Article publié dans la Revue des Mines n°436 novembre 2008 – hors-série “Habitat du futur et Développement Durable”
Dans le cadre du Grenelle de l’environnement, la construction neuve va connaître une forte évolution avec le passage en 2012 au niveau BBC (Bâtiment Basse Consommation, soit une consommation de 50 kWh/m²/an en moyenne). Pour atteindre, dès 2020, le niveau de bâtiments à énergie positive (bâtiments produisant plus d’énergie qu’ils n’en consomment), de nouvelles solutions sont amenées à se développer pour apporter les réponses les mieux adaptées aux différents types de bâtiments et aux attentes des utilisateurs.
Cependant, la question de l’habitat du futur pose également la question du devenir de l’habitat existant. En effet, si le faible rythme de renouvellement actuel se maintient, 75% du parc de bâtiment en 2050 sera constitué de bâtiments déjà construits aujourd’hui. Dans l’existant, les mécanismes réglementaires qui se mettent en place préfigurent les futures exigences sur ce secteur, avec l’ambition affichée de réduire de 38 % la consommation des bâtiments existants d’ici 2020. Les technologies seront à combiner en fonction des contraintes spécifiques à la rénovation, et la diversité des situations nécessitera une adaptation des solutions déjà disponibles dans la construction neuve voire un développement de technologies spécifiques.
Pour répondre à ces enjeux, il est nécessaire de mobiliser trois leviers d’action complémentaire : la réduction des besoins par l’isolation et les approches bioclimatiques, les équipements performants et leur couplage aux énergies renouvelables. Les technologies performantes matures, telles que la chaudière à condensation ou les pompes à chaleur électriques, sont d’ores et déjà proposées dans les offres commerciales. Pour répondre aux défis de l’habitat du futur, la Direction de la Recherche et de l’Innovation de GDF SUEZ déploie son savoir faire pour s’assurer de la disponibilité la plus rapide de solutions encore plus performantes telles que les chaudières électrogènes et les pompes à chaleur gaz. L’article apporte un éclairage plus spécifique sur les technologies au gaz naturel, énergie qui conservera une place essentielle dans le mix énergétique futur, car elle répond aux objectifs environnementaux les plus ambitieux.
1er levier : la sobriété
La sobriété d’abord, puisque le kWh le moins polluant et le moins cher est celui qu’on ne consomme pas. Cela suppose des logements avec une isolation performante mais également une optimisation de la conception avec les approches bioclimatiques visant à mieux intégrer l’habitat neuf dans son environnement. Le bioclimatique d’été permet de baisser les températures dans le logement (de l’ordre de 5°C aux heures les plus chaudes) et assurer un confort sans recours à la climatisation. Le bioclimatique d’hiver en maximisant la récupération d’énergie permet de diminuer les consommations de chauffage jusqu’à 10% par rapport à une construction standard. Ces deux approches ne sont pas nécessairement compatibles, il faudra donc adapter la démarche en fonction des climats des régions où seront implantés les futurs logements.
Réalisation d’ une maison bioclimatique près de Valence avec une approche architecturale simple et facilement reproductible
2eme levier : la performance
La recherche de la performance passe par le recours à des systèmes de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire évolués tels que les chaudières à condensation et les pompes à chaleur électriques qui permettent dès aujourd’hui d’atteindre les exigences des bâtiments basse consommation, avec un surcoût réduit.
D’autres équipements sont en cours d’introduction sur le marché tel que les chaudières électrogènes. Les chaudières électrogènes sont le résultat de l’intégration d’une micro-cogénération dans une chaudière performante au gaz naturel. Ainsi, la chaudière électrogène conserve tous les avantages de la chaudière individuelle (performance, fiabilité, faible entretien) avec l’atout d’une production d’électricité à domicile. Concomitante aux périodes de forte consommation électrique où le parc de production d’électricité thermique à flamme est sollicité, la production électrique saisonnière des chaudières électrogènes offre une réelle complémentarité avec la production centralisée peu carbonée en base (parc nucléaire et éolien). Ainsi, les chaudières électrogènes apportent au réseau électrique un soutien saisonnier et journalier lors des pointes de consommation (vague de froid par exemple). Cette technologie permet ainsi d’économiser jusqu’à 15 % d’énergie primaire et 25% d’émission de CO2 par rapport aux meilleures technologies de chauffage disponibles. Les solutions actuelles, basées sur un moteur Stirling, couvrent 100% des besoins de chauffage et d’eau chaude sanitaire des logements, et 50 à 80% des besoins en électricité d’un ménage. Si les produits basés sur la technologie Stirling existent d’ores et déjà, leur production et leur commercialisation à grande échelle débuteront à partir de fin 2009.
