GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE FICHE DE LECTURE ETUDE MULTICRITERES POUR LA REHABILITATION ENERGETIQUE DE BATIMENTS ANCIENS Réalisé à l INSA de Strasbourg par Alice BEAUPEUX TUTEUR : Bernard FLAMENT SEPTEMBRE 2015
1. CONTEXTE DE L ETUDE Cette étude rentre dans le cadre d un projet de territoire du Pays du Bassin de Briey (54). Ce territoire regroupe 5 communautés de communes pour environ 80 000 habitants. L étude porte sur la réhabilitation énergétique des maisons de ville des cités ouvrières construites entre 1880 et 1960. On estime qu environ 15 000 maisons ouvrières sont concernées par l étude parmi lesquelles on retrouve de nombreuses typologies similaires. L objectif premier du projet de territoire est de mettre au point une technique de réhabilitation la plus efficiente possible dans un souci de simplification des études à réaliser. Le second objectif concerne l accompagnement des demandeurs dans les démarches administratives et financières. Le dernier objectif est lié à la structuration d un réseau d entreprises. L étude a été réalisée dans le cadre d une convention de partenariat entre le Pays du Bassin de Briey, le CEREMA de Strasbourg (Centre d Etude et d Expertise sur les Risques, l Environnement, la Mobilité et l Aménagement) et l INSA de Strasbourg. 2. OBJET DE L ETUDE Le but est de proposer des solutions de rénovation énergétique adaptées (sur les plans architectural et constructif) aux spécificités du parc de bâtis anciens considéré, tout en intégrant la soutenabilité financière des maîtres d ouvrage et la faisabilité technique des solutions compte tenu de l expérience des entreprises locales. Pour cela, des typologies de bâtiments représentatives du parc bâti considéré ont été identifiées. Pour chaque typologie, une étude de réhabilitation énergétique a été menée en intégrant les critères suivants : - Diminuer les consommations de chauffage ; - Améliorer le confort hygrothermique ; - Respecter les valeurs patrimoniales ; - Assurer la pérennité du bâti (comportement hygrométrique des murs) ; - Considérer les contraintes sociales et financières des occupants ; - Intégrer le savoir-faire des entreprises locales. Le livrable attendu par le Pays du Bassin de Briey est un contenu rédactionnel permettant de réaliser des fiches de préconisations à l attention des maîtres d ouvrage et des cahiers de recommandations à l attention des entreprises. 3. DEMARCHE DE L ETUDE La démarche repose sur une méthodologie développée par le CEREMA de Strasbourg. Elle comporte 4 phases qui ont été adaptées pour répondre au mieux au cahier des charges du Pays du Bassin de Briey. n 1
3.1 Phase 1 : Diagnostic architectural et technique Le panel de bâtiments retenu pour l étude a été établi par le Pays du Bassin de Briey en concertation avec le CAUE 54 (Conseil d Architecture, d Urbanisme et de l Environnement de Meurthe-et-Moselle). Quatre maisons type ont été retenues : Maison quadri-familiale (1920) Maison bi-familiale (1910) Maison en bande (1920) Maison bi-familiale (1950) Pour cette phase, nous nous sommes rendus sur site afin de comprendre le fonctionnement actuel de chaque bâti. Le repérage des éléments constructifs du bâti nous a permis de déterminer les matériaux utilisés. Les 4 maisons étudiées ont le même type constructif, elles sont bâties en moellons de pierre calcaire et leurs planchers haut et intermédiaire sont en bois. Pour ce qui concerne le chauffage et la ventilation, nous avons relevé les équipements utilisés ainsi que les factures énergétiques. Trois des maisons sont chauffées au gaz, la dernière est chauffée au fioul. Aucune des maisons n a de ventilation mécanique. Nous avons également créé un questionnaire nous permettant de mieux cerner le mode de vie des occupants. Nous les avons interrogés entre autres sur leur occupation du lieu, sur les consignes de chauffage qu ils fixent ainsi que sur leur consommation d eau. 3.2 Phase 2 : Diagnostic énergétique L objectif est ici d établir un modèle de référence permettant de reproduire les consommations de chauffage dans l état existant du bâtiment considéré. Pour compléter les relevés architecturaux et techniques vus précédemment, une instrumentation a été mise en place. Nous avons installé des capteurs de température et d hygrométrie et des tests d infiltrométrie ont été réalisés par le centre de ressource du CRITT BOIS. n 2
