Les bâtiments basses consommations, voire à énergie positive

Les bâtiments du futur devront être peu consommateurs d’énergie, voire autonomes énergétiquement. Pour atteindre ces objectifs et respecter ces engagements nationaux (le plan

climat), et internationaux [KYO 1998], la France a mis en place des normes sous forme de réglementations thermiques (RT) imposant l’utilisation d’une isolation thermique performante pour les maisons neuves ou en rénovation et qui respectent le Grenelle de l’environnement. Ces séries de réglementations thermiques (RT 1974, RT 1988, RT 2000, RT2005 [RT 2005], RT2012 [RT 2012]) sont de plus en plus exigeantes au fil du temps. Les exigences en terme de consommations énergétiques sont passées d’une moyenne de 150 kWh/ (m².an) dans la RT

2005 à 50 kWh/ (m².an) pour la RT 2012 (Figure 14).

Depuis la mise en place de la première RT en 74, les consommations énergétiques ont été divisées par 2 et avec la nouvelle RT de 2012, le Grenelle de l’environnement prévoit de la diviser encore par 3 pour pouvoir atteindre le plafond d’une moyenne de consommation de 50 kWh/ (m².an), conformément à l'article 4 de la loi Grenelle 1 [GRE 2009].

Il s’agit de la consommation moyenne des bâtiments basse consommation (BBC): le label de référence des maisons neuves à l’horizon de 2012, étape essentielle pour atteindre le niveau des bâtiments à énergie positive (BEPos) à l’horizon de 2020. Les bâtiments BEPos [THIE 2008] sont non seulement plus performants énergétiquement que le BBC, mais ils sont aussi caractérisés par l’intégration de production d’énergie renouvelable pouvant être injectée au réseau, rendant son bilan énergétique positif d’où son appellation.

Figure 14. L’évolution des exigences réglementaires de la consommation énergétique des bâtiments neufs : une rupture opérée par le Grenelle Environnement [RT 2012]

Pour atteindre le niveau énergétique des BBC, la nouvelle RT 2012 [RT 2012] a imposé 3 principales exigences dans les maisons neuves :

- L’efficacité énergétique du bâtiment (Bbio): c’est un critère lié aux

composantes de la conception du bâtiment (typologie, localisation, altitude…) sans tenir compte de ces systèmes énergétiques installés. Il s’agit ici de vérifier l'optimisation de l’inertie et de l'isolation du bâti pour réduire ses déperditions thermique en utilisant des matériaux performants (tels que la mousse de polyuréthane, les laine de verres ou le polystyrène) et aussi des techniques de mieux en mieux adaptées (telles que le double vitrage et la réduction des ponts thermiques). L’architecture de ces bâtiments est aussi étudiée de manière à assurer un apport passif maximal en hiver essentiellement des apports solaires à travers l’augmentation des surfaces vitrées et l’étude de leurs orientations.

- La consommation énergétique du bâtiment (Cep) : ce critère est lié à la consommation en énergie primaire des principaux usages : chauffage, refroidissement, éclairage, production d’eau chaude sanitaire et auxiliaires (pompes, ventilateurs…). Ceci exige l’intégration des systèmes énergétiques performants tels que la ventilation double flux, chaudière à condensation, chauffage thermodynamique (pompe à chaleur)…Et aussi l’utilisation des énergies renouvelables comme les panneaux solaires photovoltaïques [MANZ 2009].

- Le confort d’été (Tic : température intérieure conventionnelle) : il s’agit de

vérifier l’aptitude du bâtiment à garantir un bon niveau de confort et de température en été sans recourir à des systèmes de refroidissement introduisant des consommations supplémentaires. Ce niveau de confort peut être assuré à travers la protection des locaux du soleil l’été (masques végétaux et protections solaires amovibles), un rafraîchissement optimisé (ventilation nocturne, brassage d’air), un décalage des pics de température (inertie du bâtiment), et aussi une prise en compte de la contribution des apports internes provocants une élévation des températures que l’on essayera de minimiser.

II.2.2.2. Conséquences de ces évolutions

Les bâtiments performant thermiquement ne fonctionnent pas comme des bâtiments classiques ; les acteurs internes et l’usage d’équipements deviennent de plus en plus influents sur la consommation énergétique et les phénomènes auparavant négligeables dans les bâtiments à 150 kWh/m²/an de besoins de chauffage deviennent de première importance dans les BBC (<50 kWh/m².an).

De plus, un bâtiment bien isolé thermiquement est davantage exposé aux surchauffes dues aux charges internes par un effet « Thermos » [AMO 2009]. En effet, une isolation importante empêche la chaleur de s’échapper et en préserve une grande partie à l’intérieur du bâtiment (Figure 15). Les apports solaires ainsi que les apports internes dégagés par les occupants et les équipements deviennent importants et participent considérablement dans le réchauffement de la pièce.

Chaleur dégagée par les occupants Chaleur dégagée par les équipements

Figure 15. Illustration des apports internes

Cet effet thermos, peut entraîner des surchauffes estivales importantes rendant le confort d’été plus délicat. Beaucoup de bâtiments basse consommation sont victimes de cette surchauffe car si on pense intuitivement à protéger les locaux du soleil l’été, on sous-estime la contribution des apports internes à l’élévation des températures.

On peut ici citer comme exemple les études menées sur le bâtiment PREDIS pour quantifier ces apports internes. Le bâtiment PREDIS, qui sera étudié avec plus de détails dans le chapitre 2 de cette thèse, est un bâtiment basse consommation qui a été restructuré à partir d’un bâtiment existant en respectant la réglementation thermique (RT 2005). Une isolation performante à l’aide de ouate de cellulose ainsi qu’un système énergétique efficace (VMC double flux) de manière à garantir une consommation en chauffage inférieure à 50kWhEP/m²/an.

Les études réalisées par Hervé Chenailler [CHEN 2011] sur ce bâtiment ont évalué à 50 % la contribution des apports internes dans le chauffage annuel (Figure 16). L’importance des ces apports a même provoqués des périodes de surchauffes fréquentes en été en l’absence de système de climatisation.

Figure 16. Quantification de la part des apports internes dans la contribution au chauffage d’une salle du bâtiment PREDIS [CHEN 2010]

Il devient donc indispensable de travailler à quantifier et minimiser ces apports internes dès la phase de conception architecturale [DUPR 2006] et de les gérer au mieux durant l’exploitation du bâtiment.

D’où l’intérêt d’une simulation dynamique globale permettant de quantifier les impacts de ces apports sur l’évolution des températures du bâtiment pour évaluer son

confort d’été en plus de ses besoins de chauffage.