EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE ET ÉNERGIE RENOUVELABLE

Généralités

L’efficacité énergétique est un axe majeur et un composant essentiel pour le green building. Elle devient même le critère majeur de son succès. Le green building doit toujours être équipé de solutions qui permettent de mieux gérer l'énergie électrique, réduire la consommation  et contribuer à fournir une énergie de qualité. 

Cette efficacité peut se traduire dans la maison par des détecteurs de présence, des équipements domotiques complets. Toutes ces solutions permettent de piloter et de programmer l’éclairage, le chauffage et les autres postes de consommation pour optimiser leur utilisation à moindre coût. Dans les bâtiments tertiaires, les solutions sont multiples pour réduire les consommations d’énergie et favoriser ainsi la réduction des gaz à effet de serre aussi bien pour la gestion de l'éclairage, la gestion des équipements bureautiques, l’éclairage de sécurité, la mesure et la surveillance des infrastructures. Dans les constructions, les batteries de condensateurs accroissent le rendement de l’installation et les analyseurs de réseaux permettent d’effectuer des mesures sur la consommation et la qualité de l’énergie.

Les sources d'énergies renouvelables présentent l'avantage d'être disponibles en quantité illimitée. Leur exploitation est un moyen de répondre aux besoins en énergie tout en préservant l'environnement. Les principales formes d'énergie renouvelables sont l’énergie solaire, l’énergie éolienne, l’énergie issue de la biomasse, l’énergie géothermique, l’énergie hydraulique, etc.

L’énergie produite par les panneaux photovoltaïques est une composante incontournable de la production d’énergies renouvelables qui doit répondre au double enjeu de l’intégration aux bâtiments et d’une production optimisée. De lourds investissements à travers différents projets dans le monde sont engagés dans des technologies énergétiques propres pour l’efficacité et les énergies renouvelables, afin de renforcer l'économie, la protection de l'environnement, et  la réduction de la dépendance au pétrole.

Efficacité énergétique et green building

Le gaspillage

Depuis dix ans, les observateurs dénoncent les pics de consommation d’énergie liés aux équipements de climatisation de confort. Ils pointent, entre autres, un dimensionnement inadéquat, des entretiens et une maintenance inexistants ou inadaptés, le maintien de certaines technologies obsolètes et énergivores. Afin de stopper ce gaspillage énergétique, les systèmes de climatisation sont soumis à une inspection régulière. En effet, un décret et un arrêté imposent désormais aux propriétaires une inspection régulière, au moins tous les cinq ans, par un technicien certifié. 

Il s’agit du décret 2010-349 du 31 mars 2010 et de l’arrêté du 16 avril 2010. Ces textes poursuivent la déclinaison en France de la directive européenne sur la performance énergétique des bâtiments (DEPEB) et du Grenelle de l’Environnement. L’objectif est de mettre fin au gaspillage énergétique. Les systèmes de climatisation et les pompes à chaleur réversibles d’une puissance frigorifique nominale supérieure à 12 kilowatts sont des équipements utilisés pour le confort. Ils affichent des consommations d’énergie sans rapport avec les besoins réels, soit parce qu’ils sont mal dimensionnés, soit parce qu’ils ne sont pas correctement entretenus ou gérés. Les systèmes de refroidissement à visée informatique ou industrielle n’entrent pas dans le périmètre de ces textes. Le gaspillage n’a aucune place dans le green building.

Electricité spécifique

L'électricité spécifique correspond à l'électricité nécessaire pour les services qui ne peuvent être rendus que par l’usage de l'énergie électrique. On ne prend pas en compte dans l'électricité spécifique : l'eau chaude, le chauffage et la cuisson qui peuvent utiliser différents types d'énergie. La consommation d’électricité spécifique a doublé durant ces vingt dernières années et cette tendance devrait se poursuivre. Le choix des équipements électroménagers performants est donc très important dans un green building.

Les appareils performants permettent de faire des économies notables sur la facture d’électricité spécifique. Par exemple, l’économie générée par l’achat de lampes basse consommation est d’un facteur 4 par rapport à l’achat de lampes à incandescence. Pour les appareils de production de froid, les différences de consommation entre deux appareils identiques neufs peuvent aller de 1 à 3. Il faut noter aussi qu’un appareil neuf peut consommer jusqu’à 6 fois moins qu’un vieil appareil.

