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.
Explorant l’impact environnemental des parois dans la rénovation énergétique, ce dossier thématique aborde la dimension de durabilité en construction.
Ce dossier a été réalisé notamment grâce à l’outil TOTEM, qui évalue les choix de matériaux et techniques dans le contexte de l’économie circulaire. Par une série d’analyses de parois (toitures plates, façades maçonnées, murs creux, dalles sur sol, …), nous mettons en lumières les choix les plus adéquats en fonction de la situation, pour une gestion plus éco-responsable du bâti existant.
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
L’importance de l’isolation thermique dans les bâtiments tertiaires ne fait aucun doute, non seulement pour réduire la consommation d’énergie, mais aussi pour créer un environnement intérieur confortable tout au long de l’année. Cependant, une question se pose : est-ce que certains matériaux isolants offrent un meilleur confort thermique en été que d’autres ?
C’est l’un des arguments de vente de certains fabricants. La capacité thermique de leurs isolants étant plus élevée, ils contribueraient à augmenter le déphasage thermique et donc le confort d’été.
Théoriquement, la vitesse de propagation de la chaleur dépend de la conductivité thermique (W/m.K) et de la capacité thermique volumique (J/m3.K) de la paroi. L’augmentation de température de la paroi intérieure survient donc après un certain laps de temps, appelé déphasage, et de manière atténuée, grâce à l’isolation.
Définition : Capacité thermique
Quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré (Kelvin) la température d’un m3 de matériau.
La capacité thermique d’un matériau est la quantité de chaleur nécessaire pour élever d’un degré (Kelvin) la température d’un mètre cube (m³) de ce matériau. Elle est le produit de la masse volumique (exprimée en kg/m³) et de la chaleur spécifique Cp (exprimée en J/kg.K).
Pour éclaircir cette question, le CSTC (Centre Scientifique et Technique de la Construction, connu désormais sous le nom de Buildwise) a réalisé une simulation dynamique de la variation de la température dans une pièce sous toiture isolée, en utilisant des matériaux ayant des capacités thermiques différentes, tout en étant soumise à un épisode de canicule de 15 jours.
Exemple de deux isolants similaires au point de vue de leur conductivité thermique mais fort différents quant à leurs capacités thermiques
Isolant
Conductivité thermique
(W/m.K)
Masse volumique
(kg/m3)
Chaleur spécifique
Cp (J/kg.K)
Capacité thermique volumique
(J/m3.K)
Laine de bois
0,039
55
2000
110
Laine minérale
0,035
25
1030
26
Les conclusions du CSTC (Buildwise) indiquent que, bien que le déphasage et le confort en été augmentent en fonction de l’épaisseur de l’isolant, lorsque l’épaisseur d’isolant et la conductivité thermique sont équivalentes, l’impact de la capacité thermique du matériau utilisé reste relativement faible, en particulier par rapport à d’autres paramètres à prendre en compte.
Outre les propriétés intrinsèques des matériaux, voici les éléments qui ont le plus d’influence sur le confort thermique en été dans les bâtiments tertiaires :
L’épaisseur de l’isolant (et sa conductivité thermique) ;
Les protections solaires extérieures pouvant limiter l’apport solaire ;
La mise en place d’une ventilation nocturne intensive pour faire baisser la température intérieure ;
La réduction des sources internes de chaleur ;
La présence d’une masse thermique élevée et accessible, telle que le plafond ou le sol, qui contribue à l’inertie thermique du bâtiment.
Ces facteurs jouent un rôle essentiel pour assurer un confort thermique optimal en été dans les bâtiments tertiaires, qu’il s’agisse de rénovations, de constructions neuves ou simplement de la gestion quotidienne de l’énergie.
Article réalisé par l’ICEDD (Institut de Conseil et d’Etudes en Développement Durable) – https://www.icedd.be/.
Référence :
Dossiers du CSTC – N° 3/2010 – Cahier n°6 – Capacité thermique des isolants et risque de surchauffe
L’objectif des protections solaires est de maintenir un environnement intérieur confortable et sain en évitant l’éblouissement et la surchauffe. Il existe sur le marché différents systèmes d’ombrage, qui permettent de réguler la quantité de lumière solaire entrant dans une pièce et réduire le rayonnement solaire.
Afin de réduire la surchauffe du bâtiment, il existe principalement 2 systèmes, les protections solaires parallèles qui ont pour objectif de réduire les gains de chaleur solaire et l’éblouissement tout en préservant la lumière naturelle ou les protections solaires perpendiculaires fixe ou mobile, qui sont généralement plus efficaces, mais qui modifie de manière plus marquée l’esthétique de la façade.
Des systèmes automatisés
Les systèmes automatisés de protections solaires utilisent des capteurs de luminosité pour détecter la quantité de lumière du soleil et ajuster la position des dispositifs de protection solaire en conséquence. Cette fonction peut être contrôlée par une télécommande ou une application smartphone, et certains peuvent être programmés pour ajuster leur position en fonction de l’heure de la journée ou de la saison.
