CONFERENCE INTERNATIONALE Architecture, projet urbain et énergies renouvelables Jean-Pierre Traisnel, CNRS UMR AUS, Institut français d urbanisme IFU, 4 rue Nobel, 77420 Champs sur Marne jean-pierre.traisnel@univ-paris8.fr SEURA, Zone du Raquet, Douaisis, 2006 1
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
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
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 (1970-2003) 200 180 160 Millions de tonnes 140 120 100 80 60 40 20 0 1970 1972 1974 1976 1978 1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 Transport routier Résidentiel tertiaire Industrie manufacturière Agriculture sylviculture Transformation d'énergie Autres Transports Autres source CITEPA (2005) 4
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 2 1 0 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
Technologies : détail F4 Résidentiel, 2050 Baisse de 50% de la consommation spécifique de chauffage dans les logements construits avant 2000. 50 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
Scénarios énergétiques 2000-2050 (chauffage RP) 500 400 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 300 200 effet démogr effet RT effet RT accéléré 100 RT accél +réhab 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 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% (430.000 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
Scénarios émissions de CO2 (chauffage RP) 120 100 80 60 40 Emissions CO2 du chauffage du parc de Rp (base 100) effet population effet population + RT accél. Cible F4 2050 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% (430.000 logts/an) (MI à 95 kwh/m2/an) (IC à 83 kwh/m2/an) 20 2000 2010 2020 2030 2040 2050 8
Parts de marché des énergies de chauffage, F4 Consommations de chauffage (energie finale en TWh/an) 160 140 120 100 80 60 40 20 Charbon Pétrole therm Gaz chauff. GPL Elect therm Bois géoth sur PAC Neuf : RT2005-2050 accélérée Stock : facteur 2 sur la consommation moyenne, réhabilitation de 420.000 logements/an 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 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 2050 9
Parts de marché des énergies de chauffage+ecs 160 Consommations de chauffage+ecs (energie finale en TWh/an) 140 120 100 80 60 40 20 0 2000 2010 2020 2030 2040 2050 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 (2000-2050) et 30% du stock équipés en solaire thermique à 1m2/pers. 76,7 MtCO2 en 2001, 18,75 MtCO2 en 2050 (chauffage + ECS) 10
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
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 120 100 80 Besoins de chauffage (kwh/m2.an) 2,00 1,00 sol n/c sol inclus 60 40 Un pavillon R+1 Maisons de ville R+1 Duplex superp 20 0,00 0 1 2 3 4 5 6 7 0 RT2005 HPE Basse Energie MINERGIESbois PASSIV HAUS Division par 2 des surfaces de déperditions, gain de 30% sur les besoins de chauffage 12
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) 3500 3 35 38 55 % (+) Surface de toiture, comprenant un débord de toiture de 1m en façade sud 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) 3500 3 35 38 55 % Maison de ville R+1 (Sh = 100 m2) 2800 3 28 31 45 % (+) Surface de toiture, comprenant un débord de toiture de 1m en façade sud 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) 3500 3 35 38 55 % Maison de ville R+1 (Sh = 100 m2) 2800 3 28 31 45 % Maison de ville R+3 (S h = 200 m2) 2 x 2200 6 44 50 72 % (+) Surface de toiture, comprenant un débord de toiture de 1m en façade sud 15
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
3. Les systèmes intégrés eau/énergie/déchets Hammarby Sjöstad (Stockholm) : 10.000 logements + 10.000 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
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
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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
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
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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
Blue, green, grey Zone du Raquet, Communauté d agglomération du Douaisis Document SEURA, 2006 24
Blue, green, grey 25
Blue, green, grey 26
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
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
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
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
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
4. Villes durables BedZED, éco-village Dongtan Eco-Villes 32
De BED ZED à Dongtan première "ville écologique" du monde (2010) Dongtan comptera entre 50.000 et 80.000 habitants en 2010 (première phase, 630 ha), 500.000 en 2050. «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
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
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
Projets d éco-villes anglaises De 10.000 à 20.000 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