Economie d’énergie

On entend par économies d’énergie l’ensemble des actions économiquement rentables entreprises pour réduire les consommations d’énergie, par la mise en place d’équipements adaptés dans les installations électriques, par exemple. L’objectif est aussi de consommer l’énergie de façon optimale (par exemple, la récupération de chaleur perdue dans les gaz de combustion ou la valorisation énergétique des déchets). Il faut savoir que les économies d’énergie ne concernent pas uniquement l’électricité. Le respect de gestes simples au quotidien associés à un choix judicieux d’équipements permet également de maîtriser la consommation de toutes les autres formes d’énergies (gaz, fioul…). Dans un bâtiment green building, la recherche d’économies d’énergie est prioritaire.

Les principales mesures permettant des économies d’énergies regroupent les actions suivantes :
•    bonne isolation thermique de toutes les parties extérieures (murs, fenêtres, toit, etc.) ;
•    suppression des ponts thermiques et autres « fuites d’énergies » ;
•    bonne étanchéité de l’enveloppe extérieure du bâtiment ;
•    réduction des déperditions thermiques dues à la ventilation ;
•    efficacité d’une chaudière à inertie réduite.
•    optimisation de la gestion de l’électricité (la réduction de la puissance installée, la gestion centralisée, l’utilisation des équipements de gestion d’éclairage, etc.).

L’énergie renouvelable

Le système solaire

L’énergie solaire est à l’origine du cycle de l’eau et du vent. Le règne végétal, dont dépend le règne animal, l’utilise également en la transformant en énergie chimique via la photosynthèse.
A l’exception de l’énergie nucléaire, de la géothermie et de l’énergie marémotrice, l’énergie solaire est à l’origine de toutes les énergies sur Terre. Inépuisable à l’échelle du temps humain, l’énergie solaire est aussi abondante. On estime que la terre reçoit du soleil environ 10 000 fois la quantité totale d’énergie consommée par l’ensemble de l’humanité. Les technologies de captage de l'énergie solaire peuvent être classées en trois catégories : le solaire photovoltaïque, le solaire thermique et le solaire thermodynamique. L’utilisation de l’énergie solaire occupe une large place dans le green building.

Les systèmes de chauffage solaires peuvent être installés dans tous les types de bâtiments. L’utilisation de l’énergie solaire pour préchauffer l’air extérieur avant son admission à l’intérieur d’un bâtiment peut contribuer à réduire considérablement les frais de chauffage dans le résidentiel comme dans le tertiaire. Les systèmes de chauffage solaires sont particulièrement efficaces pour les grands bâtiments, comme les hôpitaux, les hangars, les écoles et les gymnases, de même que pour les immeubles résidentiels à plusieurs étages. Pour rendre l'électricité solaire accessible à grande échelle, des scientifiques et ingénieurs du monde entier tentent depuis longtemps de développer une cellule solaire à faible coût, qui est à la fois très efficace et facile à fabriquer, avec un débit élevé.

La grande majorité des systèmes de chauffage solaire nécessitent l’installation verte de murs solaires. Les murs solaires peuvent être posés sur des bâtiments neufs ou existants. Les murs solaires ne nécessitent pratiquement aucun entretien, ne comportent aucun liquide ni aucune pièce mobile autre que les ventilateurs liés au système de ventilation. De plus, les murs solaires fonctionnent par temps nuageux et durant la nuit, même si leur efficacité est alors moins grande. Le retour sur investissement est de deux ans, grâce aux économies d’énergie qu’ils génèrent.

La géothermie

La géothermie consiste en l’extraction de l’énergie contenue dans le sol afin de l’utiliser pour la climatisation, le chauffage ou pour la transformer en électricité. La mise en place d'un système de pompes à chaleur géothermique représente un investissement important, mais il permet d’être propriétaire d'une source inépuisable d'énergie qui procurera de 60% à 70% de l’énergie de chauffage du bâtiment. Les systèmes de géothermie peuvent être installés sur des maisons neuves ou en rénovation. La géothermie permet donc de réduire considérablement l’utilisation d’énergies fossiles ou électriques qui émettent beaucoup plus de gaz à effet de serre et qui sont généralement moins rentables à long terme. La géothermie est naturellement un paramètre du green building.

La géothermie possède des atouts importants. En effet, la chaleur du sous-sol est présente partout sur terre. La géothermie est une source d’énergie quasi-continue non dépendante des conditions atmosphériques. Selon la structure des formations géologiques ou la composition des roches, cette énergie sera plus ou moins facile à extraire. Ces technologies sont classées en deux catégories : la géothermie profonde et la géothermie de surface.

