1.3.1 Formulation des objectifs
1.3.1.1. Objectif général
Si la climatisation individuelle reste marginale en France, les ventes d’appareils lors des dernières canicules et l’exemple de la climatisation dans l’automobile ont montré que sa généralisation était tout à fait envisageable. Susceptible d’être accentué par le changement climatique, ce poste de consommation pourrait s’accompagner d’impacts environnementaux, directs et indirects, importants.
Dans ce cadre, l’objectif général de la thèse est l’évaluation, sous l’angle coût-bénéfice, de différentes solutions de MDE portant sur le confort d’été. Ce travail, réalisé dans un contexte français, permettra d’établir des recommandations sur les solutions à privilégier en vue de diminuer les impacts environnementaux liés au confort d’été, que ce soit à l’échelle du bâtiment ou à celle du territoire.
L’étude de la réduction du pic estival de demande d’électricité ne sera pas abordée dans ce travail.
C’est une problématique qui doit être étudiée et modélisée finement et qui nécessiterait un travail spécifique (voir les travaux de reconstitution et d’agrégation de courbes de charge d’Orphelin (1999)).
1.3.1.2. Précision du champ de l’étude
De nombreux facteurs font de la caractérisation d’un programme de MDE un exercice très délicat (évaluation des effets d’aubaine et des effets multiplicateurs par exemple). La détermination du nombre d’actions réalisées constitue déjà en soi un exercice difficile. De plus, pour une même action (installation d’un appareil efficace par exemple), il existe de multiples programmes possibles (étiquetage, normes, incitations financières…) aux caractéristiques très hétérogènes. Pour toutes ces raisons, nous avons choisi de nous concentrer sur l’étude d’actions de MDE et non sur l’évaluation de programmes24.
Les actions seront étudiées sous les angles privé et sociétal. Adopter le point de vue sociétal nécessitera de ne pas se limiter à l’examen de la rentabilité uniquement financière mais de calculer la rentabilité socio-économique en intégrant des composantes qui tiennent compte des bénéfices et des coûts que devra supporter la collectivité (prise en compte des externalités, choix du taux d’actualisation…).
Si la méthodologie développée dans cette thèse peut être appliquée aux bâtiments neufs, le choix est fait de se focaliser uniquement sur le parc existant qui représente aujourd’hui environ 75 % des nouvelles installations de climatiseurs individuels (en puissance frigorifique). Les secteurs résidentiel et tertiaire seront étudiés.
1.3.2 Prise en compte des spécificités liées à l’évaluation d’actions de MDE relatives au confort d’été
1.3.2.1. L’existence d’interactions entre les usages énergétiques
Dans le bâtiment, les services énergétiques sont rarement découplables et jouer sur un usage donné impacte généralement d’autres usages. A titre d’exemple, la mise en place de protections solaires réduit la fraction du rayonnement solaire incident qui est absorbé ou transmis, et transformé en chaleur dans le bâtiment. Ainsi, si ces protections sont une solution pour réduire la demande de climatisation, elles peuvent aussi augmenter la demande de chauffage, ce qui constitue une première interaction.
24 Toutefois, il existe une possibilité de réutilisation des résultats pour des utilisateurs cherchant à étudier un programme particulier en suivant une approche de type « ascendante ».
D’autre part, les stores réduisent la quantité de luminosité naturelle à pénétrer dans le local et peuvent donc accroître la demande d’éclairage artificiel. Enfin, ce dernier phénomène s’accompagne d’une augmentation des charges internes, et donc, de la demande de refroidissement.
L’existence d’interactions inter-usages fait qu’il est impossible de se concentrer uniquement sur un seul usage (réduction des consommations de climatisation par exemple) sous peine de négliger une part importante des consommations d’énergie et de fournir des résultats biaisés.
Par la suite, il apparaît donc nécessaire de prendre en compte les différents usages énergétiques au sein du bâtiment, et non uniquement la climatisation.
1.3.2.2. Combinaisons d’action
Les économies d’énergie engendrées par la mise en place d’une action de MDE dépendent des caractéristiques du bâtiment et notamment des actions qui auront déjà été mises en place. Ainsi, la quantité d’énergie économisée grâce à une meilleure isolation dépendra de l’efficacité du système de chauffage installé. De plus, les économies d’énergie générées par un ensemble d’actions ne correspondront pas nécessairement à la somme des économies d’énergie engendrées par ces actions si elles avaient été mises en place de façon isolée.
Les performances d’une action doivent donc être évaluées à la fois dans le cas où cette dernière est mise en place de façon isolée, et dans le cas où celle-ci est intégrée au sein d’un ensemble d’actions.
1.3.2.3. Un grand nombre de possibilités d’amélioration
Les actions d’améliorations du confort d’été envisageables sont nombreuses (climatiseurs plus ou moins efficaces, solutions d’enveloppe, usage du bâtiment) et devront être étudiées à la fois individuellement et collectivement. La méthodologie retenue pour évaluer les économies d’énergie doit tenir compte du nombre important de configurations à étudier.
Tout d’abord, les simulations dynamiques de bâtiment ont été préférées aux mesures directes ou aux suivis de consommation plus coûteux en termes de temps et de moyens.
D’autre part, les améliorations à étudier peuvent se séparer en deux catégories : celles qui permettent de réduire les besoins de refroidissement du bâtiment (usage, enveloppe), et celles qui, pour un besoin donné, permettent de réduire la consommation d’énergie (climatiseur efficace). Afin de réduire le nombre de simulations à réaliser, nous avons choisi d’étudier séparément les appareils de climatisation d’une part et l’enveloppe et les usages d’autre part. Les résultats obtenus seront ensuite rassemblés dans le but d’évaluer les différentes combinaisons d’actions envisageables.
