Batiment a energie positive

Bâtiment à énergie positive

Maison passive à Darmstadt, en Allemagne.

Un bâtiment à énergie positive (parfois abrégé en BEPOS) est un bâtiment qui, sur une période donnée, produit plus d’énergie (électricité, chaleur) qu’il n’en consomme pour son fonctionnement. En général, la période considérée est d'un an. Si la période est très courte, on parle plutôt de bâtiment autonome (par exemple pour les maisons des dernières tranches de l'écoquartier EVA-Lanxmeer aux Pays-Bas qui ne sont « exédentaires » que 9 mois par an (l'électricité étant difficilement stockable sur plusieurs mois).
C’est généralement un bâtiment passif très performant et fortement équipé en moyens de production d'énergie par rapport à ses besoins en énergie. Les toits, murs, voire les fenêtres [1] ou d'autres éléments (verrières de véranda ou balcons, murs d'enceinte, toiture de garage ou appentis, fondations, etc, peuvent être mis à profit pour accumuler et restituer de la chaleur ou produire de l’électricité.

Sommaire

Historique du concept

La construction à énergie positive constitue une rupture technologique et conceptuelle, dans les mouvances architecturales de la HQE (années 1990) et plus particulièrement dans la lignée de la construction passive développée dans les années 1970, mais formalisée en 1988 par le Pr Bo Adamson de l’université de Lund, (Suède) et Wolfgang Feist (Institut für Wohnen und Umwelt / Institute for Housing and the Environment [2]). Parmi les premières références, on peut citer la maison Hölken, à Freiburg-im-Beisgau, une maison totalement autonome en énergie datant de 1994 [3]. Le concept a aussi été décliné en réalisations économiquement viables par l'architecte Rolf Disch sous la forme de Plusenergiehaus et Solarsiedlung ("maison à énergie positive" et "quartier solaire") [4].

Principes

La conception d’un habitat à énergie positive reprend généralement les grands principes de la maison passive en y ajoutant des éléments de productions d'énergie :

  1. Isolation thermique renforcée, fenêtres de grande qualité
  2. Suppression des ponts thermiques
  3. Excellente étanchéité à l’air
  4. Forte limitation des déperditions thermiques par renouvellement d'air via une ventilation double flux avec récupération de chaleur sur air vicié
  5. Captation optimale de l’énergie solaire de manière passive
  6. Protections solaires et dispositifs de rafraîchissement passif
  7. Limitation des consommations d’énergie des appareils ménagers
  8. Equipement en moyens de production d'énergie (capteur photovoltaïque, capteur solaire thermique, aérogénérateur, etc.)

L'énergie excédentaire est généralement injectée sur des réseaux électriques ou de chaleur, privés ou publics.

Enjeux

Le bâtiment est dans l’Union européenne un goufre d’énergie primaire (40% de l’énergie totale consommée) devant les transports (30%) et l’industrie (30%). Il est responsable de plus de 40% des émissions totales de CO2. Les économies d’énergie sont un enjeu économique et écologique majeur pour ce secteur. Selon l’Ademe, en France où le bâtiment absorbe 46 % de la consommation d'énergie (devant les transports ;25 % et l'industrie ;23 %, pour chaque ménage, atteindre le "Facteur 4" représente de 15 000 et 30 000 € d’investissement à réaliser avant 2050 »[5]. Des solutions du type bâtiment à énergie positive et tiers-investisseur permettent d’espérer pouvoir doublement rentabiliser ce type d’investissement.

Des maisons passives (et plus rarement « à énergie positive ») existent déjà par milliers en Allemagne et Suisse, ayant largement démontré que les solutions techniques existent. Reste à les généraliser pour tenir l’objectif du facteur 4, ou du facteur 9 (diviser par 9 les consommation pour un service équivalent) ...alors que le prix du pétrole et de l’énergie devraient inéluctablement augmenter (Cf. manque de pétrole).

Une Directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments vise à réduire leur consommation énergétique de 22% d’ici 2010. Les gisements d’économie dans le bâtiment ancien sont importants, mais plus difficiles, par contre, un bâtiment neuf à énergie positive peut compenser les pertes de plusieurs bâtiments anciens périphériques moins bien isolés et moins performants.

Ce concept devrait servir de base dans la réglementation thermique française de 2020 (RT 2020).