D’autres sources d’énergies

Avec l’énergie solaire et la géothermie, l’énergie éolienne est la troisième grande source d’énergie du green building. L’énergie éolienne est aujourd’hui l’énergie propre la moins coûteuse à produire, ce qui explique l’engouement fort pour cette technologie. Les recherches en cours pourraient lui laisser pendant encore de nombreuses années cette confortable avance. L’énergie de l’eau ou énergie hydraulique est majoritairement produite par le déplacement ou l’accumulation d’eau douce ou d’eau de mer. Omniprésente, l’eau joue un rôle prépondérant dans le transport d’énergie autour de la planète. 

La biomasse est à l’origine issue de la photosynthèse, l’énergie solaire étant stockée sous forme d’hydrates de carbone par les végétaux qui utilisent le gaz carbonique atmosphérique. Le terme "biomasse" désigne au sens large l’ensemble de la matière vivante (la masse totale de matière vivante). Dans le domaine de l’énergie, le terme de biomasse regroupe l’ensemble des matières organiques pouvant devenir des sources d’énergie sous forme de biogaz, de biocarburants ou directement par combustion : le bois et les déchets organiques d’origine agricole ou urbaine, etc. L’énergie de la biomasse est exploitée par les filières du biogaz, des biocarburants et du bois.

Le système radian est un système de chauffage confortable. En effet, le chauffage radiant communique la chaleur du plancher directement à votre corps en plus de chauffer l'air ambiant. Les systèmes de chauffage radiant assurent une température uniforme dans toutes les pièces ou aires de plancher, en toutes saisons. Le chauffage radiant est également une arme contre la transmission de la poussière et du pollen qui caractérise les systèmes de chauffage à air chaud.

LA GESTION DURABLE

La gestion durable de l’eau

L’économie d’eau dans un green building

La disponibilité de l'eau douce est devenue un sujet de préoccupation croissant dans un contexte où les pays développés et en développement sont engagés dans une véritable course pour des ressources qui se raréfient inexorablement. Le green building doit donc être conçu de façon à exploiter l'eau efficacement. La gestion des eaux usées, l'eau d'irrigation et les eaux de ruissellement sont également essentielles pour une approche durable.

L’utilisation de robinets mitigeurs diminue la consommation d’eau car il est plus facile de régler la température. Les robinets à jet d’eau restreint laissent passer moins d’eau sans qu’on s’en aperçoive lors de l’utilisation. Le gaspillage par négligence est à éviter. En effet, réparer un robinet d’eau qui fuit peut être pénible. Mais faute d’étanchéité convenable, des dizaines de millions de mètres cubes d’eau se perdent chaque année rien qu’en France.

Les robinets mitigeurs thermostatiques permettent également de réaliser des économies. En effet, comme l’eau coule à la température prédéterminée, on économise l’eau qui se perd habituellement lors du réglage de la température de la douche. Une stratégie efficace et durable d’économies d’eau repose aussi sur la connaissance ou la prévision des consommations, la traque et la prévention des fuites. Le remplacement du matériel inadapté et l’utilisation de dispositifs «hydro-économes», la communication et la sensibilisation des usagers sont également des sources potentielles d’économie d’eau.

La récupération et utilisation des eaux de pluie

L’eau de pluie qui est une ressource naturelle inépuisable a sa place dans le green building. Collectée en aval de toiture, l'eau de pluie est stockée dans une cuve après ruissellement sur le toit. Qu'elle soit polluée ou non, l'eau de pluie est naturellement légèrement acide (pH de 5 à 6) en raison de sa teneur en dioxyde de carbone CO₂ présent dans l’atmosphère. Grâce à cette acidité, il est recommandé de ne pas la stocker dans des matériaux plastiques ou métalliques. Pour les usages domestiques, l'idéal est une citerne en béton ou pierre calcaire qui permet de bien neutraliser l'acidité naturelle de l'eau de pluie.

L’eau de pluie n’est que rarement récupérée et souvent utilisée pour le jardin uniquement. Son usage doit pourtant se systématiser à la fois pour désengorger les réseaux d’évacuation et pour économiser une ressource qui se raréfie et pèse sur le budget des ménages. Le « bon sens paysan » a toujours poussé à mettre un récipient sous sa gouttière afin de récupérer l’eau de pluie. Optimisée, la récupération permet d’être autonome en eau, sans que cela soit forcément visible, ni inesthétique. 

