Le comportement thermique du bâti ancien

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1 Le comportement thermique du bâti ancien CAUE de Meurthe et Moselle Le 16 septembre 2009 Julien BURGHOLZER Responsable du groupe Construction au Centre d Études Techniques de l Équipement (CETE) de l Est 1

2 o Eléments de contexte et enjeux o Bâti ancien : quel niveau de performance énergétique? o Des propriétés remarquables o Logique d une réhabilitation durable 2

3 Rappel des enjeux énergétiques Répartition de la consommation d énergie par secteur d activité* Transport 31% Industrie 21% Autres 5% Bâtiment 43% Consommation annuelle moyenne du secteur bâtiment : 240 kwh EP /m² 70 millions de tonnes équivalent pétrole (tep) 1,1 tep par personne *Source : ADEME

4 La place prépondérante du bâti existant Un faible taux de renouvellement du parc bâti Environ 2% par an Nécessité d intervenir sur l existant si on veut réduire significativement l impact énergétique du bâtiment! Exigence introduite dès 2002 par la directive européenne «PEB» qui impose une réglementation thermique pour les bâtiments existant dans chaque pays européen

5 Le bâti existant : quelle performance énergétique? Évolution des performances énergétiques (Cmax en kwhep/m².an) Avant 1975 RT 1988 RT 2000 RT 2005 Basse conso

6 Le bâti existant : quelle performance énergétique? Évolution des performances énergétiques (Cmax en kwhep/m².an) Avant 1975 RT 1988 RT 2000 RT 2005 Basse conso Confusion des modes constructifs < 1975

7 Le bâti existant : quelle performance énergétique? Source : Observatoire de l énergie, INSEE, 2003 Confusion des modes constructifs < 1975

8 Pour une approche par mode constructif 8

9 Pour une approche par mode constructif 9

10 o Eléments de contexte et enjeux o Bâti ancien : quel niveau de performance énergétique? o Des propriétés remarquables o Logique d une réhabilitation durable 1 0

11 Quel est le niveau de performance réel du bâti ancien? Une étude a été menée de 2004 à 2007 par CETE de l Est - MPF - LASH pour la DGUHC Suivi instrumenté d une dizaine de bâtiments anciens en France 1 1

12 Mise en place d enregistreurs (T, Hr) pendant une année complète 1 2

13 Mise en place d enregistreurs (T, Hr) pendant une année complète Investigations Infra Rouge 1 3

14 Mise en place d enregistreurs (T, Hr) pendant une année complète Investigations Infra Rouge Questionnaires aux occupants Appréhension du mode d occupation Appréhension du mode de chauffage Relevés des consommations réelles 14

15 Mise en place d enregistreurs (T, Hr) pendant une année complète Investigations Infra Rouge Questionnaires aux occupants Appréhension du mode d occupation Appréhension du mode de chauffage Relevés des consommations réelles Simulations thermiques à l aide des logiciels réglementaires existants 15

16 Les consommations réelles observées : 16

17 Les consommations calculées par logiciel : des consommations calculées jusqu à 3 fois supérieures aux consommations réelles des écarts en moyenne plus importants pour les logements collectifs (B6 à B10) 17

18 Quel est le niveau de performance réel du bâti ancien? Étude Atelier Parisien d Urbanisme (2007) Objectifs : Évaluation des consommations et des émissions de gaz à effet de serre liées au chauffage des résidences principales parisiennes Prise en compte de différentes époques constructives Évaluation des performances énergétiques par différentes méthodes Méthode 3CL (utilisé pour les DPE) Calcul selon règles simplifiées Factures de consommations réelles

19 Quel est le niveau de performance réel du bâti ancien? Étude Atelier Parisien d Urbanisme (2007) Époque de constructio n Effectif en % sur la totalité du parc parisien Consommations chauffage+ecs données par le DPE en kwh/m².an Consommations chauffage+ecs données réelles en kwh/m².an Avant % % %

20 o Eléments de contexte et enjeux o Bâti ancien : quel niveau de performance énergétique? o Des propriétés remarquables o Logique d une réhabilitation durable 2 0

21 L environnement et l implantation : Intégration des constructions rurales à leur environnement direct : 21

22 L environnement et l implantation : Principales caractéristiques thermiques de la forme urbaine «haussmannienne» : 22

23 L environnement et l implantation : D une façon générale : une forte corrélation entre comportement du bâti et sollicitations extérieures : 23

24 Les parois opaques : Grande variabilité du coefficient de déperditions U des parois anciennes (assemblages, hétérogénéités de matériaux, teneur en eau variable ) Source : ENTPE / LASH

25 Les parois opaques Grande variabilité du coefficient de déperditions U des parois anciennes (assemblages, hétérogénéités de matériaux, teneur en eau variable ) Source : ENTPE / LASH

26 Les parois opaques Des matériaux anciens perméables à la vapeur d eau MATERIAUX Diffusivité thermique Effusivité thermique Résistance thermique Déphasage temporel Facteur de résistance à la vapeur d eau : a=λ/ρ.cp.10-3 m 2 /h b=(λ.ρ.cp) 1/2 J/m².K.s 1/2 R=e/ λ m².k/w Τ=e/(π².a) heures µ sec sans unité Granit 3, ,18 6h Basalte et gneiss 4, ,14 5h Marbre 4, ,14 5h Grès durs 3, ,22 8h 40 Calcaire extra dur 3, ,22 8h 250 Ardoise et schiste 3, ,23 7h Brique terre cuite pleine 2, ,5 11h30 40 Calcaire tendre 2, ,45 11h30 40 Terre crue (adobe) 1, ,63 13h20 10 Calcaire extra-tendre 1, ,59 13h20 30 pierre poreuse naturelle, lave 1, ,91 21h10 20 Bois 0, ,11 7h 200 Béton moyen 2, ,17 1h Béton haute densité ,1 1h20 130

