CONFERENCE INTERNATIONALE DERBI 2007

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1 CONFERENCE INTERNATIONALE Architecture, projet urbain et énergies renouvelables Jean-Pierre Traisnel, CNRS UMR AUS, Institut français d urbanisme IFU, 4 rue Nobel, Champs sur Marne jean-pierre.traisnel@univ-paris8.fr SEURA, Zone du Raquet, Douaisis,

2 La neutralité carbone, par les ENR, dans une démarche intégrée L objectif «facteur 4» dans l ensemble des secteurs d activité (habitat / transports) La densité et les formes urbaines Les systèmes intégrés eau/énergie/déchets: l écocycle de Hammerby Sjöstad (Stockholm) La forme urbaine résultante et les écoquartiers : Structure «blue-green-grey» Circuits courts (compacité), SOHO, AMAP 2

3 1. Le facteur 4 dans le système Habitat-transports Des bâtiments performants, mais selon quelle localisation? L organisation urbaine et le bilan habitat / transports Le Facteur 4 dans le parc résidentiel (chauffage + ECS) : Des logements neufs à basse consommation Importance du stock (facteur 2 sur les consommations unitaires de chauffage par la réhabilitation) Des parts de marché croissantes pour les réseaux de chaleur (Bois énergie), le solaire thermique et les PAC sur géothermie 3

4 Les conséquences de la domination de la route Progression des émissions liées au transport routier de 1970 à 2002 : +150%, soit un taux de croissance annuel moyen de près de 3%. Emissions dans l'air de CO2 en France métropolitaine ( ) Millions de tonnes Transport routier Résidentiel tertiaire Industrie manufacturière Agriculture sylviculture Transformation d'énergie Autres Transports Autres source CITEPA (2005) 4

5 Bilan énergie-co2 habitat transports 5 Em issions pa r actif (tc02/a n) A: communes centrales et denses 4 B: zones périphériques peu ou moyennement denses 3 ECS C: zones rurales ou périurbaines, très peu denses A 2000 B 2000 C 2000 C 2030 Chauffage TC VP Passage de la RT2005 au label Passive Haus : le gain de 60 kwh/m2 est annulé par une distance supplémentaire parcourue en VP de 20 km/jour (VP : 330 j/an à 180 gco2/km), (logement : 100 m2 chauffés au gaz, à 205 gco2/kwh) Répartition des actifs en 2000 : 8 millions en A, 8,1 millions en B, 10,5 millions en C VP en 2030: 120 gco2/km Hypothèses logement: Consommations et surfaces moyennes du parc en 2000 (selon répartition MI / IC) Gain de 50% sur la consommation chauffage + ECS en 2030, mais augmentation de la surface habitable 5

6 Technologies : détail F4 Résidentiel, 2050 Baisse de 50% de la consommation spécifique de chauffage dans les logements construits avant kwh/m2 en moyenne pour les logements construits après 2000 (énergie finale, chauffage, tendanciel RT2005) Variante neuf : passage dès 2015 au label BBC (bâtiment basse consommation à Ctot = 50 kwhep/m2 ); dès 2020 au label HP (habitat passif à Cch = 15 kwh/m2), soit 30 kwh/m2 en moyenne pour les logements construits après 2000 (énergie finale, chauffage, RT accélérée). 6

7 Scénarios énergétiques (chauffage RP) Consommations d'énergie de chauffage (TWh) Consommations unitaires moyennes 2000 (chauffage, énergie finale) : - MI: 190 kwh/m 2 /an - IC: 140 kwh/m 2 /an - TOTAL: 175 kwh/m 2 /an Effet démographique: neuf à RT2000, parts de marché énergie inchangées effet démogr effet RT effet RT accéléré 100 RT accél +réhab Effet population + RT accélérée : neuf à 15 kwh/m2 dès 2020, parts de marché énergie inchangées Effet RT accélérée + réhab: neuf à 30 kwh/m2 en moyenne, + stock à 50% ( logts/an) (MI à 95 kwh/m2/an) (IC à 83 kwh/m2/an) RT neuf accélérée + réhabilitation lourde: facteur 2 sur les consommations totales (niveau moyen du parc total en 2050: 205 TWh pour 3140 Mm2, soit 65 kwh/m2) 7