La réalisation de ce dernier point nécessite de développer une méthode permettant de calculer la consommation d’électricité des appareils de climatisation directement à partir des besoins de refroidissement des bâtiments.
1.3.2.4. La prise en compte des impacts environnementaux
Idéalement, l’évaluation des impacts environnementaux et des consommations d’énergie devrait prendre en compte toutes les étapes du cycle de vie des produits. Dans cette thèse, la réalisation d’une Analyse en Cycle de Vie (ACV) pour chacune des différentes solutions d’amélioration du confort d’été n’a pas été possible.
Cependant, dans le cas des climatiseurs, il apparaît nécessaire de réaliser une ACV afin de tenir compte des fuites de fluides frigorigènes (usage et fin de vie) qui peuvent représenter des émissions de GES significatives (partie 1.1.3.2).
Au final, les impacts environnementaux évalués ne comprendront que les consommations d’énergie lors de la phase d’utilisation des équipements, les émissions de GES associées à cette consommation, et les émissions directes de GES qui ne concernent que l’usage climatiseurs.
1.3.2.5. Préservation et détérioration du service énergétique
En matière de confort thermique, la comparaison entre bâtiments climatisés et bâtiments non climatisés peut prêter à débat. Les conditions climatiques intérieures diffèrent et de nombreux bâtiments non climatisés sont jugés confortables sans pour autant assurer le respect d’une consigne de température en été.
Dans un premier temps, il est donc nécessaire de s’arrêter sur la définition de ce qu’est une ambiance thermique confortable et notamment sur les différences susceptibles d’exister dans ce domaine entre locaux climatisés et non climatisés.
D’autre part, la notion de service énergétique est fondamentale dans l’étude de solutions de MDE.
Dans le cas du confort d’été, ce service n’est pas toujours égal selon les solutions étudiées et il est par exemple possible de diminuer les consommations d’énergie au prix de quelques heures d’inconfort. En outre, les solutions diffèrent en termes de confort sonore. L’appareil de climatisation ainsi que les bruits provenant de l’extérieur, lorsque les fenêtres d’un local sont ouvertes, peuvent être à l’origine de nuisances sonores importantes qu’il faudra étudier.
Les coûts d’inconfort doivent donc être intégrés dans le bilan des coûts généralisés, ce qui nécessite un travail de monétisation de services non marchands (confort thermique et sonore).
1.3.2.6. La prise en compte du facteur temps dans l’évolution des performances et des coûts
Les actions efficientes et pertinentes aujourd’hui le seront-elles demain ? La réponse à cette question nécessite de prendre en compte l’évolution dans le temps de certains paramètres technico-économiques (évolution du coût de l’énergie, courbes d’apprentissages). Dans le cas particulier du confort d’été, l’impact éventuel du changement climatique sur l’inconfort estival et la demande de climatisation doit aussi être envisagé et étudié.
1.3.3 Conclusion : méthodologie développée
Le travail de thèse repose sur quatre étapes principales. Les trois premières permettent de regrouper toutes les informations nécessaires aux analyses technico-économiques réalisées en dernière partie afin de répondre à l’objectif général.
1.3.3.1. Monétisation des externalités et des coûts d’inconfort
Dans cette étude le confort thermique est le service énergétique recherché. Dans un premier temps, nous nous arrêterons sur la définition de ce qu’est une ambiance thermique confortable et notamment sur les différences susceptibles d’exister dans ce domaine entre bâtiments climatisés et non climatisés.
Ensuite, les coûts d’inconfort devant être intégrés dans le bilan des coûts généralisés, il sera nécessaire de développer des méthodes permettant de les monétiser.
Enfin, les actions d’amélioration du confort d’été étant étudiées sous l’angle sociétal, il faudra tenir compte des externalités qui devront être identifiées et se verront attribuer une valeur monétaire.
1.3.3.2. Caractérisation d’actions d’amélioration du confort d’été portant sur l’enveloppe et l’usage du bâtiment
Jouer sur l’enveloppe et l’usage des bâtiments peut permettre de réduire les besoins de refroidissement et les surchauffes estivales. Il nous faudra évaluer les potentiels de ce type d’actions qui devront être caractérisées à la fois en termes de coûts et d’évolution des besoins d’énergie (pour plusieurs usages).
Les locaux non climatisés représentant aujourd’hui la majorité des bâtiments français, les bénéfices des actions d’enveloppe et d’usage du bâtiment devront aussi être évalués en termes d’amélioration du confort estival.
1.3.3.3. Evaluation des performances environnementales des climatiseurs individuels et perspectives d’évolution
Concernant les appareils de climatisation, il conviendra d’évaluer le potentiel d’amélioration de leurs performances et les coûts associés. Ce travail reposera sur la réalisation d’une Analyse en Cycle de Vie afin d’intégrer notamment les émissions directes de GES. Enfin, nous avons vu qu’une méthode permettant de calculer la consommation d’électricité des appareils de climatisation directement à partir des besoins de refroidissement des bâtiments devait être développée.
1.3.3.4. Evaluation technico-économique des actions de MDE liées au confort d’été
Dans un contexte français, des solutions d’amélioration du confort d’été seront évaluées en termes de potentiel d’économie d’énergie, de réduction des émissions de GES mais aussi de performance économique. Ceci permettra d’établir des recommandations sur les meilleures solutions à privilégier en vue de diminuer les impacts liés au confort d’été. Enfin, un travail prospectif sera réalisé afin d’effectuer des projections sur l’impact de la climatisation individuelle sur les consommations d’énergie et les émissions de GES à l’échelle de la France.