Ce système automatisé a été mis en place dans l’un des bâtiments de l’école des Verlaine. Vous pouvez le découvrir en parcourant la vidéo consacrée à l’école de Verlaine :
Slowheat est une démarche mettant en question le principe du maintien des températures intérieures dans les zones dites “de neutralité thermique”. Elle lui préfère une approche basée sur le chauffage direct des corps, l’adaptation comportementale, sociale et physiologique, et la valorisation des fluctuations naturelles des conditions d’ambiances. Le chauffage des espaces y est vu comme la solution de dernier recours. Cette démarche vient donc en complémentarité des efforts de rénovation énergétique. Elle offre un moyen d’action à court terme, complémentaire ou supplétif aux opérations de rénovation “classiques” qui nécessairement devront s’étaler dans le temps.
Slowheating (n.m.) : Pratique de chauffage développée dans le projet éponyme qui adapte nos façons d’habiter autour de sept principes et d’une idée centrale qui consiste à chauffer les corps distinctement des bâtiments. Elle poursuit l’objectif de concilier au mieux modération de la consommation et bien-être des habitants((Rapports de recherche Slowheat, disponibles sur www.slowheat.og)).
Principes
Les développeurs du slowheating proposent d’articuler cette pratique sur 7 principes :
On libère la pratique du chauffage. Chacun peut faire différemment selon ses besoins et son mode de vie.
On rediscute les normes de confort dans le ménage et dans la société plus largement. 20°C partout et tout le temps, c’est une construction sociale qui peut être questionnée.
On (ré)chauffe les corps de multiples manières. Différentes sensations de froid peuvent justifier différents moyen de se réchauffer.
On choisit de façon empirique les solutions qui nous conviennent. A chacun de se saisir de concept et d’essayer concrètement jusqu’à trouver son équilibre.
Toute consommation d’énergie est maîtrisée, elle est le fruit d’une décision raisonnée. Attendons d’avoir (un peu) froid pour chauffer.
Cette décision se base sur nos besoins et nos ressentis du moment : écoutons nos corps. Tant qu’on est bien, pourquoi chauffer ?
On favorise les voies les moins énergivores pour répondre à nos besoins en fonction des contraintes du moment. Apportons la chaleur où et quand c’est nécessaire. C’est le principe du chauffage de proximité.
Ressources
Nous vous invitons à découvrir la démarche slowheat en parcourant le site consacré à cette recherche : https://www.slowheat.org/recherche
Ce site a été réalisé par une coalition de cochercheurs née en octobre 2020, composée d’une vingtaine de citoyens dont 4 sont également présents en tant que chercheurs universitaires interdisciplinaires (Architecte, Ingénieur, Sociologue…) et 2 en tant que professionnels du terrain et des processus participatifs.
N’hésitez pas également à découvrir les pages Energie+ dédies aux solutions de chauffage de proximité, et à divers retours d’expérience (école, bureau, administration). En particulier, l’expérience Slowheat réalisée à l’école des Bruyères de Louvain-la-neuve :
Slowheat est une démarche inspirée du projet éponyme (www.slowheat.org) visant à assurer le confort thermique tout en réduisant les températures d’ambiance. Il se base sur différents principes, tels que le chauffage de proximité, la négociation des conditions d’ambiance, l’habituation progressive au froid léger, etc. L’expérience menée ici vise à identifier dans quelle mesure ces principes sont applicable dans une salle de classe.
Il s’agit donc d’équiper les enfants et animateurs en dispositifs de chauffe alternatifs et lowtech, mais aussi, par différents ateliers, de rassurer et outiller relativement au froid et capacités d’actions face à celui-ci. Grâce à cela, les classes pourront abaisser progressivement les températures d’ambiance et se tourner vers les solutions alternatives. Les questions centrales étant : jusqu’à quelle ambiance est-il possible de descendre, qu’est ce qui facilite cette diminution de température, et qu’est ce qui la freine ?
Description de l’école
L’école des Bruyère est une école primaire et maternelle, libre, subventionnée, non confessionnelle qui se réclame de la pédagogie Freinet. Elle est implantée à Louvain-la-Neuve depuis 1976 et occupe 3 bâtiments abritant chacun 6 à 8 classes et un bâtiment administratif. L’expérience est menée dans la “maison haute” qui regroupe les dernières années primaires, et concerne deux classes de 6P. En voici les caractéristiques :
Volume 2 504 m3 ;
Surface de déperdition 1 222 m2 ;
U moyen de l’enveloppe : 0.8 W/m2K, pour un niveau K56 (en comptant 5 % de nœuds constructifs).
Le bâtiment concerné date de 1976 et a subi différentes rénovations : remplacement des chaudières en 2007, remplacement des vitrages et châssis en 2010, relighting en 2011, isolation des bardages et toitures en 2017. La consommation moyenne de gaz de l’école est de 87 kWh/m2an.