8 Scénarios émissions de CO2 (chauffage RP) Emissions CO2 du chauffage du parc de Rp (base 100) effet population effet population + RT accél. Cible F Effet démographique: neuf à RT2000, parts de marché énergie inchangées Effet population + RT accélérée : neuf à 15 kwh/m2 dès 2020, parts de marché énergie inchangées Effet RT accélérée + réhab: neuf à 30 kwh/m2 en moyenne, + stock à 50% ( logts/an) (MI à 95 kwh/m2/an) (IC à 83 kwh/m2/an)

9 Parts de marché des énergies de chauffage, F4 Consommations de chauffage (energie finale en TWh/an) Charbon Pétrole therm Gaz chauff. GPL Elect therm Bois géoth sur PAC Neuf : RT accélérée Stock : facteur 2 sur la consommation moyenne, réhabilitation de logements/an Facteur 4 sur les énergies carbonées (électrique: conversion gco2/kwhe inchangée) Consommation chauffage électrique en 2050 (100% PAC à COP=3) : pour 1 kwhe consommé, 2 kwh sont considérés en géothermie. Bois: complément de 108 TWh en

10 Parts de marché des énergies de chauffage+ecs 160 Consommations de chauffage+ecs (energie finale en TWh/an) Charbon Pétrole therm Gaz chauff. GPL Elect therm Bois géoth sur PAC ECS 2050: gain de 30% sur les besoins théoriques, F4 sur les consommations de fossiles, F3 sur les consommations d électricité mais à 100% PAC, 100% du parc neuf ( ) et 30% du stock équipés en solaire thermique à 1m2/pers. 76,7 MtCO2 en 2001, 18,75 MtCO2 en 2050 (chauffage + ECS) 10

11 2. La densité et les formes urbaines Quelle mesure du coût énergétique et environnemental des formes urbaines? Continuité du bâti, performances énergétiques et solarisation des toitures Equilibre minéral / végétal 11

12 L effet de la continuité du bâti sur les performances énergétiques 1. Maison isolée Se/Sp = 3,10 2. Maisons jumelées Se/Sp = 2,90 3. Maison en R+1 Se/Sp = 2,55 4. Maisons jumelées en R+1 Se/Sp = 2,10 5. Maisons en bande en R+1 (10 maisons de ville) Se/Sp = 1,80 6. Duplex superposés en R+3 (10 maisons de ville) Se/Sp = 1,25 4,00 3,00 Rapport Senv/Splancher pour six typologies de logement Besoins de chauffage (kwh/m2.an) 2,00 1,00 sol n/c sol inclus Un pavillon R+1 Maisons de ville R+1 Duplex superp 20 0, RT2005 HPE Basse Energie MINERGIESbois PASSIV HAUS Division par 2 des surfaces de déperditions, gain de 30% sur les besoins de chauffage 12

13 Solarisation des toitures : la densité (mesurée) n est pas un obstacle Solaire thermique: 1m2/personne pour 50% des besoins en ECS Principe «Zéro énergie»: bilan annuel «Consommation de niveau Passive Haus Production PV» = 0 Base de dimensionnement PV : 1 m2 produit annuellement 100 kwh Les surfaces de toiture excédentaires sont disponibles pour la recharge des batteries de petits véhicules électriques. Maisons de ville en bande en R+1, Fribourg Cons totale Passive Haus Solaire thermique Solaire PV (cible zéro énergie) TOTAL solaire Taux de solarisation (cible zéro énergie) Toiture disponible: 69 m2 (+) (Ch. + ECS, kwh/an) ECS, m2 m2 m2 (% de toiture) R+1 (Sh = 100 m2) % (+) Surface de toiture, comprenant un débord de toiture de 1m en façade sud 13

