Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.
Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.
Après avoir relevé et normalisé les consommations de chauffage des différents bâtiments du parc, il est classique de sélectionner celui qui sera prioritaire en terme d’amélioration. C’est l’objet de la méthode du cadastre énergétique ci-dessous. Elle sélectionnera le bâtiment à auditer ou à faire auditer par un spécialiste.
Mais il est peut-être utile de prendre en considération les alternatives ci-dessous :
Alternative 1 : plutôt que de se focaliser sur un seul bâtiment, il est possible de décider d’actions transversales prioritaires, c.-à-d. de mesures très rentables qui seront appliquées à tous les bâtiments en parallèle. Par exemple, appliquer toutes les mesures « + + + + » du classement des mesures les plus rentables.
Alternative 2 : à défaut de pouvoir réaliser un audit du bâtiment, ou en plus de cette démarche, il est possible d’intégrer dans le cahier des charges de la société de maintenance les mesures qui sont les plus rentables et de son ressort.
Le cadastre énergétique permet de classer différents immeubles d’un patrimoine en fonction de leur qualité énergétique et donc de l’urgence d’entreprendre des interventions URE.
Tout dernièrement, sur l’impulsion de la Région wallonne, les Facilitateurs URE de Wallonie ont crée un modèle de cadastre énergétique mis a disposition en ligne pour les communes et institutions désireuses de suivre et gérer leur consommations.
Si le calcul ne doit pas faire l’objet d’une réglementation, une méthode simplifiée est accessible :
On divisera la consommation de chaque bâtiment par sa surface chauffée, exprimée en m². Le ratio en kWh/m² le plus élevé sera l’indice du bâtiment le plus « mauvais » sur le plan énergétique. Au passage, on pourra alors déjà se comparer aux consommations du secteur.
Il se peut que le plus mauvais bâtiment… soit très petit, et que donc le potentiel d’économie d’énergie soit faible. Il sera alors plus opportun d’attaquer d’abord un bâtiment d’un peu meilleure qualité, mais dont la consommation importante amortira beaucoup mieux les investissements (un appareil de régulation représente le même investissement dans un petit bâtiment que dans un grand). Dans ce but, on multiplie le ratio trouvé précédemment par la consommation du bâtiment. On fait donc (consommation /surface chauffée) x consommation, exprimé en [kWh²/m²]. Le plus grand nombre trouvé est sans signification, mais c’est celui dont le potentiel d’économie d’énergie est le plus grand.
Méthode officielle
Il existe une méthode plus rigoureuse, plus proche de la performance énergétique exacte d’un bâtiment. Ce type de classement est d’ailleurs demandé dans le cadre du programme de subsides UREBA.
Deux critères vont mettre en évidence les immeubles les plus déficients :
l’indice énergétique E,
l’indice énergétique pondéré ECaPi.
L’indice énergétique E
L’indice E est un critère estimatif de la qualité énergétique d’un immeuble.
Un indice E élevé est donc le reflet, soit d’une enveloppe thermique mal isolée et peu étanche, soit d’une installation de chauffage défectueuse, soit encore de la présence simultanée des deux phénomènes.
Il devrait donc être donné par un ratio du type :
ηexpl. = rendement saisonnier de l’installation (en décimales).
Plus l’enveloppe est une passoire, plus kglm est élevé. Plus l’installation de chauffage est défectueuse, plus ηexpl. diminue. Dans les deux cas, E augmente.
Hélas, un tel calcul semble complexe puisque ces valeurs sont inconnues et difficiles à mesurer…
Astuce ! on peut retrouver ce même ratio en partant de données beaucoup mieux maîtrisées. En effet, l’indice E peut aussi être calculé par la formule suivante :
Consommation x PCI
E =
Se x ΔT°m x durée saison
dont les différents coefficients sont connus :
Consommation =
Consommation annuelle en unités physiques de combustible (m³ de gaz, litre de fuel,…). Idéalement, on prendra la moyenne sur trois années consécutives des consommations normalisées (c’est-à-dire ramenées à un climat type moyen).
