Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable EFFICACITE ENERGETIQUE 1 ère STI2D CI4 & CI5 : Efficacités énergétiques active & passive Cours ET 1. Problématique 1.1. Enjeux environnementaux EFFICACITE ENERGETIQUE Le mode de vie actuel de l homme impact fortement notre planète. En effet, l énergie et les matières que nous utilisons pour notre consommation et notre confort sont extraites des ressources naturelles à notre disposition. Or certaines de ces ressources tendent à s épuiser. De plus, le traitement de ces ressources durant tout leur cycle de vie engendre des émissions polluantes. Un des effets majeurs de nos émissions est le réchauffement climatique. Si les effets ne se font que peu ressentir à ce jour en Europe, l écosystème des zones les plus sensibles est déjà gravement endommage : Fonte des glaces. Hausse des niveaux marins. Disparition d espèces végétales et animales. Migration de la population. La cause principale de ce réchauffement climatique est l augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) : L émission des GES a été multipliée par 145 en 160 ans Les rejets de CO 2 devraient croître de 43% d ici à 2030. Selon l ADEME (Agence De l'environnement et de la Maîtrise de l'energie), la production et la consommation d énergie sont à l origine de 70% des émissions de GES en France. CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 1/10
Fonte des glaces de l Arctique : Septembre 1979 Septembre 2003 Glaces perdues en 24 ans Pendant l'été 2007, c'est plus de trois fois la taille de la France (soit 1,7 million de km²) qui a fondu en Arctique. A ce rythme, le niveau des océans pourrait augmenter de 32 cm d ici à 2050. Si tous les glaciers du Groenland et de l Antarctique fondaient à 100%, le niveau des océans augmenterait de 70 m. La ville de Paris serait engloutie. Pour enrayer ce phénomène, les émissions de GES doivent être réduites de moitié d ici à 2050! 1.2. Les ressources énergétiques L énergie se trouve au cœur du fonctionnement des sociétés industrialisées dites développées. Une accessibilité de l énergie à bas prix et sans limites apparaissait encore récemment comme une condition nécessaire au développement économique et au confort individuel. Toutefois, l exploitation sans réserve et en quantités toujours croissantes des énergies nonrenouvelables (charbon, pétrole, gaz, uranium) par les pays industrialisés conduit à l épuisement des ressources. Les dernières estimations donnent les dates d expiration des réserves d énergies primaires suivantes : Charbon : 2140 (128 ans) Pétrole : 2047 (35 ans) Gaz : 2068 (56 ans) Uranium : 2144 (132 ans) CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 2/10
1.3. L inflation de la consommation L électricité est la forme d énergie la plus polyvalente et la plus aisément contrôlée. Il est difficile d imaginer des solutions au défi de l énergie qui ne réserveraient pas un rôle majeur à l électricité. Historique de la consommation d électricité en France : La perpétuelle augmentation de la consommation d énergie laisse présager que la consommation mondiale en 2050 sera le double de celle d aujourd hui si rien n est fait pour limiter notre consommation. Consommation d électricité en France par secteur : Il est donc nécessaire d optimiser les consommations des secteurs les plus énergivores. CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 3/10
1.4. Dilemme énergétique mondial En faisant le bilan de ce qui a été vu précédemment, le dilemme suivant apparait : En 2050, la demande énergétique aura doublé et il faudra dans le même temps avoir réduit de moitié les émissions de gaz à effet de serre! Emission de gaz à effet de serre 2 en 2050 Demande énergétique 2 en 2050 2. Evolution de la législation La prise de conscience liée aux faits exposés précédemment a amené les autorités à faire évoluer le cadre réglementaire et à fixer des objectifs. 2.1. Evolution du cadre réglementaire 1997 Protocole de Kyoto (traité international visant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre) 2002 Directives sur la performance énergétique des bâtiments Directives DPE (Diagnostic de Performance Energétique) Juillet 2005 Loi «Pope» (Programmation fixant les Orientations de la Politique Énergetique) créant les CEE (Certificats d Economies d Energie) Septembre 2006 Mise en place de la RT2005 (Réglementation Thermique des bâtiments neufs) Novembre 2006 Mise en place «DPE vente» Octobre 2007 Grenelle de l Environnement 2008 Norme Européenne NF EN 15232 2009 Norme Européenne NF EN 16001 2012 Future «RT» (Réglementation Thermique) 2020 Maisons «BEPOS» (Bâtiment à Energie POSitive) Part d énergies renouvelables = 20 % Réduction des émissions de GES -8 % -20 % 2050-70 % CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 4/10