14 Solarisation des toitures : la densité (mesurée) n est pas un obstacle Solaire thermique: 1m2/personne pour 50% des besoins en ECS Principe «Zéro énergie»: bilan annuel «Consommation de niveau Passive Haus Production PV» = 0 Base de dimensionnement PV : 1 m2 produit annuellement 100 kwh Les surfaces de toiture excédentaires sont disponibles pour la recharge des batteries de petits véhicules électriques. Maisons de ville en bande en R+1, Fribourg Cons totale Passive Haus Solaire thermique Solaire PV (cible zéro énergie) TOTAL solaire Taux de solarisation (cible zéro énergie) Toiture disponible: 69 m2 (+) (Ch. + ECS, kwh/an) ECS, m2 m2 m2 (% de toiture) R+1 (Sh = 100 m2) % Maison de ville R+1 (Sh = 100 m2) % (+) Surface de toiture, comprenant un débord de toiture de 1m en façade sud 14

15 Solarisation des toitures : la densité (mesurée) n est pas un obstacle Solaire thermique: 1m2/personne pour 50% des besoins en ECS Principe «Zéro énergie»: bilan annuel «Consommation de niveau Passive Haus Production PV» = 0 Base de dimensionnement PV : 1 m2 produit annuellement 100 kwh Les surfaces de toiture excédentaires sont disponibles pour la recharge des batteries de petits véhicules électriques. Maisons de ville en bande en R+1, Fribourg Cons totale Passive Haus Solaire thermique Solaire PV (cible zéro énergie) TOTAL solaire Taux de solarisation (cible zéro énergie) Toiture disponible: 69 m2 (+) (Ch. + ECS, kwh/an) ECS, m2 m2 m2 (% de toiture) R+1 (Sh = 100 m2) % Maison de ville R+1 (Sh = 100 m2) % Maison de ville R+3 (S h = 200 m2) 2 x % (+) Surface de toiture, comprenant un débord de toiture de 1m en façade sud 15

16 Coût environnemental : la minéralisation des sols Surfaces minéralisées (voiries et stationnement VP) : - Paris, 9ème arrondissement : 2,5 m2/habitant - Lotissement pavillonnaire de Melun Sénart : 20 m2/habitant, soit 8 fois plus 16

17 3. Les systèmes intégrés eau/énergie/déchets Hammarby Sjöstad (Stockholm) : logements emplois sur 150 ha (+ 50 ha de lacs) Facteur 2 sur l ensemble des impacts environnementaux des bâtiments et des transports (eau, énergie, déchets, nuisances, etc.) Mots clés de la planification urbaine Multifonctionnalité Reconversion des sols artificialisés Dialogue Soutenabilité Urbanité 17

18 3. Les systèmes intégrés eau/énergie/déchets Les 6 objectifs environnementaux à Hammarby Sjöstad : Transports en commun (D logt < 500 m) Matériaux de construction sains Utilisation des sols déjà urbanisés Plafonnement du bruit (45 db) Décontamination des sols Optimisation des services (énergie, eau, déchets) Les trois partenaires: Compagnie des eaux Stockholm Vatten Services de déchets de la Ville Birka Energi (réseaux de chaleur) 18

19 19

20 Chaleur Centrale cogénér. Electricité Energie Biocarburants Incinérateur Métabolisme urbain: eau, énergie, déchets Biogaz TC (bus) Chaleur Solaire, éolien Electricité Combustibles Réseaux (chaleur, froid) Matières Solides recyclés Déchets solides Biosolides Organiques Bâtiments Eau potable Voiries Station épuration Eaux pluviales Eaux usées Eau Déchets 20

21 La plus grande partie est utilisée dans les véhicules Matières (et seulement 1000 gazinières) Solides recyclés Réseau de chaleur Déchets solides 50% incinération des déchets Biosolides 35% récupération chaleur Organiques sur le traitement des EU 15% pellets boisdéchets Energie Biogaz Par logement Centrale cogénér. Le biogaz produit à partir du traitement des EU Biocarburants serait suffisant pour les besoins de cuisson. Métabolisme urbain: eau, énergie, déchets TC (bus) Chaleur Solaire, éolien Bâtiments Eau potable Voiries Electricité Combustibles Réseaux (chaleur, froid) Eaux pluviales Eaux usées Eau Station épuration 21

