Menuiseries extérieures : Quel est l impact environnemental des différents matériaux?

Menuiseries extérieures : Quel est l impact environnemental des différents matériaux? Marc DELORME Inter Forêt-Bois 42

Les bases de la présentation Etude réalisée par Laurent Tendille, élève ingénieur Génie Civil à l ENISE Février à juin 2010 Le travail a été encadré par Eric Perrin, Professeur à l ENISE Samuel Mayer Directeur du Pôle Eco-conception Marc Delorme, Ingénieur thermicien IFB42

SOMMAIRE 1. Enjeux de l étude effectuée 2. ACV, FDES, Indicateurs, : explications. 3. Hypothèses retenues, données et moyens utilisés pour l étude ACV sur les menuiseries. 4. Résultats et analyses 5. Bilan et Perspectives

Contexte général Jusqu à aujourd hui : la problématique environnementale était ramenée essentiellement à une problématique énergétique, pendant la phase d utilisation du bâtiment au travers de la RT (RT2005, RT2012, RT2020) Etude comparative de l énergie primaire sur maison (Source Mines/Paritech) kwh/m2/an 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 RT2005 Energie primaire Maison passive Construction Rénovation Démolition Utilisation

Contexte général Nécessité d une approche plus globale, incluant l avant et l après usage. Nécessité d analyser plusieurs indicateurs, pas uniquement l énergie. Outil utilisé : l ACV, analyse en cycle de vie Un des indicateurs les plus connus dans le monde du bâtiment, issu de l ACV, est «l énergie grise»

Méthode A.C.V.: principe. L ACV permet de quantifier les impacts d un «produit» «du berceau à la tombe» Extraction des matières premières, fabrication Distribution du produit Utilisation du produit Elimination Inventaire des flux de matières + énergie entrants et sortants A partir des flux, évaluation des impacts environnementaux. utilisation de coefficients donnant la contribution de chaque flux aux divers impacts étudiés : BASE DE DONNEE

Les différentes phases du cycle de vie d un bâtiment

Les catégories d impacts environnementaux: Dommages écologiques Effet de serre Acidification (Pluies acides) Eco-toxicologie Eutrophisation Dommages sur la santé Ozone troposphérique (Smog photochimiques) Toxicité Diminution des ressources Consommation d énergie (ressources abiotiques) Consommation de ressources rares Samuel Meyer

Selon la norme ISO 14041, l ACV s effectue en quatre phases : définition des objectifs : détermination de l unité fonctionnelle, définition des limites du système et des scénarios de base. l inventaire des émissions et des extractions quantifie les émissions polluantes dans l air, l eau et le sol ainsi que les extractions des matières premières renouvelables ou non renouvelables. l analyse de l impact évalue l impact sur l environnement des émissions et extractions inventoriées. l interprétation des résultats et évaluation des incertitudes.

L unité fonctionnelle: le service offert L'unité fonctionnelle (UF) représente une quantification de la fonction. C'est à partir de cette unité qu'il sera possible de comparer des scénarios a priori différents, mais qui ont la même unité fonctionnelle.

Dans le bâtiment, en France : les FDES Fiches spécifiques au Bâtiment. Résulte d une ACV Déposé par le fabricant Régies par la norme NF P 01 010 Regroupées dans la base de donnée Iniès : www.inies.fr 1045 Fiches à ce jour, 216 sont vérifiées par une tierce partie 10 indicateurs d impact utilisés. Chaque fabricant choisi son unité fonctionnelle. D où des comparaisons difficiles, voire impossibles.

Objectifs de l étude «Menuiseries» Pouvoir comparer des menuiseries avec les mêmes hypothèses et la même unité fonctionnelle. Exploitation des résultats à destination des décideurs, fabricants, menuisiers, grand public, Contexte: région stéphanoise, avec la réalité économique du terrain. ACV simplifiée menée conformément à la série de normes ISO 14040.

