le montre le graphique précédent, la préparation de l ECS à partir d électricité d origine mixte est le scénario le plus défavorable. L appoint énergétique en bois pour la préparation de l ECS est du point de vue écologique la solution la plus intéressante. Malheureusement, en France, il n est actuellement pas possible d utiliser exclusivement ce type d énergie. Par conséquent, la solution que représente un appoint en énergie fourni pas la chaudière à pellets devrait être privilégiée. -31-

32 Partie 3 Ecobilan global de la maison pour la planète Système constructif en ossature légère bois & Production d eau chaude sanitaire grâce à des panneaux solaire et appoint en énergie avec un mixte électrique. -32-

33 Distribution énergétique par m 2 SRE a Energie PNR = Energie primaire non renouvelable Energie PNR [MJ/m 2 a] Matériaux de construction Installations techniques Energie PNR [MJ/m 2 a] Total fondations planchers toiture façades serre chauffage PV ECS Total -33-

34 Émissions par m 2 SRE NO x Particules < 2.5 µm SO 2-34-

35 Distribution des dommages normalisés (1) 166 pts 19 pts 29 pts 35 pts -35-

36 Distribution des dommages normalisés (2) 166 pts 19 pts 29 pts 35 pts -36-

37 Pourquoi faire l écobilan d un bâtiment? (1) Avantages de l écobilan identification des matériaux ou des systèmes de construction ayant un fort impact sur l environnement optimisation grâce à des variantes atout lors du choix d un projet par un jury de concours ou un maître d ouvrage peut être considéré comme un critère lors d une certification ISO

38 Pourquoi faire l écobilan d un bâtiment? (2) Points faibles de la méthode comparaison générale des matériaux de construction (béton / bois ou bois massif / bois lamellé collé) pas d impact pour les produits lors de la phase d utilisation approche quantitative et non qualitative exige des données précises et complètes pas encore de méthode uniforme pour l évaluation processus de fabrication des matériaux évolutifs -38-

39 Partie 4 Rentabilité solaire thermique contre photovoltaïque Temps de retour en énergie des panneaux photovoltaïques -39-

40 Rentabilité solaire thermique (ST) vs photovoltaïque (PV) Comparaison entre les besoins en énergie primaire non renouvelable et les volumes (en CO 2, NO 2 et SO 2 ) émis pour la production de 1 kwh d énergie utile d origine PV ou ST: Energie PNR CO 2 -Eq NO 2 SO 2 -Eq Besoins 1.5 fois plus élevés pour PV que pour ST Emissions 2 fois plus élevés pour PV que pour ST Emissions 2.5 fois plus élevés pour PV que pour ST Emissions 1.5 fois plus élevés pour PV que pour ST Attention: Ces résultats ne sont valables que si la production d eau chaude est d origine 100% solaire! Le ST est donc rentable écologiquement au vue des paramètres considérés -40-

41 Temps de retour en énergie des PV (1) Définition 1 Temps nécessaire pour qu une installation photovoltaïque ait produit autant d énergie que sa fabrication en a nécessité Energie grise pour la fabrication de 200 m2 de PV Energie utile produite par 200 m2 de PV kwh kwh/a x 11a Temps de retour en énergie (déf. 1) La durée de vie des PV étant de 30 ans, leur installation sous nos latitudes se justifie du point de vue énergétique. -41-

42 Temps de retour en énergie des PV (2) Energie primaire non renouvelable 3.7 kwh - perte lors de la transformation - perte durant le transport Energie utile 1 kwh -42-

43 Temps de retour en énergie des PV (3) Energie grise pour la fabrication de 200m2 de PV = kwh (Energie grise) Energie utile produite par 200m2 de PV = kwh après 1 an (énergie utile) kwh (Energie grise) après 3 ans kwh (énergie utile) Temps de retour en énergie (déf. 2) 3.7 kwh Energie grise kwh Energie utile -43-

44 Temps de retour en énergie des PV (4) Définition 2 Temps nécessaire pour qu une installation photovoltaïque ait produit autant d énergie électrique exprimée en énergie primaire que sa fabrication en a nécessité Origine de l énergie substituée par les PV électricité, à partir d un réacteur à eau sous pression (REP) électricité, charbon électricité, lignite électricité, gaz naturel électricité, mazout Temps de retour en énergie des PV [a] électricité, hydraulique