2.2. Objectifs 2003, l Europe décide de réduire de 8% les GES sur la période 2008-2012 (contre 5,2% pour le protocole de Kyoto). 2005, la France adopte l objectif Facteur 4 : réduction de 75% des émissions de GES en 2050. Janvier 2008, la commission européenne adopte le plan climat énergie qui dicte l objectif «320» : 20 % de baisse de consommation 20 % de baisse des GES 20 % d énergies renouvelables 21 octobre 2008, la France vote la loi Grenelle 1 qui réglemente par secteur les efforts à consentir. 12 juillet 2010, le Grenelle 2 est promulgué. Cette loi énumère les dispositions pratiques visant à la mise en œuvre concrète du Grenelle 1. 3. Le bâtiment (résidentiel et tertiaire) Les bâtiments représentent 40 % de la consommation énergétique totale de l Union Européenne. L immobilier ancien, 1 er enjeu de la rénovation énergétique : Dans son rapport de 2009, l Ademe estime à 31,3 millions le nombre de logements en France. Au sein de ce parc immobilier, 19,1 millions, soit 61 %, ont été conçus avant la première réglementation thermique de 1975, soit avec des performances énergétiques très faibles. Avec un taux de renouvellement du parc existant de seulement 1 % par an, l enjeu est de taille : Le scénario de l Ademe prévoit une mise à niveau énergétique de ce parc immobilier à horizon de plus d un siècle. Objectifs de la Loi Grenelle pour le bâtiment : Neuf 2010 Bâtiments publics et tertiaires "BBC*" Consommation < 50 kwh/m² 2012 2020 Tous les bâtiments seront "BBC" Consommation < 50 kwh/m² Les bâtiments seront "BEPOS" Rénovation Logement social 2008 Bâtiments publics et de l'etat audités 2011 40000 60 000 70 000 70000 800 000 logements Objectif quantitatif de rénovation en nombre de logements pour un passage de consommation de > 230 à < 150 kwh/m² * BBC : Bâtiment Basse Consommation Rénovation engagée pour une réduction de la consommation d'energie Primaire Les bâtiments privés existants devront avoir réduit leur consommation d'ep de 38 % CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 5/10
3.1. Le DPE Le Diagnostic de Performance Energétique n a pas pour vocation de prescrire des solutions mais d attirer l attention sur les travaux à effectuer et de repérer ce qui pourrait conduire à des contre-performances. Exemple de DPE : 3.2. Réglementation thermique Evolution des exigences réglementaires de consommation énergétique des bâtiments neufs : kwh EP /m²/an 200 190 150 150 100 50 0 50 <0 RT2000 RT2005 RT2012 RT2020 3.2.1. RT2012 La RT2012 a mis en place des coefficients pour améliorer le DPE des bâtiments neufs : Le coefficient BBIO (Besoins BIOclimatiques) : Objectif : mesurer la qualité de la conception et de l implantation du bâtiment. Il valorise notamment : le niveau d isolation (étanchéité à l air), la conception bioclimatique (prise en compte de l éclairage naturel, des apports solaires, de l inertie du bâtiment ) afin d éviter le recours à la climatisation, la mitoyenneté. CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 6/10
