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Bâtiment à énergie positive

Bâtiment à énergie positive : Green Office à Meudon

Livré en septembre 2011, Green Office à Meudon est le premier immeuble de bureaux à énergie positive en France. (©Bouygues Immobilier) 

À RETENIR
  • Un bâtiment à énergie positive produit plus d’énergie qu’il n’en consomme.
  • La baisse des consommations énergétiques d'un bâtiment passe notamment par une architecture bioclimatique et par l'installation d'équipements thermiques et électriques performants.
  • Un bâtiment à énergie positive relève aussi bien du facteur humain que des technologies mises en place.
  • Les compteurs communicants doivent contribuer à trouver le meilleur équilibre entre les besoins des occupants et l'énergie produite au sein du bâtiment.
Définition

Un bâtiment à énergie positive (BEPOS) est un bâtiment dont le bilan énergétique global est positif, c'est-à-dire qu’il produit plus d’énergie (thermique ou électrique) qu’il n’en consomme.

Cette différence de consommation est généralement calculée sur une période d'un an. Le calcul se fait sans tenir compte de l’énergie grise, énergie nécessaire pour réaliser le bâtiment et ses constituants.

Pour évoluer vers le niveau de performance requis, un bâtiment existant doit déjà être peu consommateur d’énergie (exemple : un bâtiment passif). Sur cette base, un système de production locale d’énergie (électrique ou thermique) peut être associé à l’infrastructure existante afin de rendre celle-ci productrice d’énergie. Le bilan énergétique est alors positif dès qu’il y a surplus de production.

L’énergie complémentaire peut être soit stockée afin d’être consommée ultérieurement, soit réinjectée au réseau électrique pour être revendue.

Les bâtiments à énergie positive font l’objet de réglementations en cours et entrent dans les modèles de hiérarchisation des bâtiments (bâtiments passifs, bâtiments basse consommation -BBC-, bâtiment zéro énergie, etc.).

La pertinence d’un tel modèle est encore à l’étude alors que près de 300 bâtiments à énergie positive ont déjà été construits en France en 2015(1).

Fonctionnement technique ou scientifique

Consommation et impact environnemental

En France, le secteur du bâtiment est le premier consommateur d’énergie (45,1% de la consommation finale énergétique en 2014)(2) et le 2e émetteur de gaz à effet de serre (17,7% des émissions françaises en 2012(3)) derrière les transports. Plus des deux tiers de la consommation finale d’électricité lui sont consacrés en 2013(4).

La consommation électrique des bâtiments a augmenté de 83% au cours des 60 dernières années.

En 60 ans, la consommation énergétique du poste chauffage a diminué de 30% alors que la consommation électrique des bâtiments a augmenté de 83%. Cette hausse substantielle est notamment due à la multiplication des équipements utilisant de l’électricité (multimédia, électroménager, etc.) et au manque de réglementation pour en limiter les usages.

Le taux de renouvellement du parc immobilier étant faible (inférieur à 1% par an), les bénéfices d’une politique d’efficacité énergétique ne peuvent être évalués qu’à long terme en intégrant la problématique des logements neufs et de la rénovation de l’ancien.

Vers une gestion centralisée des réseaux

Un bâtiment à énergie positive est un producteur local. Il peut être relié à des réseaux de chaleur ou d’électricité. Le développement des « smart grids » (réseaux électriques intelligents) contribue à leur bonne intégration à l’échelon régional et national. Le réseau énergétique sera global dans le futur et les flux énergétiques seront bidirectionnels (consommateur / producteur).

Les bâtiments pourront jouer le rôle de « tampon énergétique » ou même stocker de l’énergie (sous forme thermique dans de l’eau chaude sanitaire par exemple).

