Base de connaissance d’éléments du bâtiment

Afin de simplifier la saisie d’information par le concepteur dans la mise en œuvre de la méthode d’évaluation de la performance énergétique du bâtiment, une base de connaissance des composants et sources d’énergie a été construite. Cette base de connaissance intègre les différents types de données nécessaires pour alimenter les modèles de calcul des indicateurs de performance :

Les données environnementales, économiques et techniques des produits de construction composant les différents éléments du bâtiment, y compris matériaux et systèmes techniques.

Les données environnementales et économiques des ressources énergétiques employées par les systèmes techniques.

Comme montré dans la figure 2.14, la base de connaissance d’éléments du bâtiment (entourée en rouge) permet de fournir à la méthode d’évaluation des indicateurs de performance les paramètres décrivant les choix de conception déclarés suivant la logique de progression des décisions.

Figure 2.14. Catégories de composants du bâtiment constituant la base de connaissance.

Dans la présente section, les différents types de paramètres formant la structure de la base de connaissance ainsi que leurs sources sont présentés. Une présentation générale des entrées de la base de données construite dans ce travail, dans le but d’être intégrée à l’outil d’évaluation, est ultérieurement proposée dans la section 3.3.

2.3.10.1. Données environnementales

Les données environnementales contenues dans la base de connaissance correspondent aux profils environnementaux des produits de construction et des ressources énergétiques. D’autres informations complémentaires sont données : l’unité fonctionnelle et la durée de vie typique dans le cas des produits, et l’unité fonctionnelle dans le cas des ressources. L’ensemble des données environnementales listées dans la base de connaissance pour chaque type d’élément est montré dans les tableaux 2.10 et 2.11.

Les profils environnementaux, qui regroupent les contributions individuelles d’un produit de construction ou d’une ressource énergétique pour chacun des indicateurs concernés, sont donnés par unité fonctionnelle (UF).

Tableau 2.10. Données environnementales pour les produits de construction.

Paramètre Unités

Unité fonctionnelle -

Durée de vie typique années

Utilisation d'énergie primaire non renouvelable kWh/UF

Consommation d'eau L/UF

Potentiel de réchauffement climatique kg CO2-eq./UF

Potentiel d’acidification du sol et de l’eau kg SO2-eq./UF

Potentiel de formation d’oxydants photochimiques de l’ozone troposphérique kg C2H4-eq./UF

Destruction de la couche d’ozone stratosphérique kg CFC 11-eq./UF

Déchets dangereux éliminés kg/UF

Déchets non dangereux éliminés kg/UF

Tableau 2.11. Données environnementales pour les ressources énergétiques.

Paramètre Unités

Unité fonctionnelle -

Utilisation d'énergie primaire non renouvelable kWh/UF

Consommation d'eau L/UF

Potentiel de réchauffement climatique kg CO2-eq./UF

Potentiel d’acidification du sol et de l’eau kg SO2-eq./UF

Potentiel de formation d’oxydants photochimiques de l’ozone troposphérique kg C2H4-eq./UF

Destruction de la couche d’ozone stratosphérique kg CFC 11-eq./UF

Déchets dangereux éliminés kg/UF

Déchets non dangereux éliminés kg/UF

Déchets radioactifs éliminés kg/UF

Trois sources d’information ont été consultées pour la collecte des données environnementales : Les Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire (FDES) de la base de données INIES

(INIES, 2014) : utilisées pour la majorité des produits de construction, à exception de certains types de composants encore absents dans cette base de données.

Les fiches environnementales génériques du logiciel d’analyse de cycle de vie des bâtiments ELODIE (CSTB, 2014) : consultées dans le cas de la structure porteuse de la façade double peau vitrée, les systèmes techniques, une partie des matériaux structurels et les ressources énergétiques.

Les fiches environnementales de la base de données du programme Profils Environnemental Produit (PEP ecopassport, 2014) : utilisées pour définir le profil environnemental du système de chauffage électrique.

