Bâtiment à énergie positive

Maison passive à Darmstadt, en Allemagne.

Un bâtiment à énergie positive (parfois abrégé en BEPOS) est un bâtiment qui produit plus d’énergie (électricité, chaleur) qu’il n’en consomme pour son fonctionnement. Cette différence de consommation est généralement considérée sur une période 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 « excédentaires » 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, voir les fenêtres 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.

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 P^r Bo Adamson de l’université de Lund, (Suède) et Wolfgang Feist (Institut für Wohnen und Umwelt / Institute for Housing and the Environment ^[1]). Parmi les premières références, on peut citer la maison Hölken, à Freiburg-im-Beisgau, une maison totalement autonome en énergie datant de 1994^[2]. 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") ^[3].

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 et isolation par l'extérieur ;
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 passifs ;
7. Limitation des consommations d’énergie des appareils ménagers ;
8. Équipement en moyens de captage ou production d'énergie (capteur photovoltaïque, capteur solaire thermique, aérogénérateur, pompe à chaleur sur nappe, freecooling par plancher rayonnant, rafraîchissement adiabatique, sondes géothermiques verticales, etc.)
9. Récupération et utilisation optimales des eaux pluviales.
10. épuration naturelle par lagunage

L'énergie excédentaire peut être fournie aux bâtiments voisins, mais est généralement injectée sur des réseaux électriques ou de chaleur, privés ou publics.

Enjeux

Le bâtiment est dans l’Union européenne un gouffre 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 »^[4]. 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 consommations pour un service équivalent)… alors que les 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 bâtiment à énergie positive serait obligatoire pour tous les logements neufs à partir de 2020 (prévision de la 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 par rapport à une construction traditionnelle souvent compensé par des aides {ref nécessaire} ; ce surcoût est d’autant plus élevé qu’on visera une production excédentaire importante (surtout si elle est totalement photovoltaïque). Aux conditions actuelles d'achat de l’électricité en Europe de l’Ouest, l’investisseur peut rentrer dans ses frais en 5 à 10 ans grâce aux économies d’énergie réalisées et à la vente de l’énergie excédentaire^[5].

Autres freins

Un des freins est le manque d’artisans qualifiés, d’architectes formés à ces standards et la hausse des coûts entraînée 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 investissement 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…) qui minimise l'énergie opérationnelle du bâtiment et l'énergie grise de l'équipement actif.

Immeuble à énergie positive

Le premier immeuble de logement à énergie positive de France, a été construit à Lyon dans l'écoquartier Lyon Confluence.

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^[6] de maisons passives à énergie solaire imposait par exemple que la maison soit autoalimentée en énergie, mais aussi qu'elle surproduise assez d'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'énergie 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. 400 m² de panneaux photovoltaïques produiront son électricité^[7].
• le Green Office (2,4000 m² en bioclimatique fait par Bouygues Immobilier) à Meudon (92) présenté comme le « 1^er bâtiment tertiaire de grande ampleur à énergie positive en France », doté de 4 000 m² de panneaux photovoltaïques et d'une chaudière à cogénération biomasse^[8].
• Le projet Solaris^[9] à Clamart, réalisé par SERCIB France, où plus de 4 000 m² de panneaux photovoltaïques et 120 sondes géothermiques alimenteront 31 000 m² de bureaux^[10].
• 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 11^e) ont été commandés pour 2011 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.

À noter le projet ABALONE Energie^[11], 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 toit 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.