Les compositions de parois actuelles sont les suivantes :
Paroi de brique : 0.29 W/m2K.
Bardage fibrociment : 0.24 W/m2K.
Toiture inclinée isolée par 20 cm de laine de roche 0.035 W/mK : 24 W/m2K ;
Plancher sur sol non isolé : 0.39 W/m2K ;
Double vitrage SGG Climaplus Ultra N de 1.1W/m.K , pour un UW estimée à 1.76 W/m2K.
Les classes ne sont pas équipée de système de ventilation.
Il n’y a pas de thermostat d’ambiance dans la maison haute. Les chaudière sont pilotées par la température du bâtiment administratif, une consigne de 20°C, des vannes thermostatiques et un horaire :
Jours
Ecole des Bruyères LLN Maison basse
Ecole des Bruyères LLN Maison commune
Ecole des Bruyères LLN Maison haute
Ecole des Bruyères LLN Maison maternelle
Lundi
4h30-14h30
6h00-22h30
4h30-17h00
6h00-22h00
Mardi
5h30-14h30
7h00-16h30
6h00-17h00
6h00-22h00
Mercredi
5h30-11h00
7h00-15h30
6h00-15h00
6h00-22h00
Jeudi
5h30-14h30
7h00-16h30
6h00-17h00
6h00-22h00
Vendredi
5h30-14h30
7h00-16h30
6h00-17h00
6h00-22h00
Samedi-Dimanche
7h00-7h10
7h00-7h10
7h00-7h10
6h00-22h00
Etape 1 : Présenter le projet aux parents, enfants et animateurs
L’idée de l’expérience a été discutée avec les animateurs de 6ème primaire dès l’année scolaire précédente. Il s’agissait de s’assurer de leur motivation, et de permettre la meilleure intégration possible de la démarche dans leur dispositif pédagogique.
Les parents ont été mis au courant mi-septembre, lors de la traditionnelle réunion de rentrée rassemblant les deux classes de 6ème : une courte information et l’ouverture à des questions ou commentaires. Vu le contexte de crise du prix de l’énergie, la proposition a été bien acceptée. Aucune crainte n’a été formulée : il a été bien expliqué qu’il ne s’agit pas d’avoir froid, mais d’essayer de se « réchauffer autrement ».
Enfin, les enfants des deux classes ont été rassemblés pour leur présenter l’idée, et répondre à toutes leurs questions. L’animation a durée 1h30 environ. Aucune inquiétude particulière n’est ressortie. Au contraire, les questions ne remettaient pas du tout en cause la démarche, mais en questionnaient la motivation :
Quel est le lien entre cette action et la pollution ? Et nous voilà partis pour une explication hyper rapide de l’effet de serre et du changement climatique.
Le rapport avec la couche d’ozone ? Aucun…
La motivation financière de la démarche ? Partager un ordre de grandeur du coût du chauffage dans l’école, et les interroger sur le coût chez eux. Certains enfants connaissaient assez précisément la facture de gaz mensuelle de leur habitation ! Signe que les questions de chauffage et du coût de l’énergie sont discutées dans les foyers.
Les enfants ont directement réagi avec beaucoup d’idées et de partages d’expérience (chez moi, on fait comme ça… chez untel, il y a tel système qu’on pourrait essayer… ). L’occasion d’expliquer aux enfants comment fonctionne, dans les grandes lignes, une installation de chauffage. Et de partir à la chasse au trésor, enfin, à la chaudière, en suivant les conduits de chauffage (les plus débrouillards ont vite regardé sur le plan d’évacuation incendie, ou repéré la cheminée). Petite visite de la chaufferie pour en présenter les principaux organes, et réaliser qu’elle tourne, malgré des températures encore élevées (plus de 20°C en fin d’après-midi).
Suite à cela, passage obligé : le formulaire de consentement et gestion des données (RGPD oblige). A signer par les enfants et les parents.
Etape 2 : Brainstorm
Mi-octobre, les enfants des deux classes ont pris part à des brainstorms par groupes de 4, pour rassembler le plus d’idées de réponses possibles à la question « Comment être bien s’il fait froid en classe ? ». Les réponses ont ensuite été mises en commun, parcourues ensemble, expliquées lorsque c’était nécessaire, et classées en différentes catégories. Parmi celles-ci, une catégorie « idées exclues » établie d’autorité par les animateurs du projet, essentiellement pour extraire celles présentant des risques de blessure ou incendie. Voici le tableau exhaustif des idées des enfants (les idées similaires mais exprimées différemment ont été regroupées par soucis de clarté) :
Catégorie
Idée
Occurrence
Aménagements de la classe
Un radiateur électrique, un poêle à pellets, une plaque chauffante sur le mur ou le toit ou entre les places, des citrouilles chauffantes… bref une source de chaleur dont on peut s’approcher.