Avec toutes ces données, nous avons pu modéliser le comportement énergétique et hygrothermique global du bâtiment, en été et en hiver (au regard de l inertie et des transferts thermiques observés). Parmi les résultats obtenus, les consommations surfaciques de chauffage et d ECS ont été évaluées comme suit pour les 4 typologies : - Maison quadri-familiale des années 1920 : 298 kwh/m² ; - Maison bi-familiale des années 1910 : 190 kwh/m² ; - Maisons en bande des années 1920 : 274 kwh/m² ; - Maison bi-familiale des années 1950 : 194 kwh/m². 3.3 Phase 3 : Propositions de solutions de réhabilitation A partir de l analyse précédente, il s agit, dans cette phase, de définir une liste argumentée de propositions de travaux ou d actions envisageables pour chaque bâtiment type. Avant de pouvoir tester ces actions sur le modèle de référence créé dans la phase précédente, il est nécessaire de le «standardiser» afin d obtenir un bâtiment type, représentant le plus grand nombre de maisons. Il convient donc de ramener le logement étudié à un logement dont l utilisation serait «classique» et d enlever tous les travaux atypiques qui ont pu être réalisés par les occupants. Les actions étudiées ont porté sur : - L amélioration thermique du bâti : isolation des parois (façades, toitures, planchers, ouvrants ), correction thermique des façades par enduit. - L amélioration des installations thermiques : modification d équipements. - L amélioration de la ventilation : ventilation mécanique contrôlée, ventilation double flux avec récupération de chaleur. Pour chaque bâtiment, elles ont été sélectionnées selon une approche globale en ayant les critères définis ci-après : Diminution des consommations d énergie : Par ce critère, nous cherchons à ce que les actions de rénovation mises en place réduisent au maximum les consommations d énergie et donc les factures des occupants. Amélioration du confort hygrothermique : Ce critère est séparé en deux : confort d hiver et confort d été. Nous cherchons ici à améliorer le confort d hiver en diminuant l effet de paroi froide et à maintenir le confort d été qui est généralement bon dans les maisons anciennes. Respect des valeurs patrimoniales : Afin de ne pas dénaturer le patrimoine architectural du territoire, nous avons pris contact avec les architectes du CAUE54 qui nous ont indiqué les particularités de chaque bâti étudié et les aspects à ne pas altérer. Pérennité du bâtiment : Nous nous intéressons ici aux transferts d humidité dans les murs anciens en pierre simples puis isolés. Les actions mises en place ne doivent pas créer de pathologies liées à l humidité. Pour cela, nous avons réalisé une étude hygrothermique à l aide du logiciel WUFI. n 3
Qualité d air : Le but est ici de prendre garde à la ventilation des logements. Les actions mises en place ne doivent pas dégrader la qualité d air en supprimant les infiltrations. Soutenabilité financière : Les solutions de travaux retenues doivent être accessibles financièrement pour les maîtres d ouvrage. Nous avons donc réalisé une étude financière détaillée sur les conditions de vie des habitants dans les communautés de communes du territoire. Elle nous a permis de différencier 3 types de ménages visés par l étude et ayant des revenus différents. A partir de ces revenus, nous avons pu déterminer un budget potentiel alloué à des travaux de rénovation énergétique pour chaque ménage. Savoir-faire des entreprises : Les solutions de travaux doivent également être réalisables par les entreprises du territoire. Nous