Le solaire passif

Pour valoriser le potentiel fourni par le soleil en hiver, au printemps et en automne, il est nécessaire de capter sa chaleur, la stocker et la restituer. L’énergie solaire est captée par les parties vitrées de la maison. Ces vitrages isolants sont dimensionnés selon l’orientation du bâtiment : 40 à 60 % de surface vitrée sur la façade sud, 10 à 15 % au nord, et moins de 20% sur les façades est et ouest. L’énergie solaire, qui pénètre via les fenêtres, est stockée à l’intérieur par des matériaux à forte inertie. La chaleur accumulée dans le bâtiment doit être restituée dans la pièce par convection et rayonnement, avec un étalement dans le temps. Afin d’éviter l’inconfort occasionné par les surchauffes en été, l’ensoleillement direct des façades est maîtrisé grâce à des protections solaires constructives (auvent, pare-soleil, persienne…) et à des vitrages avec un facteur solaire suffisant pour limiter les apports énergétiques. Ces mesures constructives peuvent être complétées par des stores et une protection végétale.

Coût

Il existe un surcoût initial d’au moins 10 % par rapport à une construction traditionnelle [réf. nécessaire] ; ce surcoût est d’autant plus élevé qu’on visera une production excédentaire importante (surtout si elle est totalement photovoltaïque). Aux conditions actuelle de rachat de l’électricité en Europe de l’Ouest, l’investisseur est supposé pouvoir rentrer dans ses frais en 10 à 20 ans grâce aux économies d’énergie réalisées et à la vente de l’énergie excédentaire.[6]

Autres freins

Un des freins est le manque d’artisans qualifiés, d’architectes formés à ces standards et la hausse des coûts entrainée par une demande qui dépasse l’offre.

Pour diminuer la consommation énergétique des bâtiments de 22% d’ici 2010 en Europe, une Directive performance énergétique des bâtiments (EPBD) est en cours de transposition en 2007 dans les droits nationaux, elle pourrait éventuellement encourager la formation.

Des études sont en cours pour mieux cerner les impacts de ce concept en terme économique, énergétique et environnemental, améliorer son efficacité, favoriser la diffusion (En France, programme de recherche PREBAT).

Critiques

La production excédentaire d'énergie véhicule une image positive de haute qualité environnementale mais n'impose pas nécessairement de qualité environnementale ni sociale (matériaux utilisés (toxicité, provenance), santé et sécurité au travail, traitement des ouvriers). Ce type de solution peut sembler difficilement généralisable car nécessitant un surinvestissement initial important.

Par ailleurs, les possibilités de production d’énergie (photovoltaïque, géothermie…) ne doivent pas inciter à ne pas pousser plus loin l’utilisation des techniques passives (optimisation des parois, fenêtres...)

Immeuble à Energie Positive

Les méthodes de construction passive et à énergie positive sont bien en place en Allemagne et Europe du nord, mais les projets d'immeubles à énergie positive à vocation tertiaire sont encore rares et à développer. Des réflexions sont aussi en cours sur l'usage de l'énergie excédentaire qui pourrait par exemple parfois être utilisée par les voisins plutôt que reversée dans le réseau général (notamment pour la chaleur, les réseaux de chaleur n'étant pas conçu pour recevoir de petites quantités de chaleur). Le concours « Solar Decathlon » lancé en 2007 par l'Energy Departement des USA [7] de maisons passives à énergie solaire imposait par exemple que la maison soit autoalimentée en énergie, mais aussi qu'elle surproduise assez 'électricité pour alimenter les batteries d’un véhicule assez puissant pour assumer les déplacements quotidiens de ses habitants. Le défi a été relevé par une vingtaine d'équipes universitaires avec construction faites sur les campus, et transportées et exposées sous la forme d’un “village solaire”, du 12 au 20 octobre 2007 à Washington DC. Une maison américaine hydrolyse de l'eau et stocke l'hydrogène produit pour alimenter une chaudière et/ou un véhicule.