Etude des menuiseries: hypothèses et données des ACV. Logiciel et base de données utilisés. Unité Fonctionnelle retenue, Durée de Vie Description des menuiseries, quantitatif Hypothèses sur les moyens de fabrication. 1 châssis de fenêtre en Pin sylvestre 1 châssis PVC 1 châssis Bois 1 châssis Bois Aluminium

Logiciel et base de données utilisés Bilan Produit, logiciel développé par l ADEME. Logiciel d ACV simplifié. Gratuit, convivial, simple d utilisation. Base de données: Ecoinvent simplifié, 300 modules regroupés dans 4 catégories. Ecoinvent : base de données Suisse qui fait référence. Comparaison possible des résultats avec les FDES possible sur plusieurs indicateurs.

Fonction Fonction principale de la menuiserie: assurer le passage de la lumière 1m² vitrage Fonction secondaire: être étanche à l eau, à l air Assurer une performance thermique Uw = 1,6W/m².K Données des ACV

Unité Fonctionnelle 1 m² de surface vitrée d un bâtiment, fermé par un seul vantail standard, avec les hypothèses suivantes: Assurer une performance thermique de la menuiserie de U w = 1.6 W/m².K Un vantail de dimension normée 123x148 cm ramené au mètre carré de vitrage. Vitrage 4/16/4. UF=1m²

Durée de Vie Typique Durée retenue pour l étude: 30 ans. Frontière du système. Fin de vie : non prise en compte. Recyclage/réutilisation: études spécifiques à mener, par matériaux. Non pris en compte: Différence éventuelle dans le mode de pose Déplacements des ouvriers, leurs impacts

Caractéristique des châssis Produit: Un châssis de fenêtre en pin sylvestre/ PVC / Alu / bois-alu Fonction principale : Assurer la liaison entre le vitrage et le tableau de la maçonnerie. Fonctions secondaires : Respecter les exigences normatives en terme d isolation phonique et thermique. Assurer l étanchéité à l air et assurant l ouverture pour la ventilation.

Châssis Bois Matériau: pin livré en carrelet, fabriqué Alsace Section utilisée: Dimension brute Section Dormant Section Ouvrant 72x82 68x80 68x80

Châssis Bois Transformation Consommation électrique de la menuiserie répartie sur l UF. Chauffage: à base de bois, NRJ Renouv. Transport: De la forêt à l usine de production carrelet via scierie: 200 kms De l usine à la menuiserie (Saint Etienne): 430 kms Soit: transport bois = 630 kms Traitement: peinture BLANCHON, données FDES. 3 couches sur chantier à la pose+ 1 couche tous les 5 ans

Châssis Alu. Matière d origine Aluminium mixte: 68% alu primaire / 32% alu Poids du châssis pour l UF: 8,71 kg Energie de production: Extrusion des profils aluminium Consommation électrique assemblage châssis Transport: Livraison des profils: 100 kms Transport menuiserie: 30 kms Traitement: aucun Sousensemble alu Chauffage Nom Quan tité Un ité Aluminium mix européen 8.71 kg Chaudière à gaz industrielle >100kW 129 MJ Compribande EPDM 0.1 kg Eléctricité Eléctricité Electricité moyenne tension France 40 Electricité moyenne tension France 0.115 k W h k W h gaz vitrage Argon liquide 0.027 kg joint alu Process joint alu Aluminium mix européen 0.031 kg Extrusion de profils aluminium 8.71 kg vitrage Trempe du verre plat 21.34 kg vitrage matiere 1ere Verre plat 21.34 kg

Châssis PVC Matière d origine Poids du châssis pour l UF: 13,3 kg (11% de pertes) Energie de production: Consommation électrique assemblage châssis Transport: Transport de billes de PVC jusqu à l usine de profilage: 300 kms De l usine à la menuiserie: 150 kms Traitement: aucun Sousensemble Chauffage Nom Quan tité Un ité Chaudière à plaquettes (bois d'industrie) 129 MJ Compribande EPDM 0.1 kg Eléctricité Eléctricité Electricité moyenne tension France 40 Electricité moyenne tension France 0.115 k W h k W h gaz vitrage Argon liquide 0.027 kg Joint alu Joint alu Aluminium mix européen Extrusion de profils aluminium 0.032 14 kg 0.032 14 kg menuiserie PVC 14.75 kg Menuiserie process compribande silicone Extrusion de tubes et profilés 14.75 kg Procédé d'expansion (mousse) 0.1 kg Adhésif bitumineux pour étanchéité 0.15 kg Vitrage Verre plat 21.34 kg Vitrage Trempe du verre plat 21.34 kg