9
Transformer quelques tables en kotatsu (table chauffante japonaise).
4
Une « cabane de couettes » : le coin cosy où on peut être bien.
2
Garder une pièce chaude où aller se réchauffer (l’atelier attenant à la classe ?).
2
Mettre des tentures sombres aux fenêtres.
1
Des tapis dans la classe.
1
Quelques chaises chauffantes.
1
Un tapis chauffant.
1
Placer des boudins de porte contre les courant d’air.
1
Activité à faire et/ou organiser ensemble
Boire de l’eau chaude, du thé, de la soupe, du chocolat chaud.. et donc s’organiser pour en avoir à disposition.
19
Faire en classe du sport, du yoga, des massages, une danse du matin, bouger, danser, sauter,… ensemble toutes les X minutes.
16
Mettre de la musique pendant les activités (pour se trémousser chacun sur son banc), chanter et danser en travaillant.
3
Se faire des câlins.
1
Faire des balades en vélo.
1
Crier pendant une minute.
1
Avoir plus de collations.
1
Mouvement, action à faire seul.e
Bouger ses jambes sous la table, se frotter les mains, se frictionner, se lever.
7
Venir à l’école à vélo pour avoir chaud en arrivant, courir à la récréation.
3
Se déplacer pour se mettre au soleil lorsqu’il pénètre en classe, ou s’approcher du radiateur lorsqu’il fonctionne.
3
Manger chaud à midi (mais il faut pour cela de quoi réchauffer nos repas).
2
Penser qu’on a chaud.
1
Se laver les mains à l’eau chaude après la récré.
1
Se souffler dans les mains.
1
Objets à avoir à disposition en classe (et donc à partager) – hors vêtements
Une armoire à coussins, un bac à couvertures.
15
Des bouillotes électriques ou à noyaux cerise, ou des pierres chaudes (mais il faut un micro-onde).
8
Avoir un pédalo sous sa table ou un vélo d’appartement en classe.
7
Un objet chauffe-main qu’on peut manipuler, peut-être posé sur la table.
5
Des coussins chauffants, couvertures chauffantes électriques.
4
Des isolants pour les pieds.
1
Un sèche cheveux.
1
Des casques chauffant (type coiffeur).
1
Des peluches, doudous.
1
Vêtement à avoir à disposition en classe
Des vêtements très chauds à disposition (doudounes, combi de ski, écharpes, sacs de couchage,…).
4
Des vêtements XXL à mettre à deux.
2
Des vêtements chauffants électriques.
2
Des chaussons chauffants.
2
Habitudes vestimentaires que chacun peut prendre
Multiplier les couches (triple paire de chaussettes, collant sous le pantalon,…).
8
Couvrir les extrémités : bonnets, moufles, chaussettes en classe.
6
Garder ses vêtements d’extérieur en classe.
4
Vêtements en laine, pulls tricotés par mamy.
3
Choisir des vêtements sombres (absorbent la chaleur).
1
Souffler sous son t-shirt.
1
Une combinaison de plongée sous ses vêtements.
1
Idées exclues car dangereuses, hors propos, ou inadaptées
Faire un feu, un barbecue, cuire des marshmallows ou des frites.
8
Se faire mal, se stresser, tomber malade, s’étouffer.
5
Mettre 3 personne par banc, se serrer (ingérable selon les animateurs).
2
Avoir des chats ou des moutons, un ours, des poules dans la classe (voir sur les genoux).
3
Courir en classe.
2
Chauffer la pièce avec des panneaux solaires.
2
Bouillottes à eau bouillante.
1
Idées farfelues, blagues
Réfléchir, se chauffer le cerveau avec des math.
6
Se renverser de l’eau glacée sur la tête.
1
Prendre des bains à 3 en classe, aller dans un jacuzzi.
2
Etre nu.
1
S’enterrer.
1
Glisser ses mains sous les bras d’un autre.
1
Verser de l’eau chaude sur les chaises.
1
Une machine « qui absorbe le froid ».
1
Planter un arbre pour qu’il y ait plus d’êtres vivants qui chauffent la pièce.
1
De cette liste impressionnante (197 idées, dont 159 sont « valables »), nous retenons pour l’étape suivante les 8 pistes suivantes, dont 6 concernent directement la classe, son aménagement et son organisation, et 2 relèvent plus de l’action individuelle. Ces pistes rassemblent l’essentiel des idées des enfants, toute permettant de leur donner un cadre et des étapes de travail claires. Les six premières sont développées en détail dans l’étape 3 :
Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement.
Avoir la liberté de bouger seul dans son coin.
Avoir des collations chaudes.
Avoir des objets et vêtements chauds à disposition.
Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort.
Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur.
Profiter des moments en extérieur (récréation, arrivée le matin) pour être actif et avoir chaud en entrant en classe : courir, venir à vélo, …
Quelques conseils de bonne pratique individuelle.