En France, malgré un retard certain par rapport à ses voisins suisses ou du nord, on peut déjà citer

  • le nouveau bâtiment de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES) -Atelier Michel Rémon Architecte associé avec Frédéric Nicolas architecte en construction (2009) dans la technopole de Chambéry ; il intègre des « brise-soleil motorisés en façade Ouest, qui accompagneront le rythme du soleil, comme des tournesols». Son chauffage bénéficie de 300 m2 de capteurs solaires thermiques et d’une chaudière à bois. 400m2 de panneaux photovoltaïques produiront son électricité[8].
  • le Green Office (2.4000 m2 en bioclimatique fait par Bouygues Immobilier) à Meudon (92) présenté comme le « 1er bâtiment tertiaire de grande ampleur à énergie positive en France », doté de 4000 m2 de panneaux photovoltaïques et d'une chaudière à cogénération biomasse [9].
  • Le projet Solaris[10] à Clamart, réalisé par SERCIB France, où plus de 4000 m2 de panneaux photovoltaïques et 120 sondes géothermiques alimenteront 31 000 m² de bureaux[11].
  • en matière de HLM, des logements sociaux à énergie positive ( 1 435 m² en 17 appartements familiaux, 4 pièces pour la plupart, sur 6 niveaux à construire rue Guénot (Paris 11ème) ont été commandés pour 2011 par par la Régie Immobilière de la Ville de Paris (RIVP) à l'agence Baudouin et Bergeron. Le toit sera intégralement source d'énergie (chaleur, électricité, lumière zénithale). Coût : 3.335.000 d’euros HT.

Un GIE "Enjeu énergie positive" favorise la "diminution de la consommation énergétique des futurs immeubles et d’augmenter leur capacité à produire de l’énergie au moyen d’énergies renouvelables". Initié par Bouygues Immobilier, ses partenaires sont : Lexmark (solutions et produits d’impression), Philips (solutions et gestion de l’éclairage), Schneider Electric (solutions de gestion de l’énergie), Siemens (systèmes électroniques de gestion du bâtiment), Sodexo (restauration collective), Steelcase (mobilier de bureau et aménagement d’espaces de travail) et Tandberg (vidéoconférences et communication unifiée)[12].

A noter le projet ABALONE Energie[13], bâtiment tertiaire autonome à énergie positive qui vient de voir le jour à Saint-Herblain, près de Nantes. Le groupe ABALONE, spécialiste des ressources humaines, vient de construire son siège social, visitable et reproductible par tous. C'est à ce jour le premier bâtiment autonome à énergie positive et sans rejet de Gaz à Effet de Serre, à vocation de ne pas être raccordé au réseau électrique national ; Ceci grâce à son « propre » réseau énergétique, véritable bouquet d’innovations : 3 éoliennes de 15 m, 3 éoliennes de toît de 3 m, solaire thermique et photovoltaïque, puits canadien, hydrogène, pile à combustible. L’originalité et l’innovation du projet sera l’utilisation de l’Hydrogène et d’une pile à combustible afin de produire et de stocker de l’énergie en temps voulu pour être autonome à 100% du réseau électrique national. Les performances et l’efficacité énergétique seront étudiées en permanence par des sociétés du secteur de l'énergie et des groupes d’études hébergés au siège social. Ce suivi est un gage de perfectionnement unique dans le but de rendre le bâtiment « intelligent » et de développer des services de confort pour les salariés : parc de voitures électriques, salle de sports, etc. C’est ainsi un véritable lieu d’expérimentation des énergies renouvelables et du développement durable.

Notes et références

  1. Panneau CSTB Des fenêtres à énergie positive
  2. (de) Site de l’Institut für Wohnen und Umwelt.
  3. (de) Présentation de la maison.
  4. (de) [www.plusenergiehaus.de Site de Rolf Disch]
  5. Source : Mme Papalardo, présidente de l’ADEME, discours d’introduction de la journée « vers des bâtiments à énergie positive » (26 septembre 2006) Discours
  6. (fr) Exemple d’uns installation de taille moyenne, clé en main pour une maison individuelle.
  7. équivalent d'un ministère de l’énergie, inexistant en France
  8. L'INES s'offre un «manifeste» écologique à Chambéry
  9. Green Office, de Bouygues Immobilier : un immeuble à énergie positive
  10. SOLARIS : Bâtiment à énergie positive, par SERCIB France
  11. Bientôt des bureaux hyper-écolos
  12. BatiActu - Création d’un GIE « Enjeu énergie positive »
  13. ABALONE Energie, bâtiment autonome à énergie positive sans rejet de CO2

Voir aussi

Liens externes

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