Des limites industrielles et technologiques

  • Coûteuses en investissements, les technologies énergiquement efficaces sont encore en phase de développement. La plupart des matériaux ont encore peu de retours d’expérience, notamment en termes de tenue dans le temps.
  • L’impact environnemental et énergétique de la fabrication des matériaux est aussi important. Il concerne en particulier les isolants souvent fabriqués à base de pétrole et les panneaux photovoltaïques, principale source d'énergie électrique locale. A ce titre, un bilan énergétique pertinent d’un bâtiment à énergie positive devrait prendre en compte les dépenses énergétiques engagées pour le construire et pour produire les matériaux.
  • La ventilation est un autre point central : construire un bâtiment sans fuite thermique nécessite de réduire les échanges d’air entre intérieur et extérieur. Si ces conditions favorisent l’impact calorifique des apports internes, l’environnement doit rester vivable et la qualité de l’air satisfaisante.
  • En termes de compétences, la mise en œuvre de telles évolutions nécessite une appropriation des savoir-faire chez les acteurs de la construction de bâtiment (mention « RGE »).

Des enjeux sociétaux, individuels et collectifs

Les Français passent 80 à 90% de leur temps dans un bâtiment. La fonctionnalité étant essentielle, il s’agit donc de concilier confort des utilisateurs et minimisation de l’énergie consommée.

Le comportement énergétique des usagers est souvent sous-estimé comme l'a montré le retour d’expérience de la Tour Elithis à Dijon : le poste de la consommation électrique s’est révélé deux fois plus important que prévu la première année.

Cela met en exergue la dimension socio-technique d’un bâtiment à énergie positive qui relève aussi bien du facteur humain que des technologies mises en place.

Enjeux par rapport à l'énergie

La réduction des besoins de consommation

Optimiser les besoins énergétiques des bâtiments implique de considérer : 

  • l’architecture : privilégier une architecture bioclimatique pour optimiser les flux énergétiques gratuits (comme le Soleil) par l’orientation, les matériaux à forte inertie, l’implantation géographique du site et pour réduire les déperditions énergétiques (compacités) ;
  • les équipements thermiques : installer une isolation performante sur toutes les parois, veiller à supprimer les ponts thermiques (jointures de murs et des fenêtres), choisir des solutions de chauffage d’appoint thermique adéquats (cheminée à granulés, bois). Une bonne inertie du bâtiment permet également de réduire les besoins de rafraîchissement l’été ;
  • les équipements électriques : privilégier les équipements efficaces comme l’éclairage par LED, l’électroménager de classe énergétique A ou supérieur, etc. ;
  • la ventilation : respecter l'étanchéité et mettre en place des systèmes de ventilation performants avec récupération d’énergie, comme les VMC double flux.

La production locale d’énergie

Elle peut être électrique, grâce à des sources d’énergies renouvelables comme le solaire photovoltaïque ou le micro éolien. Elle peut également être de nature thermique grâce à des panneaux solaires thermiques pouvant être utilisés pour chauffer l’eau sanitaire et le chauffage suivant les cas.

La gestion de l’énergie

L’objectif est de trouver le meilleur équilibre entre demande (besoins des occupants) et offre (énergie produite et revente éventuelle sur le réseau).

La gestion de l’énergie permet de mieux intégrer les besoins des occupants en anticipant, si possible, leur consommation. A grande échelle, le management énergétique permet d’effectuer du délestage de charges électriques afin de lisser les pics de consommation sur le réseau. L’avènement des compteurs intelligents centralisant les données d’offre et de demande contribuera à favoriser les flux.

Acteurs majeurs

Dès les années 1970, après la crise pétrolière, des réglementations thermiques ont été mises en place en France afin de limiter la consommation du secteur. Depuis, d’autres réglementations thermiques (RT 1972, RT 2000, RT 2005 en cours, RT 2012) ont été définies. Elles fixent une limite de consommation des bâtiments en construction ou en rénovation dans les domaines résidentiels et tertiaires.

La complexité du domaine du bâtiment (matériaux, compétences, enjeux, etc.) induit une inertie au changement. De fait, la performance énergétique des bâtiments ne peut probablement venir que d’une volonté politique et/ou de la part de grands industriels. Des groupes comme Bouygues, EDF, Schneider Electric travaillent de plus en plus dans le domaine applicatif du bâtiment. A l’instar de l’automobile ou de l’aéronautique, ce secteur doit être considéré comme un système multi-techniques.

Le CSTB (Centre Scientifique et Technique du Bâtiment) est un acteur majeur en termes de prescriptions dans le domaine de l’innovation dans les bâtiments.