Surface extérieure de l’enveloppe du bâtiment (attention, c’est bien la surface totale des façades extérieures, du plancher et de la toiture et non la surface au sol du bâtiment).
ΔT°m =
T°IntMoy – T°ExtMoy = écart entre la température moyenne intérieure du bâtiment, et la température extérieure moyenne du lieu.
Durée saison =
Durée de la saison de chauffe = du 15 septembre au 15 mai = 242 jours x 24 h/j =± 5 800 h.
À noter que le produit : ΔT°m x durée saison, peut encore se calculer par la méthode des « degrés-jours corrigés », pour arriver au même résultat.
A quelle valeur de E s’attendre ?
Pour le coefficient kglm, k global moyen d’une enveloppe (y compris la ventilation du bâtiment), on peut s’attendre aux valeurs suivantes :
valeur actuelle pour un bâtiment performant : ηexpl > 0,8
valeur moyenne : 0,7 < ηexpl < 0,8
valeur basse : ηexpl < 0,6
Dès lors, E varie de 1,5 à 4 :
1,5
pour un bâtiment dont système et enveloppe ne posent pas de problème énergétique,
4
pour un bâtiment où diverses actions doivent être entreprises, tant sur le système que sur l’enveloppe.
L’indice énergétique pondéré ECaPi
Faut-il forcément investir dans un immeuble ayant un indice E élevé (donc très mauvais) ?
Si la consommation du bâtiment est faible, non. Un immeuble présentant un indice E plus moyen mais une consommation importante sera sans doute prioritaire !
Aussi, un deuxième classement est possible, basé sur le produit de l’indice E pondéré par la consommation annuelle. C’est l’indice ECaPi. Un indice ECaPi élevé est le reflet d’un potentiel d’économie d’énergie important.
ECaPi = E x Consommation x PCI
où la consommation est exprimée en unité de combustible.
À titre d’exemple : économiser 50 % d’énergie dans un immeuble consommant 10 000 l de fuel par an est plus difficile que d’économiser 15 % dans un immeuble consommant 50 000 l de fuel par an ! Et en plus, le gain financier est plus important dans le deuxième cas.
Il s’agit donc d’un critère quantitatif d’aide à la décision.
Un exemple
Soit deux bâtiments de bureaux, situés dans le Brabant, que l’on souhaite classer :
Cons.
125 067 litres
40 020 litres
Se
14 376 m²
3 200 m²
T°Int Moy
20°C – 3°C – 3°C = 14°C
20°C – 3°C – 3°C = 14°C
E
125 067 l x 9 950 Wh
14 376 m² x (14°C – 6,5°C) x 5 800 h= 2,0
40 020 l x 9 950 Wh
3 200 m² x (14°C – 6,5°C) x 5 800 h= 2,9
ECaPi
2,0 x 125 067 x 9 960 = 2,5 10 (exposant 9)
2,9 x 40 020 x 9 960 = 2,2 10 (exposant 9)
Conclusion : le premier bâtiment est thermiquement meilleur que le deuxième, mais le potentiel d’énergie récupérable y est plus important.
Pour parcourir l’exemple du cadastre énergétique des bâtiments du CBTJ, cliquez ici !
Plus de détails sur l’écart de température T°Int Moy-T°Ext Moy
La température intérieure moyenne équivalente T°Int Moy
T°Int Moy =
La température intérieure équivalente du bâtiment sur la saison de chauffe.
La température moyenne des locaux en journée – réduction pour les coupures de nuit et de week-end – réduction pour les apports gratuits.