Dans certains bâtiments, les eaux pluviales sont récupérées, traitées et réutilisées dans le cadre d'applications qui ne requièrent pas d'eau potable. Ce type de solution contribue à diminuer les besoins en eau douce au niveau du réseau public tout en évitant la propagation de polluants par les ruissellements. D'autres solutions ont vu le jour, comme les toits verts qui, en plus de stopper les eaux pluviales, apportent une oasis de verdure en milieu urbain et bien d'autres avantages.

La réduction des déchets et de substances toxiques

Une bonne conception du green building aide les occupants à réduire la quantité de déchets générés, elle offre ainsi des solutions telles que des bacs de compostage, afin de réduire la quantité de matière à enfouir. L’architecture verte vise également à réduire le gaspillage d’énergie, d’eau et les matériaux utilisés pendant la construction. Cela diminue considérablement la quantité de matériau à envoyer à la décharge pendant la phase de construction. Le green building évite l’enfouissement systématique des matériaux issus des bâtiments en fin de vie, par le recyclage et la récupération. L'extension de la durée de vie utile d'une structure permet également de réduire les déchets.

La qualité de l’air intérieur  (QAI) est un facteur important dans le green building. Pour cela, il faut aussi chercher à réduire les composés organiques volatils ou COV, et d'autres impuretés de l'air tels que les contaminants microbiens. Le système de ventilation doit être bien conçu pour assurer une ventilation adéquate et filtration de l'air ainsi que d'isoler les opérations (cuisines, nettoyage à sec, etc.) à partir d'autres occupations. 

Lors de la conception et de la construction, le choix des matériaux de construction et des produits de finition intérieure est fait pour réduire aussi les substances toxiques dans le bâtiment. En effet, de nombreux matériaux de construction et de nettoyage / produits d'entretien, dégagent des gaz toxiques, tels que les COV et le formaldéhyde. Ces gaz peuvent avoir un impact négatif sur la santé des occupants. En évitant ces produits, on va augmenter la qualité des environnements intérieurs (IEQ) d'un bâtiment.

LES MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION D’UN GREEN BUILDING

La structure bois

Le bois occupe une place primordiale en matière de green building. Il existe de nombreuses possibilités en matière de structure bois. On peut opter pour des murs en madriers de bois massif, des murs en madriers lamellés-collés et enfin l’ossature bois, très bien adaptées au milieu urbain puisque d’extérieur elles sont d’aspect identique à une construction classique. Les fondations de ces constructions sont en béton.

Les avantages résident dans le fait que le bois est un matériau sain ne générant ni radon, ni électricité statique. Le bois se protège de façon naturelle puisqu’il contient des polyphénols d’origine végétale qui ont un effet désinfectant. C’est aussi un excellent régulateur thermique et hygrométrique, régulant l’humidité ambiante comme les autres matériaux de construction d’un green building.

L’un de ces nombreux avantages résident dans sa légèreté, il résiste très bien à la traction et à la compression dans le sens de l’axe de l’arbre. Il possède des propriétés isolantes importantes ce qui permet de faire des murs porteurs moins épais. Le bois est un très bon isolant aussi bien en hiver qu’en été et participe de fait à cette grande inertie thermique nécessaire tant en hiver, pour garder la chaleur à l’intérieur, qu’en été, pour garder la fraîcheur. Il diminue de manière conséquente la consommation de chauffage en hiver.

La brique mono-mur terre cuite

La brique prend une place de plus en plus importante pour le green building. La brique mono-mur terre cuite ne nécessite pas de doublage isolant ni par l’intérieur, ni par l’extérieur. Il s’agit d’un matériau auto-isolant. Cette isolation thermique est en fait une combinaison de l’isolation et de l’inertie thermique obtenues par une multiplication des alvéoles d’air et un allongement du parcours thermique traversant le mur. Isolant régulateur thermique, barrière hygrométrique, résistant et pérenne, le mono-mur terre cuite affiche ses performances avec sérénité. Elles sont aujourd’hui démontrées et chiffrées par un ensemble d’études et de tests.