En règle générale, l’utilisation des fiches de déclaration disponibles dans la base INIES a été favorisée dans la collecte de données environnementales. Ces fiches, élaborées par les fabricants ou syndicats professionnels des produits de construction en France, sont représentatives des produits actuellement disponibles sur le marché. En cas d’absence de données pertinentes, les fiches génériques de l’outil ELODIE, préparées par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment à partir de valeurs moyennes courantes, ont été considérées comme point de référence.

2.3.10.2. Données économiques

En ce qui concerne la dimension économique, la base de connaissance regroupe les coûts d’acquisition par unité fonctionnelle des produits de construction et des ressources énergétiques.

Dans le cas des produits de construction, plusieurs bases de données de prix sont disponibles en France. Quelques exemples sont les catalogues proposés par Batiprix (Batiprix, 2011), l’Office des Prix du Bâtiment (OFB, 2014) et l’Annuel des Prix BTP (APBTP, 2014). Dans ce travail, la base de données Batiprix du Groupe Moniteur a été sélectionnée dû à l’exhaustivité de son catalogue et son utilisation répandue dans le domaine du bâtiment. La version 2012 de cette base de données économiques a été utilisée.

Le coût d’acquisition des produits de construction a été pris égal au prix de vente indicatif hors taxes, qui est obtenu de la manière suivante :

1. Dans un premier temps, le Déboursé sec est calculé comme la somme de deux types de coût de base :

a. Coût de la main d’œuvre, égal au nombre d’heures nécessaires pour la réalisation de l’ouvrage multiplié par le coût de la main d’œuvre par heure, charges sociales incluses.

b. Coût des fournitures, donné comme la somme des coûts des matériaux utilisés dans la réalisation de l’ouvrage multipliée par leur quantité.

2. Ensuite, le Prix de revient est calculé comme la majoration du Déboursé sec par un coefficient multiplicateur de frais généraux spécifique à chaque corps d’état.

3. Enfin, le Prix de vente indicatif hors taxes est obtenu comme le Prix de revient majoré par un coefficient multiplicateur représentant les bénéfices et aléas avec une marge bénéficiaire égale à 10%.

De leur côté, les prix des ressources énergétiques correspondent aux dernières valeurs disponibles dans la base de données française Pégase (acronyme de Pétrole, Électricité, Gaz et Autres Statistiques de l’Énergie) du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable et de l’Energie (MEDDE, 2014). Comme dans le cas des produits de construction, les prix des ressources énergétiques sont disponibles hors taxes.

2.3.10.3. Données techniques

Les caractéristiques techniques à déclarer dans la base de connaissance sont données en fonction du type de produit de construction en question. Sept catégories de composants du bâtiment ont été identifiées dans la méthode d’évaluation :

Vitrages : pour les fenêtres et la façade double peau vitrée. Menuiseries : pour les fenêtres.

Structure porteuse : pour la façade double peau vitrée. Protections solaires : pour les fenêtres.

Matériaux structurels : pour les murs de l’enveloppe, les planchers intermédiaires, les cloisons verticales, le toit et le plancher bas.

Matériaux d’isolation thermique : pour les murs de l’enveloppe, le toit et le plancher bas. Systèmes de production de chaleur et de froid : pour les systèmes de chauffage et de

refroidissement respectivement.

Les données techniques à inclure pour chacune des différentes catégories de produits de construction sont regroupées dans le tableau 2.12. En ce qui concerne les systèmes de production de chaleur et de froid, aucune information technique n’est nécessaire pour la méthode d’évaluation. Le modèle de calcul des consommations énergétiques pris en compte pour ces systèmes de production, proposé par la réglementation thermique française, calcule leur rendement à partir de valeurs de référence prédéfinies.

Tableau 2.12. Données techniques pour les différentes catégories de produits de construction.