Lors du debriefing avec les enseignants, la question du partage d’équipements a été abordées. A l’évidence, il n’est pas possible d’équiper toutes les tables de systèmes chauffant, ni de mettre à disposition de chaque enfant des équipement de confort : trop de logistique, trop d’investissement,… Le partage des moyens à disposition sera donc central dans la bonne marche de l’expérience. Le partage est une pratique qui s’apprend et s’entraine.
L’histoire, la personnalité de chaque groupe classe est différentes sur ce point. Dans une des classes la question du partage (et de la différence entre égalité et équité) est centrale dans l’animation du groupe. Mais partager un luxe ou un plaisir, comme s’assoir dans le divan plutôt que sur une chaise, n’est pas la même chose que partager un objet répondant à un inconfort. Dans l’autre classe, cet aspect est bien sûr travaillé, mais moins en première ligne, et certains enfants ont des réflexes « territoriaux » assez marqués. Un groupe n’est pas l’autre et les dynamiques de partage seront intéressantes à observer dans les deux cas.
Etape 3 : S’équiper
Les différentes pistes imaginées avec les enfants impliquent des étapes de préparation et réalisation pour se concrétiser.
En détail, piste par piste :
Piste 1 : Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement
Danse, massage, yoga, pogo,… beaucoup de mouvements peuvent être imaginés. La difficulté est de les organiser et de les rendre compatible avec l’activité scolaire. Quelques principes de base :
Il ne faut pas nécessairement que ce soit long. Quelques minutes tout au plus. Mais peut-être à faire plusieurs fois dans la journée.
Il ne faut pas non plus nécessairement, pour que ce soit efficace, impliquer un déplacement : des mouvements sur places, accompagnés de sautillements, peuvent parfaitement suffire.
Il faut néanmoins un niveau d’activité suffisant. LE but est de générer de la chaleur au sein du corps. Des postures de yoga, ou autres exercices d’étirement, seront donc peu efficaces.
Des mouvements qui dirigent le sang vers les extrémités du corps sont par contre à privilégier. Par exemple une rotation du tronc, bras écarté, pour « pousser le sang vers les doigts ».
Nous ne sommes pas tous à l’aise dans notre corps. Il faut insister sur le fait que ce n’est pas un cours de gymnastique, mais un moment de mouvement proposé (non imposé), sans jugement.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Choisir en classe comment on pratique ce mouvement : chacun le sien ? En suivant un leader ? Selon une routine ? C’est à fixer à l’avance pour éviter les moments de confusion.
Définir une durée : un chronomètre peut être utile. Partir sur une durée réduite : 30 secondes à une minute, pour ne pas laisser l’excitation prendre le dessus. A l’usage, voir s’il est utile de faire plus.
Quand : a priori, c’est inutile (d’un point de vue confort thermique) en arrivant en classe le matin ou après une récréation, car les enfants auront déjà eu l’opportunité de bouger. Le moment de transition entre deux activités d’apprentissage parait pertinent a priori. Le moment de mouvement peut participer au passage d’attention d’une activité à l’autre.
Matériel nécessaire : a priori rien (partant du principe que chaque enseignant a un chronomètre sur son smartphone). Éventuellement un fond musical ?
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Les enfants sont demandeurs d’une « danse de matin ». Elle se mettra donc en place. Cela contribuera-t-il au confort thermique ? Peut-être un peu, mais ce ne sera pas l’objectif central.
Piste 2 : Avoir la liberté de bouger seul dans son coin
On pourrait a priori classer cette piste parmi celles à mettre en pace « chacun pour soi », mais le mouvement de l’un peut générer la gêne de l’autre. Il faut donc réfléchir à quelques balises.
Bien sûr, chacun peut se frictionner les mains, bouger une jambe,… sans gêner ses voisins, sauf si cela génère du bruit ou une vibration. Des patins à glisser sous les pieds de chaises pourront peut-être suffire dans ce cas. Les travaux étudiant le mouvement en réponse notamment aux troubles de l’attention recèlent certainement des idées à reprendre.
Des mouvements de plus grande ampleur peuvent être souhaité : se lever, se déplacer, sautiller un peu sur place, ou changer de place pour une période plus ou moins longue… et renvoient aux règles de fonctionnement générales de la classe. Une discussion ou clarification de ces règles peut dont être utile, de façon à ce que chacun sache clairement à quels moment il n’est pas bienvenu de se déplacer.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Du côté de l’enseignant, reconsidérer les exigences et limites liées au mouvement des enfants, en partant du point de vue de l’élève ressentant le besoin de bouger ou de s’approcher d’une source de chaleur. Attention : une limite à ces mouvements aura des conséquences en cascades sur d’autres pistes (rendre impossible d’aller chercher un objet chauffant par exemple). Il faut donc trouver l’équilibre entre la nécessité de moments propices à la concentration et l’existence factuelle de moment de relâchement.