Chaudière électrogène murale pour maison et appartement (source De Dietrich)
A l’horizon 2015, des perspectives d’évolution sont d’ores et déjà identifiées avec le passage à la technologie pile à combustible, qui n’est pas encore mature en termes de coûts et de durée de fonctionnement mais qui permettra de produire plus d’électricité que de chauffage. Or, les bâtiments neufs de demain seront très performants avec de faibles besoins en chauffage, tandis que leurs besoins en électricité vont aller croissant : la pile à combustible sera donc tout à fait adaptée à ces nouvelles demandes. Cependant, elle ne pourra pas servir de prétexte à une augmentation incontrôlée des consommations d’électricité spécifique. L’amélioration des technologies de production d’électricité doit être concomitante à la maîtrise de la demande sur les équipements électroménagers (mais les marges de progression restantes sont faibles), l’éclairage (marge de progrès importante avec les lampes basse consommation et surtout les LED), et l’électronique de loisir (marge de progrès notamment sur les veilles mais marge avant tout d’ordre comportemental).
Dans l’existant, les contraintes techniques liées aux équipements sont fortes : haute température des réseaux de chauffage existant peu compatible avec les pompes à chaleur, problème d’évacuation des produits de combustion dans les conduits anciens… Il est donc nécessaire d’adapter les technologies à chaque situation pour s’assurer de leur diffusion sans contre-référence. Ainsi, GDF SUEZ est pilote du projet NOHEE (Nouvelles Offres de rénovation à Haute Efficacité Energétique) dans le cadre du PREBAT qui vise à développer des solutions d’évacuation des produits de combustion dédiées à la problématique de l’existant et permettant une plus large diffusion des chaudières à condensation.
3eme levier : le choix énergétique
Le choix énergétique influe bien évidemment sur la performance environnementale des logements. La France a fait le choix unique de développer à la fois un parc de production électrique peu carboné grâce au nucléaire et à l’hydraulique, complété par un réseau dense de distribution de gaz naturel, énergie conventionnelle la moins émettrice de gaz à effet de serre. La question du futur énergétique du bâtiment n’est pas tant de savoir s’il faut plus d’électricité ou plus de gaz dans le mix énergétique que d’orienter le mix énergétique vers plus de pénétration des énergies renouvelables pour répondre aux enjeux de demain.
Ainsi, le couplage entre les solutions gaz naturel performantes et les énergies renouvelables permet de dépasser les performances intrinsèques des technologies gaz pour réduire encore plus les impacts environnementaux. Par l’utilisation du vecteur eau chaude, le gaz naturel s’associe naturellement avec le solaire thermique, la biomasse et grâce aux pompes à chaleur gaz, il permet de valoriser les sources d’énergies renouvelables que constituent l’aérothermie et la géothermie. Les pompes à chaleur gaz naturel qui puisent l’énergie gratuite et renouvelable contenue dans l’air ou dans le sol sont des solutions intégrées alliant la performance du gaz naturel et des énergies renouvelables. Deux technologies sont proposées actuellement par les constructeurs pour les marchés de l’habitat collectif et du tertiaire :
- les pompes à chaleur à moteur gaz offrent des performances élevées sur le plan énergétique aussi bien en production de chaud avec coefficient de performance (COP) en énergie primaire[1] de 1,6 que de froid avec une efficacité énergétique (EER) en énergie primaire de 1,4, tirant profit de la récupération de chaleur sur le moteur gaz, avec un confort accru par rapport aux matériels concurrents (puissance garantie et absence de cycles de dégivrage)
- les pompes à chaleur à absorption, véritables « super chaudières » offrent des performances très élevées en chaud avec des COP en énergie primaire de 1,7 et permettent une production d’appoint de froid, à un coût d’investissement modéré et un entretien réduit
Des PAC à absorption de petite puissance ne dépassant pas 10 kW et entièrement dédiées aux maisons individuelles sont actuellement en cours de développement. Certains constructeurs souhaiteraient les commercialiser à l’horizon 2015, avec l’aide d’un programme de recherche de GDF SUEZ destiné à assurer une sortie des produits à l’échéance la plus brève possible en France.
Solution incontournable pour l’atteinte de bâtiment à énergie positive, les panneaux photovoltaïques viennent compléter les solutions énergétiques par une production électrique complémentaire aux chaudières électrogènes : quand les unes produisent plus l’hiver, le photovoltaïque prend le relais en période estivale assurant une stabilité de la production électrique durant l’année.