A tous ces avantages, le mono-mur terre cuite ajoute une technologie qui simplifie sa mise en œuvre, respecte l’ensemble des règlements de construction et fait de ce matériau un concept d’avenir de plus en plus apprécié par les constructeurs. Il présente un indice de sécurité très rassurant. En cas d’inondation, les caractéristiques du mono-mur terre cuite demeurent intactes après séchage, ce qui n’est pas le cas avec une isolation par l’intérieur. Sans isolation complémentaire, le mono-mur terre cuite est totalement incombustible. Il ne dégage aucun gaz toxique en cas d’incendie. Les éléments du mono-mur terre cuite permettent de construire aisément des bâtiments en conformité avec les règles de construction parasismique.

C’est un climatiseur naturel qui garde ses propriétés durant toute sa durée de vie. En hiver, la brique absorbe la chaleur du chauffage et la rediffuse en douceur par rayonnement et permet de diminuer d’environ 10% la consommation d’énergie quelle qu’elle soit. En été, elle régule de manière naturelle la température et permet de garder la fraîcheur de la ventilation nocturne toute la journée compte tenu de sa très grande inertie thermique et à condition de ne pas laisser entrer la chaleur la journée en ouvrant les fenêtres.

Le béton cellulaire

Le béton cellulaire, encore appelé thermo-pierre, est un béton très léger qui est très intéressant pour le green building. C’est une combinaison d’eau, de sable siliceux, de ciment, de chaux et d’air. La chaux va réagir au contact de la poudre d’aluminium présente dans une proportion de 0.05% en dégageant de l’hydrogène, gaz qui va créer les pores. Après durcissement, on obtient un matériau assez léger d’une densité de 400 Kg/m3 et contenant des milliers de bulles d’air piégées (jusqu’à 80% du volume) lui conférant d’excellentes caractéristiques thermiques. De plus, l’agent d’expansion, provenant du recyclage après liaison chimique avec la chaux, forme des aluminates de calcium non toxiques.

Les matières employées dans sa fabrication font de lui un matériau écologique car il respecte l'environnement. Il est 100 % recyclable et l'on peut l'utiliser pour combler les remblais sans risque de pollution des sols. La thermo-pierre possède une inertie thermique importante et permet une correction efficace des ponts thermiques. Elle présente une résistance au feu exceptionnelle, car supérieure à 6h. L’isolation phonique prise en compte dans la démarche HQE est de 49 dB.

Les performances d'affaiblissement acoustique de ces blocs permettent de satisfaire aux exigences les plus élevées de la réglementation acoustique en vigueur pour les murs extérieurs. Le béton cellulaire est un matériau minéral naturel, incombustible. Il assure une protection remarquable contre le feu et son utilisation courante dans l'industrie et les locaux à protéger est très appréciée. Imperméable à l'eau, un mur en béton cellulaire respire. Il constitue un véritable régulateur hygrométrique : il adoucit l'air sec par diffusion de vapeur et absorbe l'humidité excessive d'une ambiance humide. Il crée ainsi un climat sain et agréable dans toute la maison. 

Un des atouts de la thermo-pierre contrairement aux autres matériaux est la maîtrise des températures intérieures grâce à l'inertie thermique. L'inertie thermique de ce matériau permet de garantir une très forte atténuation des amplitudes de température extérieure. Elle a la capacité importante d'accumuler la chaleur et de la restituer. Ceci se traduit par une réduction de la durée de chauffage en demi-saison, et assure même une climatisation naturelle en été.

La structure euromac2

Ce système constructif est composé de deux parois de coffrage isolant en PSE (polystyrène expansé de haute densité) reliées par des entretoises métalliques renforcées dans leur partie latérale par des fers plats. Un tel système permet de couler le béton à l’intérieur de ce coffrages jusqu’à une hauteur de 3.6 m en une seule fois. Ce système de mur est totalement parasismique et a une épaisseur variable de 0,25 m à 0,45 m avec une très bonne isolation phonique et thermique. 

Outre ses qualités exceptionnelles d’isolation thermique, il assure une très bonne isolation phonique ainsi qu’un effet coupe-feu variant de 90 à 120 minutes, en fonction de l’épaisseur du mur. Il possède de fait une isolation par l’intérieur et l’extérieur, supprimant ainsi tous les ponts thermiques et assurant une protection totale du bâti. Ce type de construction permet des hauteurs importantes (jusqu’à 10 étages) et des sous-sols enterrés.

Avec son concept d’isolation renforcée de toutes les parois extérieures et de l'inertie lente de ses murs. Euromac2 (murs, dalle, toiture) se prête particulièrement bien pour la réalisation des bâtiments BBC (effinergie, minergie et maisons passives) et convient bien au green building.

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