La réduction pour les coupures (nuits, W.E., congés scolaires) est donnée approximativement dans le tableau suivant :
Hôpitaux, homes, maisons de soins
0°C
Immeuble d’habitation avec réduction nocturne
2°C
Bâtiments administratifs, bureaux
3°C
Écoles avec cours du soir
4,5°C
Écoles sans cours du soir et de faible inertie thermique
6°C
(Remarque : nous devrions écrire 2 K (2 Kelvins) pour respecter les conventions d’écriture en matière d’écart de température, mais nous tenons surtout à conserver nos lecteurs !)
La réduction pour les apports « gratuits » (équipements internes, personnes, soleil, …) est estimée en moyenne entre 2 et 3°C dans les anciens bâtiments. Elle peut être nettement plus élevée dans les bâtiments récents, bien isolés.
Cette réduction doit donc être adaptée en fonction des caractéristiques physiques du bâtiment : elle doit être augmentée si l’inertie thermique et l’isolation sont fortes et les apports internes sont grands (ordinateurs, éclairage, occupation, …), et diminuée si le bâtiment est peu vitré, par exemple.
Application
Prenons des bureaux maintenus à 20°C durant la journée, la température intérieure moyenne choisie pour les calculs sera de :
20°C – 3°C – 3°C = 14°C
Attention ! Cette température intérieure équivalente est fictive. En réalité, elle est bien de 17°C mais 3°C sont « fournis » par les apports « gratuits » et ne sont donc pas comptabilisés dans la facture de chauffage (à noter que les apports des appareils électriques sont payés… mais sur une autre facture). Les 14°C constituent donc une température équivalente fictive pour dimensionner la chaleur « consommée ».
La température extérieure moyenne équivalente T°Ext Moy
T°Ext Moy est la température extérieure moyenne équivalente durant la saison de chauffe. Voici sa valeur entre le 15 septembre et le 15 mai pour quelques endroits de notre région :
Uccle
6,5°C
Hastière
5,5°C
Libramont
3,5°C
Mons
6°C
Saint-Vith
2,7°C
Cette température est obtenue via la valeur des degrés-jours 15/15 du lieu, divisée par la durée standardisée de la saison de chauffe (242 jours, du 15 septembre au 15 mai).
Exemple.
Pour Uccle :
Degrés-jours 15/15 = 2 074 D°J,
2 074 / 242 jours = 8,5°C -> l’écart moyen de la température extérieure est donc de 8,5°C par rapport à 15 °C,
La température extérieure moyenne est donnée par : (15°C – 8,5°C) = 6,5°C.
Plus de détails sur la méthode de calcul
Comment est-on passé de :
E = kglm / ηexpl.
Vers
Consommation x PCI
E =
se x ΔTm x durée saison
Il faut repartir de l’évaluation de la consommation d’un bâtiment.
Décomposons :
Consommation en Wh =
Consommation en unités physiques (litres, m³,…) x PCI du combustible
Qu’est-ce que la consommation en unités physiques ?
Consommation en unités physiques =
Puissance moyenne de chauffe x durée saison de chauffe / Rendement saisonnier installation
Or la puissance moyenne de chauffe est donnée par :
Puissance moyenne de chauffe =
Puissance moyenne des pertes par les parois + Puissance moyenne des pertes par ventilation
où :
Puissance moyenne des pertes par les parois =
ks x Se x (T°Int Moy – T°Ext Moy )
Puissance moyenne des pertes par ventilation =
0,34 xβ x Volume du bâtiment x (T°Int Moy – T°Ext Moy )
où :
β est lui-même le taux de renouvellement d’air horaire du bâtiment et 0,34 correspond à la capacité volumique de l’air (0,34 Wh/m³.K).
Si l’on appelle « ΔTm » l’écart moyen entre intérieur et extérieur et « kglm » le coefficient global moyen de déperdition du bâtiment :
kglm= (KSe + 0,34 x β x V)/ Se
On peut alors avoir l’expression de la consommation sous la forme :
Consommation x PCI = kglm x Se x ΔTm x durée saison / ηexpl
En regroupant les termes plus faciles à déterminer du même côté de l’équation, on isole le ratio des deux termes difficiles à connaître et caractéristiques de la mauvaise performance du bâtiment :
Consommation x PCI / Se x ΔTmx durée saison = kglm / ηexpl= E
Ce qu’il fallait démontrer !