La marge de progrès technique des solutions gaz seules ou couplées aux énergies renouvelables permettra de répondre aux défis énergétiques de l’habitat de demain
Passer du produit au marché
Pour répondre aux enjeux énergétiques de l’habitat du futur, le développement de nouvelles solutions autour de la performance énergétique est essentiel mais il est également nécessaire de s’assurer que ces nouvelles technologies puissent se diffuser largement sur le marché résidentiel. Or, ce marché se caractérise par des temps longs de diffusion des innovations : les chaudières à condensation et les pompes à chaleur électriques introduites dans les années 1980 n’ont commencé à se diffuser massivement que depuis 2000. Pour répondre à l’urgence de l’enjeu, il faut donc également prévoir d’accompagner tous les acteurs afin de parvenir à des diffusions plus rapides des innovations.
Pour les particuliers, la décision d’investir dans la performance énergétique, notamment dans l’existant, est une décision très impliquante à la fois sur un plan budgétaire mais également sur un plan social et symbolique. En effet l’habitat est le lieu d’ancrage affectif de la famille, et la décision d’investissement renvoi à des logiques de recherche de sens et des logiques identitaires d’affirmation de son statut social. Il est donc particulièrement sensible d’intervenir dans ce contexte en invoquant seulement des argumentaires techniques ou économiques qui ne touchent qu’une catégorie de la population et qui sont de plus mis en cause par la complexité et l’opacité du parcours d’installation. Or une politique ambitieuse d’amélioration de la performance énergétique doit toucher l’ensemble des ménages, quelque soient leurs motivations, il faut donc rassurer le plus grand nombre en leur proposant des solutions clairement identifiées, dont les performances et la fiabilité sont attestées. Ainsi, les participants du Grenelle de l’environnement ont-ils proposé des « bouquets de travaux », c’est-à-dire un ensemble d’actions unitaires (par ex. remplacement de chaudière, isolation, ventilation, régulation, pose de robinets thermostatiques etc.) cohérentes entre elles, dont la performance globale est attestée et qui puissent favoriser la structuration d’une filière de la rénovation, multi-corps de métiers et mobilisée autour de la performance globale. Toutefois, un logement peu performant initialement nécessite un investissement pouvant atteindre plusieurs milliers d’euros, limitant de fait le nombre de rénovations, notamment pour les ménages aux revenus modestes. Un soutien est donc nécessaire pour les particuliers et la montée en compétence de la filière en incitant financièrement à la réalisation de travaux groupés fondés sur des techniques et technologies performantes, maîtrisée par la filière de rénovation et permettant d’atteindre de hauts niveaux d’économies d’énergie.
Pour les gestionnaires de parc, la hauteur des investissements à consentir nécessite en général de planifier les investissements dans le temps. Se pose alors la question de la cohérence des choix pour qu’un investissement partiel à un instant donné ne mette pas en péril l’objectif final de performance énergétique, tout en respectant les contraintes budgétaires. Pour répondre à cette problématique pour les bailleurs sociaux, GDF SUEZ assure la coordination du projet CIBLE dans le cadre de la Fondation Bâtiment Energie (www.batiment-energie.org), en collaboration avec OSICA, Pouget Consultants, le COSTIC et le CEP/ARMINES dont le but est de développer une méthodologie permettant à ces bailleurs de planifier en plusieurs étapes sur plusieurs décennies, les rénovations à réaliser sur un parc de logements existants avec comme objectif le facteur 4.
Enfin, les entreprises intervenant sur l’habitat doivent également adapter leurs métiers pour promouvoir la performance énergétique. Par exemple,, GDF SUEZ fait la promotion de l’efficacité énergétique dans les bâtiments en intégrant systématiquement les économies d’énergie dans ses offres commerciales qui visent à promouvoir une utilisation rationnelle de l’énergie comme élément de confort et participe également au groupe de travail Energy Efficiency in Building du World Business Council for Sustainable Development (WBCSD – EEB, www.wbcsd.org/web/eeb) qui vise à généraliser les bâtiments à énergie positive à l’échelle mondiale à l’horizon 2050.
En offrant des solutions globales et des services en faveur de la performance des bâtiments et en développant des nouvelles technologies efficaces et respectueuses de l’environnement, GDF SUEZ s’engage pour répondre aux enjeux de l’habitat d’aujourd’hui et de demain.
[1] Le COP en énergie primaire reflète la performance globale de la solution. Ainsi, pour les pompes à chaleur électriques, le COP en énergie finale (typiquement de l’ordre de 3) ne peut se comparer directement au COP des pompes à chaleur gaz. Ramené en énergie primaire, les COP des pompes à chaleur électriques (typiquement de 3/2,58 = 1,2) sont du même ordre que les pompes à chaleur gaz.