Produit de construction Paramètre Unités

Matériaux structurels

Conductivité thermique W/m·K

Indice d'affaiblissement acoustique dB Capacité thermique massique J/kg·K

Masse volumique kg/m3

Isolants thermiques

Conductivité thermique W/m·K

Correction de l'indice d'affaiblissement acoustique, si isolé par l’extérieur dB Correction de l'indice d'affaiblissement acoustique, si isolé par l’intérieur dB Capacité thermique massique J/kg·K

Masse volumique kg/m3

Vitrages

Coefficient de transmission thermique surfacique W/m2·K

Facteur solaire -

Facteur de transmission lumineuse - Indice d’affaiblissement acoustique dB

Protections solaires Facteur solaire -

Facteur de transmission lumineuse - Menuiseries des fenêtres et

structure porteuse de la façade vitrée

Coefficient de transmission thermique surfacique W/m2·K

En raison de la grande diversité de données concernées, plusieurs sources d’information ont été consultées pour la collecte des paramètres techniques. De manière générale, les trois types de sources considérées peuvent se résumer comme suit :

Des valeurs déclarées par le fabricant dans les Fiches de Déclaration Environnementale et Sanitaire, si disponibles.

Des valeurs représentatives de produits comparables sur le marché en France, consultées dans les catalogues des fabricants.

Des valeurs typiques des composants venant de documents de référence, tels que le cadre réglementaire thermique français ou le référentiel Qualitel.

2.3.11. Discussion

Les modèles de calcul composant la méthode d’évaluation présentée précédemment permettent de calculer tous les indicateurs sélectionnés dans ce travail pour caractériser la performance énergétique d’un bâtiment dans les premières phases de conception. La sélection et adaptation de ces modèles respectent les trois principes énoncés au début de cette section : compatibilité avec l’information disponible dans les premières phases de projet, simplicité dans l’algorithme de calcul et représentativité des résultats.

Afin de concilier représentativité des résultats et simplicité dans l’algorithme de calcul, le choix des modèles de calcul a favorisé les sources officielles, telles que les normes internationales et la réglementation thermique française. Le fait de bâtir la méthode d’évaluation sur un cadre de référence porté sur un consensus normatif garantit la validité de la modélisation du bâtiment ainsi que la fiabilité des résultats des indicateurs.

Dans le cas de la modélisation thermique du bâtiment, les modèles de simulation thermique dynamique des zones thermiques et de la façade double peau vitrée ont été adaptés pour leur mise en œuvre dans ce travail. D’une part, des ajustements ont été effectués pour assurer leur compatibilité, surtout en ce qui concerne à l’échange thermique entre ces deux types d’espaces. D’autre part, un certain nombre d’hypothèses simplificatrices ont été introduites afin de réduire le temps de simulation requis par cet aspect central de la modélisation du bâtiment.

En outre, une typologie simple mais représentative des bâtiments de bureaux a été choisie pour valider la méthodologie d’évaluation dans sa première application. Le choix de cette typologie du bâtiment, décrivant la forme du plan de plancher et la répartition d’espaces intérieurs, a permis de simplifier la modélisation thermique ainsi que le nombre de paramètres à déclarer par le concepteur dans la description géométrique du bâtiment.

Dans le but de faciliter la saisie d’information par le concepteur, la structure d’une base de connaissance d’éléments du bâtiment a été proposée pour son intégration à la méthode d’évaluation. Cette base de connaissance contient des données environnementales, économiques et techniques des produits de construction et des ressources énergétiques à utiliser dans les modèles de calcul.

En récapitulant, la méthode d’évaluation résultante représente une approche intégrale pour l’évaluation de tous aspects liés à la performance énergétique des bâtiments dans les premières phases d’un projet de conception : de la phase d’Esquisse à la phase d’Avant-Projet Détaillé.

Un des critères du choix des modèles de calcul dans ce travail a été la compatibilité entre les paramètres d’entrée des modèles et le niveau de précision de l’information disponible dans les phases de projet concernées, ce dernier étant dicté par la prise de décisions de conception. Comme présenté dans l’étude de l’état de l’art, la prise de décisions évolue du général au spécifique au long du processus de conception du bâtiment. Afin de guider le concepteur dans le phasage de décisions de conception au long de ce processus, une logique de progression de décisions a été définie dans ce travail et sera présentée dans la section suivante.

2.4. Progression des décisions de conception dans les premières phases