Une variante sur base des Degrés-Jours Pondérés
Il est possible de remplacer le produit ΔT°m x durée de la saison de chauffe par la valeur des degrés-jours pondérés x 24 h. C’est la méthode officielle préconisée par l’Université de Mons-Hainaut.
Exemple :
Prenons un immeuble de bureaux maintenu à 20°C durant la journée, la température intérieure moyenne choisie pour les calculs est de
20°C – 3°C – 3°C = 14°C
Imaginons qu’il soit situé à Mons, la température extérieure moyenne sera de 6°C.
Le produit « ΔT°m x durée de la saison de chauffe » sera de :
(14° – 6°) x 5 800 h = 46 400 D°h
Soit encore (en divisant par 24 h) :
1 933 D°J x 24 h
Dans le cadre du programme de subventions UREBA, l’Université de Mons-Hainaut propose une série de degrés-jours pondérés en fonction du lieu et du type d’activité.
C’est pour cela que l’indice E exprimé ci-dessus :
Consommation x PCI E = Se x ΔT°m x durée saison
Peut-être encore donné sous la forme :
Consommation x PCI E = Se x Degrés-Jours pondérés x 24
Ou encore, si le PCI est exprimé en Joules :
Consommation x PCI E = Se x Degrés-Jours pondérés x 24 x 3 600
La multiplicité des scores d’impact environnemental lorsqu’ils sont pris de manière individuelle constitue rarement une bonne base pour la prise de décision. C’est pourquoi, TOTEM permet de visualiser le profil environnemental d’un élément ou du bâtiment à l’aide d’un score agrégé. L’agrégation de tous les impacts environnementaux en un score unique s’inscrit dans cette logique « decision- making » et permet aux utilisateurs d’effectuer une sélection orientée vers la prise de décision quant aux solutions de construction.
Pondération selon la méthode PEF
Au sein du logiciel TOTEM, il est donc possible de calculer un score unique pour l’ensemble des dix-neuf indicateurs environnementaux. Dans la suite logique de la mise à jour de la norme EN 15804 + A2 en juillet 2021 sur laquelle TOTEM s’aligne, il a été décidé d’abandonner l’ancienne approche de monétisation et d’appliquer l’approche de pondération PEF (Performence Environmental Footprint). La méthodologie PEF calcule, sur base des indicateurs environnementaux caractérisés, un score unique au moyen d’une étape de normalisation suivie d’une étape de pondération.
L’approche de la pondération PEF comprend deux étapes : normalisation et pondération, qui sont ensuite regroupée dans une agrégation.
Normalisation
La normalisation vise à calculer l’ampleur du phénomène de l’indicateur de catégorie par rapport à un système de référence. Pour chaque indicateur environnemental, les valeurs caractérisées sont divisées par leurs facteurs de normalisation respectifs, exprimés en impact global annuel par habitant (sur la base d’une valeur globale pour l’année de référence 2010). Les résultats normalisés sont donc logiquement sans dimension.
TOTEM applique les facteurs de normalisation proposés par la plateforme européenne sur l’analyse du cycle de vie (EPLCA 2019). Par exemple, le facteur de normalisation pour le changement climatique est de 8,1 X 10³ kg CO2 eq./personne par an. L’ensemble des facteurs de normalisation utilisé dans la méthode PEF a été élaboré à partir de données statistiques sur les émissions et les ressources utilisées dans le monde pendant un an par habitant.
Pondération
Dans un deuxième temps, les valeurs normalisées sont pondérées en les multipliant par des facteurs de pondération afin de refléter l’importance relative perçue des catégories d’impact environnemental considérées. Par exemple, le facteur de pondération pour le changement climatique est de 21,06 %.