Avec la classe, clarifier les limites, et identifier les espaces de liberté.
Matériel nécessaire :
Des balles de tennis à éventrer pour amortir les mouvements des chaises ;
Quelques pédaliers de bureaux ?
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Cela va s’intégrer dans les règles générales de la classe : le mouvement est permis s’il ne gêne pas la concentration des autres. Les animateurs expriment quelques craintes des animateurs sur un rôle de rappel de règles qui pourrait être trop lourd. La possibilité de sortir de la classe est par contre ouverte.
Piste 3 : avoir des collations ou repas chauds
A l’école des Bruyère, un système de collation collective est en place depuis longtemps. Les petites classes (voir les plus grandes, lorsque l’envie leur en vient) y ajoutent une tournante soupe : des thermos passent d’une famille à l’autre quotidiennement, à charge pour chacune de fournir 2 ou 3 litres de soupe réchauffée le matin à la maison. Le principe pourrait être élargit à d’autres boissons, plus consensuelles (tisanes par exemple). Ou laissé au choix de chaque famille. On évitera les boissons à préparer en classe telles que infusettes ou boissons lyophilisées. D’une part elles génèrent des déchets, d’autre part elles requièrent une eau à ébullition ou presque, ce qui ne sera pas possible avec des thermos.
Des alternatives sont possible, telles que fontaines à eau chaude, ou mise à disposition d’une bouilloire. Mais elles impliquent soit un coût important (les fontaines chauffantes), soit un risque de brûlure (les bouilloires).
L’idée d’un repas chaud (en l’absence de cantine organisée) implique de son côté l’accès des enfants à un micro-onde, avec les questions de sécurité que cela implique.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Organiser la corvée de vaisselle (à tour de rôle ? chacun le sien ?).
Organiser l’accès à cette boisson chaude. S’agit-il d’un moment institutionnalisé : tous les jours à la même heure ? Est-ce lié à la collation ou au repas ? Est-ce en accès libre ? Peut-on ramener un gobelet à sa table, avec les risques de renversement que cela comporte, ou identifie-t-on un endroit spécifique à cela ? A chaque classe de trouver son mode de fonctionnement, mais s’il s’agit d’un outil pour se réchauffer, notamment les doigts, le retour en classe après une récréation peut être pertinent.
Matériel nécessaire : quelques thermos, une collection de gobelets (éventuellement, chacun apporte le sien) et un espace de rangement pour ceux-ci.
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Pas d’accord pour l’utilisation d’un micro-onde. Une collation tournante est déjà en place. Elle se verra complétée de quelques thermos à remplir d’infusion, de soupe,… selon l’humeur du jour.
Piste 4 : avoir de objets et vêtements chauds à dispositions
Des vêtements chauds à partager ? Mais pourquoi faire, si chacun est bien habillés à la base ? Oui mais… en cas de pluie ou de neige, les gants, bonnets et vestes ne pourront certainement pas être conservés en classe. Avoir quelques pièces à disposition peut donc être pertinent.
Quant aux objets chauffants, il posent une question spécifique : comment les recharger ?
Certains impliquent une alimentation électrique pour accumuler de l’énergie qui est ensuite stockée : il faut alors disposer de suffisamment de prises. En cas de raccordements sur des multiprises, vérifier que la puissance cumulée n’est pas trop importante !
Certains ne développement de la chaleur que branchés. Or, il est difficile d’imaginer que chaque table d’enfant soit équipée d’une alimentation électrique. A éviter donc, ou à limiter à des endroits spécifiques dans la classe.
Certains impliquent le passage par un micro-onde (bouillottes à noyaux de cerise par exemple). Un micro-onde peut-il être laissé à disposition des enfants ? Si oui, est-il accessible à tout moment, ou faut-il confier à un enfant la charge de chauffer les objets à l’avance ?
Il existe également des bouillottes qui se déclenchent par une action mécanique (« craquer » une pastille pour déclencher la réaction exothermique). Très pratique car elles permettent de différer le moment de charge de l’émissions de chaleur. Mais elles nécessitent néanmoins d’être rechargées, souvent dans de l’eau à ébullition. Difficile à imaginer en classe pour des raisons de sécurité. Mais si la décharge peut être contrôlée, il est envisageable que chacun la recharge chez soi.
Enfin, il existe en magasin de sport des chauffe-mains à usage unique, dégageant de la chaleur par le mélange de charbon actif et d’oxide de fer. Le côté non rechargeable, et dès lors la production de déchets, limite cela à une solution de secours. Pourquoi ne pas en avoir quelques-uns en classe, à n’utiliser que ponctuellement.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Organiser la recharge des objets chauffants : examiner entre enseignants la possibilité ou non d’avoir un micro-onde à disposition.
Organiser l’accès à des équipements : faut-il être prévoyant et s’en saisir en rentrant de récréation (mais alors, ne risque-t-on pas que certains en prennent « au cas où » sans les utiliser vraiment) ? peut-on se lever pour aller en chercher ? A n’importe quel moment ? Les règles, quelles qu’elles soient, doivent être claires.