Vitrage Géométrie 1,5 cm supplémentaire sur le pourtour Sverre = 1,06m² Épaisseur 4mm Poids y c pertes: 21,34 kg Remplissage: Argon à 90% conforme à la norme Transport: Transport float depuis Luxembourg: 600 km Divers: Bande mousse + joint alu

Résultats Menuiserie Bois: impacts par phase Mardi 14 septembre 2010

Résultats Indicateurs principaux: NRJ NR Consommation énergie Non Renouvelable kwh 700 600 500 400 300 200 100 0 Consommation énergie Non Renouvelable en kwh toute la DVT/pour 1m² Bois Bois Alu PVC 1 Alu

Comparaison «énergie grise» / déperditions La déperdition annuelle d 1m² de fenêtre (avec Uw=1,6 W/m²K), installée à Saint Etienne, est de 111 kwh. L énergie grise de la fenêtre représente donc : 2,5 années de déperdition (donc de consommation) pour la fenêtre bois 3,9 années de déperdition pour la fenêtre boisaluminium 4,7 années de déperdition pour la fenêtre PVC 5,5 années de déperdition pour la fenêtre aluminium

Résultats Indicateurs principaux: effet de serre Effet de serre: avec et sans prise en compte du puits de carbone du bois / toute la DVT/pour 1m² effet de serre en kg eqco2 120,00 100,00 80,00 60,00 40,00 20,00 Bois Bois Alu PVC Alu 0,00-20,00 Avec puits de carbone Indicateur Sans puits de carbone

Résultats Résultats des 8 Indicateurs pour l Unité Fonctionnelle. Impact environnemental des menuiseries par an pour l'uf, avec prise en compte du puits de Carbone. 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0-5 Bois Bois Alu PVC Alu % en rapport avec impacts journaliers d'un européen moyen Consommation énergie NR Consommation ressources Effet de serre Acidification Eutrophisation (air eau sol) Pollution photochimique Ecotoxicité aquatique Toxicité humaine Indicateurs

Résultats Comparaison avec FDES: menuiserie Bois Menuiserie Bois: FDES vs bilan produit FDES bois Bilan produit bois 120 100 80 60 40 20 0 Energie non renouvelable Epuisement des Changement Acidification ressources Eurobois climatique 21 février atmosphérique 2013 Formation d ozone photochimique

Exploitation des résultats Comparaison avec FDES: menuiserie PVC MenuiseriePVC: FDES vs bilan produit PVC FDES Bilan produit pvc 120 100 80 60 40 20 0 Energie non renouvelable Epuisement des ressources Changement climatique Acidification atmosphérique Formation d ozone photochimique

Quelques «pièges» de l ACV Le choix des indicateurs énergétiques (énergie grise) : l énergie primaire non-renouvelable La prise en compte du «stockage carbone» La prise en compte de la fin de vie, qui modifie radicalement les résultats en fonction des taux de recyclage envisagés.

Energie primaire totale. Comparaison des deux FDES Bois et PVC 1m² / 30 ans Menuiserie Bois Menuiserie PVC NRJ Totale MJ 1192 1440 NRJ Non Renouv 830 1390 NRJ Renouv 363 50

La question de la fin de vie Exemple de la FDES Porte-fenêtre aluminium Alors que l association française de l aluminium annonce : En Europe, plus de 40% des besoins en aluminium sont déjà couverts par le recyclage (près de 43% en France en 2010).

En conclusion L ACV est un outil intéressant pour appréhender l impact environnemental d un composant de bâtiment. Son application dans le secteur du bâtiment est très récente, et de nombreuses questions et controverses subsistent Il faut continuer à avancer dans ce domaine pour lever les ambigüités Rendez-vous aux 2ièmes assises nationales de l énergie grise à Grenoble le 11 avril 2013

Merci de votre attention.