22 22

23 4. La forme urbaine résultante et les écoquartiers Structure «blue-green-grey» Circuits courts : Compacité, mutualisation et réseau de chaleur Compacité, proximité et desserte par les transports en commun SOHO (small office, home office) AMAP (Association pour le maintien d une agriculture paysanne) 23

24 Blue, green, grey Zone du Raquet, Communauté d agglomération du Douaisis Document SEURA,

25 Blue, green, grey 25

26 Blue, green, grey 26

27 Circuits courts: compacité, proximité - pistes cyclables indépendantes (transversales) - pistes réservées sur la voirie - circulation des cycles sur la voirie de desserte - trajets et espaces piétons - locaux vélos dans les bâtiments de logement collectif et parkings vélos pour les équipements publics déplacements doux 27

28 Circuits courts: SOHO Diversité : Maisons de ville, petits collectifs, commerces et activités, surfaces RdC convertibles. Densité : - Meilleure desserte par les TC, Services de proximité - Réduction des surfaces d enveloppe, possibilité de réseau de chaleur 28 -tissu social et économique pour une mixité fonctionnelle renouvelée

29 Gestion des espaces verts : énergie, AMAP Secteur de l économie sociale et solidaire, exemple des structures d insertion par l activité économique (SIAE) Financement de l entretien des espaces verts : par valorisation énergétique (bois énergie, centrale de cogénération) par concession de parcelles en cultures biologiques et commercialisation type AMAP 29

30 PLAN MASSE ET ENSOLEILLEMENT Orientation des voies, règles de prospect Constructions en bordure des voies d axe est-ouest Constructions en épi par rapport aux voies d axe nord-sud Quartier de Viikki, Helsinki, Finlande : Orientation solaire, distances entre bâtiments optimisées pour favoriser le recours à l énergie solaire passive. Source : D. Gauzin Müller, L architecture écologique, Ed. Le Moniteur. Quartier solaire Sonnenfeld à Ulm. 30

31 Configuration en épi Espaces de jardins intérieurs sur lesquels s ouvrent les séjours. Les façades nord sont aveugles: intimité des jardins protégés de la rue par les locaux annexes, qui forment un front bâti quasi continu (pignons, entrées, garages, etc.). 31

32 4. Villes durables BedZED, éco-village Dongtan Eco-Villes 32

33 De BED ZED à Dongtan première "ville écologique" du monde (2010) Dongtan comptera entre et habitants en 2010 (première phase, 630 ha), en «Il faut faire à Dongtan la démonstration de ce qui est possible en matière d énergies renouvelables, de transports propres et de modes de vie.» 33

34 De BED ZED à Dongtan première "ville écologique" du monde (2010) Biodiversité : réserve naturelle (embouchure du Yangzi). Espaces publics : six fois plus d espace par personne que Copenhague. Déplacements: «TC» : bus propres, à piles à combustible; Système d Intranet planifiant la durée du trajet, mise en contact des habitants (co voiturage) Scooter électrique, bicyclette, petits véhicules légers (gain de place). Constructions: Immeubles ne dépassant pas huit étages; Toits recouverts de gazon et de plantes vertes pour isoler les bâtiments et recycler l eau. 34

35 De BED ZED à Dongtan première "ville écologique" du monde (2010) Maintien de l activité agricole (40 % de terres agricoles pour l auto suffisance). Logement et travail à proximité, pour réduire les déplacements. Déchets: 80 % des déchets solides sont recyclés. Ressource en eau: récolte (eau pluviale) et traitement dans le paysage. Energie électrique décentralisée (autosuffisance en énergie) Incinération des déchets organiques (cosses de riz) Eoliennes géantes, propulsées par l air marin, Petites éoliennes + panneaux à cellules photovoltaïques par immeuble. Activité Logement 35

36 Projets d éco-villes anglaises De à logements, + écoles et centres de santé (emplois, activités, commerces?) Visant la neutralité carbone Alimentés en électricité produite localement par des ENR Sur des terrains en friches Bénéficiant de transports publics et de pistes cyclables 36