Le coefficient CEP (Consommation d Energie Primaire) : Objectif : limiter les consommations d énergie primaire du bâtiment. Il exprime un seuil à ne pas dépasser (50 kwh/m²/an) et prend en compte 5 usages : le chauffage, la production d eau chaude sanitaire, le refroidissement, l éclairage, les auxiliaires (pompes et ventilateurs). Par exemple, pour l électricité, 2,58 kwh d énergie primaire correspondent à 1 kwh d énergie finale. Le coefficient TIC (Température Intérieure Conventionnelle) : Objectif : garantir une température agréable pendant la saison chaude tout en évitant de recourir aux systèmes de climatisation. L indicateur TIC vise à limiter à la fois l inconfort d été et le recours à la climatisation. Le principe est simple : la température intérieure atteinte en été pendant 5 jours doit être inférieure à la température intérieure conventionnelle de référence. L application de cette réglementation devrait permettre de réduire la facture d électricité de 50 %. «Théoriquement, il suffirait en France de réaliser le seul côté sud des toits en modules photovoltaïques pour produire toute l énergie électrique nationale.» Patrick Jourde et Jean-Claude Muller Chercheurs au CEA et au CNRS 3.2.2. La RT2020 Il est prévu dans cette future réglementation de généraliser les BEPOS (Bâtiments à Energie POSitive) pour tous les logements neufs à partir de 2020. Un bâtiment à énergie positive est un bâtiment qui produit plus d'énergie qu'il n'en consomme. Pour obtenir un tel scénario il s agit avant tout de minimiser le besoin énergétique en le ramenant à un niveau dit «passif». Ainsi le terme de BEPAS ou Bâtiment Passif a été évoqué en référence au concept de Maison passive crée par nos amis Allemand et Autrichien (Passiv Haus). Un bâtiment à énergie positive est un bâtiment passif (BEPAS) qui dépasse son besoin en énergie à travers la production d énergies renouvelables. Dans cette perspective, l énergie photovoltaïque devient un élément indispensable de la construction. CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 7/10
3.3. Exercice En France, le secteur du bâtiment représente une consommation énergétique de 42 % de la consommation finale et près de 25 % des émissions de CO 2. Q1. A partir de l annexe, déterminer la consommation énergétique finale totale de la France. 160,39 Mtep Q2. En déduire la consommation énergétique que représente le secteur du bâtiment. 0,7 106,39 = 67,36 Mtep Q3. Calculer le rendement global lié à la production d énergie électrique. 36,48 / (106,52+6,16+2,21+5,72+5,87+2,21) = 28,3% Q4. Calculer la consommation électrique de la France en 2009 en TWh. Rappel : 1 tep = 11 630 kwh 36,48.10 6 11630.10 3 = 424,3 Mtep 4. Efficacité énergétique 4.1. Pourquoi l efficacité énergétique? D ici à 2030 : Sur plus de 8 milliards d habitants, 60 % habiteront dans les villes et 2 milliards feront partie de la classe moyenne. La demande d électricité sera de 76 % supérieure à celle de 2007. A elles seules, la Chine et l Inde représenteront plus de 50 % de la demande d énergie supplémentaire. 1,3 milliard de personnes n auront toujours pas accès à l électricité, essentiellement en Afrique et en Inde. Les véhicules électriques représenteront 60 % des ventes mondiales de véhicule individuel. Les énergies renouvelables représenteront 22 % du mix énergétique mondial. CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 8/10
En France, on estime que l économie réalisable via l optimisation de la consommation d énergie serait de 30 %. Des efforts sont donc nécessaires pour atteindre un objectif de développement durable. L efficacité énergétique en fait partie. 4.2. Trois axes de progression Efficacité énergétique passive Elle concerne le bâti, c est à dire l enveloppe du bâtiment. Les mesures d efficacité énergétique passive évitent les déperditions en renforçant la performance technique du bâtiment (isolation, parois vitrées ). i Retour sur investissement relativement long. Efficacité énergétique active Elles agissent sur l exploitation et l optimisation des flux énergétiques. Via l utilisation d appareils performants et de systèmes intelligents de mesure, de contrôle et de régulation. C est par exemple le cas des variateurs de vitesse ou des délesteurs. i Retour sur investissement rapide. Levier comportemental La sensibilisation des utilisateurs à leur empreinte environnementale. Elle entraîne une baisse immédiate des consommations. De ce point de vue, l information et la formation de chacun d entre nous aux gestes éco-responsables est indispensable. i Nécessaire à une efficacité énergétique durable. CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 9/10
ANNEXE Bilan énergétique de la France (2009, Mtep) CI4&5_Efficacite_energetique Lycée Jules Ferry Versailles 10/10