27 Les parois opaques Une inertie importante (favorable notamment au confort d été)

28 Les parois opaques Une inertie importante (favorable notamment au confort d été) MATERIAUX Diffusivité thermique Effusivité thermique Résistance thermique Déphasage temporel Facteur de résistance à la vapeur d eau : a=λ/ρ.cp.10-3 m 2 /h b=(λ.ρ.cp) 1/2 J/m².K.s 1/2 R=e/ λ m².k/w Τ=e/(π².a) heures µ sec sans unité Granit 3, ,18 6h Basalte et gneiss 4, ,14 5h Marbre 4, ,14 5h Grès durs 3, ,22 8h 40 Calcaire extra dur 3, ,22 8h 250 Ardoise et schiste 3, ,23 7h Brique terre cuite pleine 2, ,5 11h30 40 Calcaire tendre 2, ,45 11h30 40 Terre crue (adobe) 1, ,63 13h20 10 Calcaire extra-tendre 1, ,59 13h20 30 pierre poreuse naturelle, lave 1, ,91 21h10 20 Bois 0, ,11 7h 200 Béton moyen 2, ,17 1h Béton haute densité ,1 1h20 130

29 Les liaisons (cas des ponts thermiques) : 29

30 Les liaisons (cas des ponts thermiques) : 30

31 Les ouvertures : Des ouvertures généralement peu étanches à l air : Source de déperditions thermiques Mais aussi source de ventilation naturelle du logement 31

32 Les ouvertures : L exemple des fenêtres doubles Vitrage au nu du mur extérieur : Surface ensoleillée maximale Lame d air de plus de 20cm = Résistance thermique supplémentaire 32

33 Les occupants : L occupant est un acteur important du comportement thermique... En été : rafraîchissement naturel passif nocturne fermeture de tous les volets la journée (afin de limiter les apports solaires) Ouverture des fenêtres la nuit 33

34 o Eléments de contexte et enjeux o Bâti ancien : quel niveau de performance énergétique? o Des propriétés remarquables o Logique d une réhabilitation durable 3 4

35 Etude de cas : réhabilitation du lycée Jules Verne à Saverne (67) ( MH ingénierie INSA CETE Est) construit avant 1920 ; façade en grès des Vosges 5 niveaux de 800 m²

36 Etude de cas : réhabilitation du lycée Jules Verne à Saverne (67) ( MH ingénierie INSA CETE Est) construit avant 1920 ; façade en grès des Vosges 5 niveaux de 800 m²

37 Eléments de synthèse du diagnostic thermique Consommation d énergie initiale (chauffage + ventilation) : 147 kwhep / m².an Performance thermique de l enveloppe (mesurée in situ) : λ = 0.4 ± 0.05 W/(m.K) ρ*c = 1200 ± 200 kj/(m3.k) U mur = 0.8 W/(m².K) Comparaison RT 2005 : U max = 0.47 W/(m².K)

38 Eléments de synthèse du diagnostic thermique Consommation d énergie initiale (chauffage + ventilation) : 147 kwhep / m².an Performance thermique de l enveloppe (mesurée in situ) : Infiltrations conséquentes : I 4 = 3 à 7 m 3 /(h.m²) Référence RT2005 : I 4 = 1,2 m 3 /(h.m²) Identification des zones de fuites :

39 Solutions de réhabilitation envisagées : Différentes actions envisagées : Réduction infiltrations (au niveau RT 2005) Installation d une VMC double flux (ventilation nécessaire en raison du point précédent) Surventilation nocturne Isolation intérieure 10 cm (isolant perspirant type laine de bois) Objectifs visés : - Economies d énergie : C actuelle 50% - Confort d été

40 Etude des solutions de réhabilitation : hiver Avec Apports internes Consommations en énergie primaire pour le chauffage et la ventilation Etat actuel Infiltrations Etat actuel Infiltrations RT 05 Infiltrations RT05 + VMC double flux Infiltrations RT05 + VMC double flux + Isolation 10cm

41 Etude des solutions de réhabilitation : été Part du temps où T>27 C 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 sans ventilation ventilation naturelle Ventilation simple flux Ventilation avec surventilation de nuit

42 Conclusions : En thermique d hiver : Les déperditions majeures se font par les infiltrations d air au niveau des ouvertures Efficacité très limitée de l isolation intérieure des parois opaques + approche économique + équilibre hygrométrique des parois => abandon de cette 2ème solution En thermique d été : Efficacité de la surventilation nocturne (profitant du fait que le plan du bâti initial est traversant)

43 Les conditions d une réhabilitation «durable» du patrimoine ancien Compréhension du comportement global du bâti (toutes composantes), de sa gestion et de son utilisation Objectif «économies d énergie» (en hiver) mais aussi confort d été et de mi-saison Utilisation de techniques et de matériaux compatibles (pérennité du bâti)