Les facteurs de pondération proposés sont calculés sur la base d’une combinaison d’ensembles de pondération :
un ensemble de pondérations provenant d’une enquête publique (25 %)
un ensemble de pondérations dérivé d’une enquête menée auprès d’experts en ACV (25 %), et
une approche hybride combinant des critères fondés sur des preuves (par exemple, l’étendue, la durée, la réversibilité des impacts…) et un jugement d’expert (50 %). Pour tenir compte de la robustesse des indicateurs d’impact, un facteur de correction (sur une échelle de 0,1 à 1) est appliqué aux facteurs de pondération afin de réduire l’importance des catégories d’impact dont la robustesse est faible (degré d’incertitude trop grande, données peu représentatives,…).
Agrégation
Après pondération, les résultats des différents indicateurs environnementaux peuvent être additionnés pour obtenir une note globale unique (exprimée en millipoints dans TOTEM). Le tableau ci-dessus un aperçu des facteurs de normalisation et de pondération.
Après normalisation et pondération, les scores peuvent être agrégés en un seul score. Dans les tableaux de résultats de Totem, un « facteur d’agrégation » par indicateur d’impact est donné sur la base de la combinaison des facteurs de normalisation et de pondération du PEF. Ces facteurs d’agrégation sont calculés en multipliant l’inverse de chaque facteur de normalisation avec son facteur de pondération correspondant et puis en multipliant par 1000 pour la conversion de Pt en millipoints.
Si vous voulez en savoir plus sur le score environnemental unique de Totem, nous vous recommandons la video ci-dessous :
Ventilation des résultats
Disposer d’un score unique permet de combiner des impacts différent, mais ne bride pas toute capacité d’analyse plus fouillée. Totem propose différentes décompositions des résultats, par indicateurs, composant, ou étape du cycle de vie.
Impact par indicateur
La figure ci-illustre la décomposition de l’impact environnemental d’un élément choisi en exemple est issu de la bibliothèque de TOTEM. Il s’agit d’un élément correspondant à la description suivante: Élément de toiture en pente / Recouvrement en ardoise_Fibre-ciment | Poutres_Bois résineux (172 mm – entraxe 400 mm) | Matelas_Laine de roche (170 mm) | Panneau_Plâtre.
Cette figure permet d’identifier facilement les impacts les plus impactant dans le score global de cet élément : dans ce cas, il s’agit de la contribution u changement climatique, de l’épuisement des ressources abiotiques et des émissions de particules fines.
Si vous voulez en savoir plus sur les différents indicateurs environnementaux utilisés dans TOTEM, nous vous recommandons la video ci-dessous :
Impact par composant
Le même exemple peut être analysé par composant :
On voit ici que 46% de l’impact est lié aux pertes de chaleur par transmission associée à cette paroi, et que le deuxième élément le plus impactant est lié au recouvrement en ardoise, ce qui suggère de mettre en question ce choix de recouvrement avant d’autres composants, tels que le matériau isolant (5% de l’impact uniquement dans ce cas).
Impact par étape du cycle de vie
Cette troisième visualisation permet de voir que la phase B6, représentant l’énergie de chauffage associée à l’élément, est de loin dominante. Deux autres phases se détachent : A1-A3, qui couvre la production des éléments, et B4, qui représente le remplacement de certains éléments durant le cycle de vie. Les étapes de transport et de fin de vie pèsent par contre peu, ce qui relativise les incertitudes pesant sur les scénarios de réemploi, recyclage ou traitement en fin de vie.
Le carbone biogénique est le carbone stocké dans la matière végétale sous forme de biomasse, par le processus de photosynthèse. La photosynthèse est le processus par lequel les plantes utilisent l’énergie solaire pour convertir le dioxyde de carbone et l’eau en glucose (sucre) et en oxygène.