Pour la France, le plus ancien des projets significatifs est situé en Mayenne et abrite le siège de la société ISORE BATIMENT^[12]. Il s'agit d'un bâtiment tertiaire à énergie positive qui a vu le jour en septembre 2007 avec le soutien financier de l'ADEME et de la Région Pays de la Loire. Il combine toutes les techniques connues et éprouvées : isolation épaisse par l'extérieur (200 mm en couches croisées) des parois verticales, isolation périmétrique, isolation renforcée du toit, puits canadien, système de régulation thermique pointée et production d'électricité photovoltaïque. En fonctionnement depuis trois ans, les résultats montrent que la production est conforme au niveau prévu mais qu'en revanche la consommation est plus élevée du fait principalement des mois d'hiver où la température intérieure de confort prévue à 20 °C est trop faible pour le travail sédentaire dans des bureaux. Il apparaît donc que les études doivent être réalisées avec une température de confort de 22 °C en hiver. En définitive, le bâtiment consomme aujourd'hui 26 000 kW par an et produit 23 000 kW par an^{[réf. nécessaire]}.
Le futur siège de l'INPI, à Courbevoie, présente une originalité supplémentaire, il est en bois, à façades de verre et colombages apparents, et équipé d'un atrium végétalisé^[13].

Prospective, Recherche et développement ;

• Un GIE "Enjeu énergie positive" vise à favoriser la « diminution de la consommation énergétique des futurs immeubles et d’augmenter leur capacité à produire de l’énergie au moyen d’énergies renouvelables »^[14].
• Un pôle novateur scientifique et de recherche, à vocation internationale, a été initié par l'École des Ponts ParisTech, le CSTB et Eparmarne du Ministère de l'écologie (dans la cité Descartes à Champs-sur-Marne), dans le cadre du Pôle Ville de l'Université Paris-Est. Le laboratoire de ce pôle « Descartes + » sera ouvert à environ dix autres laboratoires et organismes spécialisés^[15]. Un bâtiment capable de surproduire de l'énergie , commandé par l'école nationale des ponts et chaussées est prévu. Son cahier des charges imposait une surproduction de 10 % d'énergie au moins. L'architecte ^[16] annonce 30 % de surproduction d'énergie pour ce bâtiment qui devrait être fini début 2012. Sur 100 ans, cette « surproduction » devrait compenser l'énergie grise consommée par la production des matériaux et la construction du bâtiment selon Julien Haase^[17].

Notes et références

1. ↑ (de) Site de l’Institut für Wohnen und Umwelt.
2. ↑ (de) Présentation de la maison.
3. ↑ (de) [www.plusenergiehaus.de Site de Rolf Disch]
4. ↑ Source : M^me Papalardo, présidente de l’ADEME, discours d’introduction de la journée « vers des bâtiments à énergie positive » (26 septembre 2006) Discours
5. ↑ (fr) Exemple d’une installation de taille moyenne, clé en main pour une maison individuelle.
6. ↑ équivalent d'un ministère de l’énergie, inexistant en France
7. ↑ L'INES s'offre un «manifeste» écologique à Chambéry
8. ↑ Green Office, de Bouygues Immobilier : un immeuble à énergie positive
9. ↑ SOLARIS : Bâtiment à énergie positive, par SERCIB France
10. ↑ Bientôt des bureaux hyper-écolos
11. ↑ ABALONE Energie, bâtiment autonome à énergie positive sans rejet de CO₂
12. ↑ isore-batiment
13. ↑ Bâti-Actu, Un bâtiment en bois à énergie positive pour l’INPI (diaporama), 2011-11-18
14. ↑ BatiActu - Création d’un GIE « Enjeu énergie positive ». Ce projet a été initié par Bouygues Immobilier avec 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)
15. ↑ Communiqué de presse d'octobre 2009
16. ↑ Atelier Thierry Roche et Associés, retenu par l'appel à projet
17. ↑ Filet d'information de Batiactu

Voir aussi

Articles connexes

• Bâtiment Basse Consommation ou Effinergie (France)
• Maison solaire passive
• Maison passive
• HQE
• Construction à biodiversité positive
• Génie énergétique
• Économie d'énergie

Liens externes

• Bilans énergétiques et environnementaux de bâtiments à énergie positive, Thèse de doctorat de S. Thiers, Mines ParisTech, 2008.
• [1], Retour d'expérience de logements à énergie positive, 2011.