avons contacté les entreprises RGE (Reconnu Garant de l Environnement) de la région afin d organiser une rencontre qui a eu lieu fin juin 2015. Durant cette démarche globale, les actions envisageables subissent plusieurs filtres qualitatifs et quantitatifs afin de ne retenir que des actions et donc des bouquets d actions adaptés au bâtiment ancien et satisfaisant tous les critères énoncés précédemment. Une fois constitués, les bouquets sont répartis entre les différents ménages, du plus modeste au plus aisé, selon leur coût. Ils sont alors de nouveau comparés qualitativement et quantitativement. Ainsi, selon ses critères, le maître d ouvrage pourra sélectionner le bouquet qui répond le mieux à ses attentes. Les bouquets créés pour la maison bi-familiale des années 1910 sont listés, par ménage, dans les tableaux suivants où l on donne : - Le coût des travaux (Coût) ; - L économie d énergie réalisée après travaux en pourcentage de la consommation (chauffage + ECS) du modèle de référence (Eco. énergie) ; - Le ratio surfacique de consommation (chauffage + ECS) en énergie finale (Ratio) ; - L économie financière mensuelle sur la première année (Eco. mensuelle). Code Action A1 Isolation des murs par l intérieur en ouate de cellulose (hors appentis) A1 Isolation des murs par l intérieur avec de l enduit isolant (appentis exclusivement) A2 Isolation du plancher haut en ouate de cellulose A3 Changement des menuiseries par des menuiseries en bois A4 Changement de la chaudière par une chaudière gaz condensation Ménage 1 Ce ménage a un revenu disponible annuel de 25 900. Le budget travaux a été évalué entre 7 500 et 15 000 suivant la durée de l emprunt (5 et 10 ans respectivement) avec une mensualité maximale de remboursement de 125. Sc. Actions Coût Eco. Ratio Eco. énergie [kwh/m²] mensuelle Sc. 1 A1 + A2 + VMC 11 908 14% 205 13 Sc. 2 A1 + A4 + VMC 12 861 20% 190 33 Sc. 3 A2 + A4 5 859 34% 159 67 n 4
Ménage 2 Ce ménage a un revenu disponible annuel de 31 500. Le budget travaux a été évalué entre 13 230 et 26 500 suivant la durée de l emprunt (5 et 10 ans respectivement) avec une mensualité maximale de remboursement de 221. Sc. Actions Coût Eco. Ratio Eco. énergie [kwh/m²] mensuelle Sc. 4 A1 + A2 + A4 + VMC 15 314 32% 163 48 Sc. 5 A1 + A2 + A3 + A4 + VMC 20 985 36% 152 54 Sc. 6 A1 + A1' + A2 + VMC 18 241 25% 178 23 Sc. 7 A1 + A1' + A4 + VMC 19 194 29% 169 45 Sc. 8 A1 + A1' + A2 + A4 + VMC 21 647 41% 142 60 Ménage 3 Pour ce ménage de revenu disponible 40 000 euros, le budget travaux est évalué entre 19 950 et 39 500 suivant la durée de l emprunt (5 et 10 ans respectivement) avec une mensualité de remboursement de 337. Eco. Ratio Eco. Sc. Actions Coût énergie [kwh/m²] mensuelle Sc. 9 A1' + A1 + A2 + A3 + A4 + VMC 27 318 45% 130 66 3.4 Phase 4 : Diffusion et communication Il s agit dans cette phase de réaliser des fiches conseils didactiques, à l attention des maîtres d ouvrage et des professionnels amenés à intervenir sur le bâti ancien du Pays du Bassin de Briey. Les fiches à l attention des particuliers présenteront : - L état actuel du bâtiment : la typologie, le mode constructif, les équipements ; - Une analyse des points forts et des points faibles du logement avant travaux ; - Les préconisations de réhabilitation durables selon les scénarios étudiés en phase 3 ; - Une nouvelle analyse des avantages et des inconvénients de chaque scénario ; - Le financement des travaux : mensualités du prêt, économies sur factures. Pour les entreprises, plus que des fiches, ce seront des carnets de préconisations détaillant les bonnes pratiques de mise en œuvre qui seront réalisés. Ils détailleront notamment comment réaliser une bonne étanchéité à l air lors de la pose de menuiseries ou d isolant. Cette phase n apparaît pas dans ce projet de fin d études. Notre mission consistait à fournir un contenu rédactionnel permettant la réalisation de ces fiches. Elle se déroulera de fin août à fin septembre. n 5