L’idée derrière la notion de carbone biogénique est donc de tenir compte du fait que, au cours de la croissance des plantes, le carbone provenant du CO2 atmosphérique s’incorpore à la structure des molécules organiques qui constituent la biomasse. Par conséquent, cela peut être considéré comme une forme de séquestration du carbone. Cette capacité de captation du carbone atmosphérique par la biomasse est souvent utilisée dans le contexte de discussions sur les stratégies à adopter pour réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES).
Certains produits de construction, comme le bois, présentent donc un potentiel de stockage du carbone temporaire du carbone, et sont à ce titre considérés comme des puits naturels de carbone.
Dans Totem, la prise en compte du carbone biogénique concerne uniquement les matières biosourcées dont la formation est relativement rapide. Dans cette logique, TOTEM ne considère pas les produits pétroliers comme des puits à carbone biogénique même si ceux-ci sont issus de matières premières végétales mais dont la formation – bien au-delà de l’échelle humaine – est très longue.
La comptabilité du carbone biogénique
Deux méthodes sont possibles pour comptabiliser le carbone biogénique dans les analyses de cycle de vie :
Soit on comptabilise la fixation du carbone dans la phase de production. On doit alors également prendre en compte l’émission de ce carbone biogénique dans l’atmosphère lors de la fin de vie (ou le transfert vers le cycle de vie subséquent dans le cas du recyclage ou du réemploi).
Soit les deux flux de carbone biogénique (fixation et émission) sont négligés puisque le bilan global sur le cycle de vie est de toute façon nul.
TOTEM a chois d’appliquer la première méthode. Sur le cycle de vie complet, le bilan du carbone biogénique est donc considéré comme nul : la quantité absorbée pour produire la matière végétale est équivalente à la quantité émise ou transférée en fin de vie.
Les impacts sont déclarés dans les modules où ils se produisent. Cela signifie que l’absorption de carbone est déclarée au sein de la phase de production du cycle de vie et que les émissions, elles, sont déclarées dans la phase liée à la fin de vie. Il s’agit de la méthode « -1; +1 ».
Prenons l’exemple de l’élément de toiture inclinée nommé « TI_Pannes_Bois résineux_BIB_Reno_04 » de la bibliothèque TOTEM. Un stockage de 40 kg CO2 eq. est déclaré et comptabilisé dans la première phase du cycle de vie (modules A). A l’autre bout, aux modules C3 et C4 portant la fin de vie, sont déclarés respectivement 16 et 25 kilos de CO2 eq pour l’indicateur de l’impact « carbone biogénique ». Il y a donc un bilan carbone biogénique presque à l’équilibre puisqu’in fine, en tenant compte des arrondis, l’impact global vaut seulement 1,5 kg CO2 eq. (-40+16+25).
Si vous souhaitez en savoir plus sur la prise en compte des différents indicateurs environnementaux dans TOTEM, et notamment sur le carbone biogénique, nous vous invitons à visionner la video suivante :
Les matériaux biosourcés dans TOTEM
Les matériaux de construction biosourcés sont des matériaux d’origine végétale ou animale, dérivés de la biomasse ou des matériaux d’origine biologique, excluant les matériaux intégrés dans des formations géologiques et/ou fossilisés. Ils se trouvent dans leur état naturel ou sont synthétisés ou manufacturés par traitement physique, chimique ou biologique utilisant de la biomasse.
Sur base de cette définition, une classification a été réalisée de l’ensemble des matériaux utilisés dans TOTEM, le label biosourcé n’étant attribué qu’aux matériaux dont la majorité du contenu est biosourcé. Par exemple, un profilé FJI composé des matériaux « bois lamellé » et « OSB », tous deux biosourcés, sera luio aussi considéré comme tel. Par contre, un panneau sandwich composé de panneaux agglomérés et d’isolation synthétique n’est pas considéré comme biosourcé car seul le panneau aggloméré l’est.
Dans la bibliothèque des composants, un filtre (Biosourcé, Non biosourcé) est disponible afin de n’afficher que ces derniers.