Unités de mesure et chiffres clés

Kilowattheure d'énergie primaire par m² et par an (kWh ep/ m²/an)

Il s’agit de l’unité de mesure de la consommation d’énergie primaire par unité de surface et par an. Elle sert à mesurer la performance énergétique d’un bâtiment.

La surface peut parfois être exprimée en m2 SHON (Surface Hors Œuvre Nette)(5) ou m² habitables.

Diagnostic de Performance Energétique (DPE)

Cette évaluation est rendue obligatoire depuis 2009 pour tous les bâtiments résidentiels afin d’évaluer leur qualité énergétique. Notons que le DPE fait encore l’objet de normalisations et d’ajustements, tant sur les méthodes d’évaluation que sur les domaines d’application(6).

Zone de présence ou d'application

A l’étranger, des pays précurseurs comme l’Allemagne et la Suisse ont instauré depuis longtemps un système de labellisation des bâtiments (Minergie, Passive Haus).

Un bâtiment à énergie positive peut, en théorie, être implanté en tout lieu. Cela nécessite toutefois de mettre en œuvre des solutions adaptées à son environnement. Par exemple, en fonction des climats, l’architecture associée aux bâtiments peut changer. Aujourd’hui, les modes d’isolations et de chauffage sont bien maîtrisés et performants. L’enjeu thermique majeur de ce type de bâtiment relève plutôt des techniques de climatisation et de ventilation.

Passé et présent

Préhistoire : les premiers types d’habitations sont des grottes où les fonctionnalités premières étaient celle d’un abri: sécurité et protection des intempéries.

- 8000 : avec la sédentarisation et la naissance de l’agriculture, les bâtiments ont de nouvelles fonctionnalités (stockage de cultures, etc.)

Époque gallo-romaine : les premiers éléments de confort thermique et hygiénique apparaissent dans les bâtiments avec des solutions de chauffage central, de ventilation, etc.

Années 1970 : les crises pétrolières sont à l’origine des premières réglementations thermiques du bâtiment en France.

2000 : le premier bâtiment à énergie positive est construit en France.

A fin 2013, près de 28 millions de résidences principales en France étaient totalisées par l'Insee, soit autant de bâtiments qui ne sont pas, ou peu, aux normes thermiques à venir (RT 2012). Les industriels entendent bien bénéficier du marché prometteur créé par cette mise en conformité.

Futur

L’avenir du bâtiment à énergie positive s’inscrit dans une dynamique d’optimisation énergétique globale, impliquant une évolution des infrastructures et une meilleure gestion de l’énergie (réseaux intelligents).

Des réflexions sont menées sur les interconnexions envisageables, à l’instar de projets d’urbanisme conciliant moyens de transport individuels et bâtiments. Par exemple, des véhicules électriques pourraient charger leur batterie à partir du surplus d’énergie généré par les bâtiments à énergie positive. Ils seraient ainsi utilisés comme moyen de stockage.

En septembre 2015, le premier îlot « mixte » à énergie positive (habitations et bureaux) de France, baptisé « Hikari »,  a été inauguré à Lyon.

Selon les futures RT soutenues par le Grenelle de l’environnement, les bâtiments à énergie positive deviendraient la norme d’ici à 2020 pour les bâtiments résidentiels neufs.

En images

Green office en images
Caractéristiques de Green Office, bâtiment à énergie positive conçu par Bouygues Immobilier.

Concrètement
Pour évaluer la pertinence environnementale d’un projet, une Analyse de Cycle de Vie (ACV) est réalisée sur les bâtiments en construction. Elle comptabilise la globalité de l’énergie consommée, de la construction au recyclage ou destruction du bâtiment. A titre d’exemple, une cellule photovoltaïque doit fonctionner au minimum cinq ans en moyenne pour compenser l'énergie utilisée pour la fabriquer(7).
Le saviez-vous ?

En France, le mode veille de l’ensemble des appareils domestiques mobiliserait en permanence une puissance de 2 300 MW en France, soit l’équivalent de la capacité installée de deux réacteurs nucléaires.