Organiser le partage de ces équipements. A l’évidence, il faut préserver la simplicité dans la gestion, et limiter les situation de conflits. Avoir un nombre suffisant de pièces est donc utile, et une neutralité de ton et motifs peut aider. Prévoir un temps pour discuter de la gestion de ces conflits avec les enfants sera nécessaire, et fait partie de l’apprentissage de la vie en communauté.
Organiser le nettoyage régulier des vêtements mis à disposition et la recharge des objets chauffants. Un tour de rôle ? A quel rythme ?
Matériel nécessaire :
Tout type de survêtement chaud facile à entretenir : ponchos, plaids de taille adaptée, veste ou gilet, … A priori on évitera tout ce qui demande des nettoyages réguliers ou peut poser des questions d’hygiènes (gants, écharpes, bonnets, …). Attention aussi bien collecté auprès des familles de l’école,…
Un espace de rangement efficace.
Micro-onde ou stations de charge électrique pour les objets chauffants.
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Un panier avec 10 plaids sera fourni à chaque classe, ainsi que 5 bouillottes à recharge électrique. Le tout sera en accès libre pour les enfants, à charge pour eux de gérer un partage équitable de ces équipements. L’entretien de tout cela sera fait une fois par an, par l’un des parents de la classe.
Piste 5 : Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort
Si l’organisation des activités laisse suffisamment de liberté de mouvement aux enfants, un peut être intéressant d’avoir un « coin chaud » dans la classe. Celui-ci peut combiner un côté « doudou », grâce à un matelas au sol, un divan, des coussins,.. et une réelle fonction de chauffoir grâce à un panneau radiant électrique.
Plus original : transposer l’idée de la table chauffante japonaise (kotatsu). Un élément chauffant, une pièce de tissus fixée autour de la table, et le tour est joué. Difficile d’imaginer équiper toutes les tables, mais une ou deux permettent de tester le concept, avant de l’adopter.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Faire un plan de l’aménagement.
Collecter le matériel (récupération principalement).
Un atelier bricolage avec quelques parents ?
Matériel nécessaire :
Panneau radiant IR à grande longueur d’onde : max 400 W, car le but n’est pas de chauffer le local, mais bien uniquement ce coin confort. Éviter tous les systèmes basés sur des lampes halogènes, qui montent haut en température et présentent un risque d’incendie.
Lampe pour kotatsu. Choisir un système avec un contrôle déporté pour ne pas devoir se glisser sous la table pour l’allumer. Les systèmes en vente sur internet sont typiquement de l’ordre de 600 Watt, ce qui semble beaucoup. Il existe également des plaques chauffantes conçues pour se coller sous des bureaux ouverts, qui font de l’ordre de 150 Watt. A tester. Pour le tissus, inutile d’aller vers des housses rembourrée. Une pièce de tissus un peu lourd suffira à bloquer la chaleur sous la table.
Pour tout équipement électrique : une prise avec timer pour éviter les surconsommations électriques, ainsi qu’une allonge électrique.
Un divan ou sommier de lit avec matelas, ou pouf,… selon disponibilités.
Quelques coussins, un plaid…
Mise en œuvre aux Bruyères ? Deux pistes sont testées : un panneau radiant de 360 Watt est accroché à l’un des mur de chaque classe, et deux tables sont transformées en kotatsu, chacune étant équipée d’une pièce de tissus pour la fermer et d’un élément chauffant de 150 Watt. Le tout est contrôlé par des pises avec compte à rebours, pour éviter les surconsommations électriques . Ces équipements sont à dispositions, à charge pour les enfants de gérer un accès équitable.
Piste 6 : Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur
Du pur bon sens : si nous sommes suffisamment habillés pour supporter les températures extérieures, pourquoi n’en serait-on pas capable à l’intérieur ?
Évidemment, la pluie pose problème : inenvisageable de garder des vêtements mouillés. Mais lorsqu’il fait sec, quel est le problème à garder une écharpe ou un bonnet, voir une veste à l’intérieur ? Il s’agit de conventions sociales, d’habitudes, de bienséance. Mais ces conventions peuvent évoluer.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Ouvrir une discussion entre enseignant sur les règles tacites ou explicites liés aux tenues vestimentaires. Le cas échéant, adapter le règlement d’ordre intérieur de l’école.
Matériel nécessaire :
Aucun
Mise en œuvre aux Bruyères ? La seule limite posée relève plus de l’attitude que du vêtement. Un enfant ne doit pas chercher à s’isoler. Les capuches ne sont donc a priori pas acceptées. Un bonnet par contre ne pose pas de problème.
Etape 4 : construire le dispositif de recherche
Le relevé de température se fait, dans chaque classe, avec des sonde enregistreuses qui collectent la température de l’humidité ambiante, et la température au niveau du radiateur, pour détecter son enclenchement. La température extérieure n’est pas mesurée sur site, mais relevée en ligne. L’ensemble des données est collectée sur base horaire, ce qui suffisamment fin pour comprendre la dynamique des ambiances. L’observation des premiers résultats a été l’occasion de parler avec les enfants des représentations de données en graphique.
La perception des ambiances et mesurées par deux questions classiques des études de post occupancy evaluation (POE), l’une portant sur la perception de l’ambiance et l’autre sur la satisfaction par rapport à celle-ci.
En ce moment, je trouve que l’ambiance de la classe est (coche une case) :
Très froide
Froide
Fraîche
Ni chaude, ni froide
Tiède
Chaude
Très chaude
En ce moment, je trouve que cette ambiance de la classe est (coche une case) :
Très insatisfaisante
Insatisfaisante
Légèrement insatisfaisante
Légèrement satisfaisante
Satisfaisante
Très satisfaisante
Le niveau d’habillement est estimé sur base d’une grille dans laquelle les enfants et animateurs pointent le type et le nombre de pièces d’habillement.
En ce moment, en classe, je porte sur moi … (coche tout ce que tu portes. Si tu as plusieurs fois le même vêtement, indique un nombre. Par exemple, si tu as 2 pulls l’un sur l’autre, indique 2 côté de pull :
Tête
Bonnet
Echarpe
Cache-oreille
Rien
Mains
Gants
Mitaines
Rien
Pieds
Chaussettes fines
Chaussettes de sport
Chaussettes en laine
Pantoufles
Haut du corps
Tshirt manches courtes
Tshirt manches longues
Pull
Bas du corps
Short
Collants
Pantalon
Ces indications sont ensuite traduites en une valeur CLO indicative, sur base de la grille ci-dessous. Une valeur forfaitaire est ajoutée pour les sous-vêtements. Vu le caractère succinct du questionnaire et l’incertitude sur les valeurs attribuées à chaque pièce de vêtement (elles sont inspirées de la norme ISO 7730 , mais les tissus et coupes sont-ils les mêmes ?), ces valeurs CLO sont à interpréter comme marqueurs d’une évolution entre les différents moments de réponse à l’enquête, plutôt que comme mesure d’un niveau absolu.
Pièce d’habillement
(m2.K)/W
Bonnet
0.03
Echarpe ou tour de cou
0.04
Cache-oreille
0.015
Gant
0.05
Mitaine
0.05
Chaussettes fines
0.05
Chaussettes épaisses
0.075
Chaussettes laine
0.1
Pantouffle
0.03
Long
0.12
Court
0.09
Pull
0.3
Thermique
0.35
Short
0.15
Collant
0.15
Pantalon
0.25
Slip
0.04
…
…
L’enquête est replie une première fois avant le début de l’expérience, à titre de référence, puis toutes les semaines au minimum.
Etape 5 : l’expérience en P6B
L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 5 décembre.
Cette classe n’avait pas encore été chauffée : elle se situe sous les toits et bénéficie de ce fait d’une meilleure isolation que d’autres locaux, ainsi que des transferts de chaleur depuis les autres classes. Elle n’a pas non plus été chauffée durant le mois de décembre durant lequel l’expérimentation s’est faite, malgré des températures atteignant parfois 17°C à l’arrivée le matin.
On voit assez nettement sur le graphique de température que malgré l’absence de chauffage, la température remonte tous les jours, sous l’effet conjugué des autres locaux et de l’apport de chaleurs des enfants eux-mêmes : tous ensemble, ils représentent près de 2 000 Watt, soit l’équivalent d’un radiateur de taille moyenne. Néanmoins, il y a un abaissement progressif de la température, en particulier lorsque les conditions extérieurs sont passées sous zéro : on a là plusieurs degrés de différence entre les deux classes. Remarquez la différence de comportement entre les deux classe durant les week-ends : la classe P6A descend rapidement largement sous les 15°C, alors que la classe P6B ne descend que lentement en température.
Température dans le classes en décembre 2022.
Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) en décembre, ou dans le mois qui précédait l’expérience : on passe d’une ambiance très stable entre 19,1 et 19.8°C (moyenne 19,4), avec des extrêmes à 17,5 et 20,6°C, à une ambiance plus fraiche et plus variable, entre 17,2 et 18,6°C (médiane 17,9°), avec des extrêmes à 14,76 et 21,9°C. Cet abaissement est plus limité qu’attendu avant la prise de mesure. Il sera intéressant de comparer les résultats entre les classes, vu leur profil thermique différent.
Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :
La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (-3 = très froid, 3 = très chaud). Un léger abaissement le 7 décembre, pour une température intérieure à ce moment de 19°C… contre 17.7 le 13 décembre. Signe d’une habituation ?
Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps.
Habillement : une légère tendance à s’habiller plus chaudement, ce qui n’est pas surprenant vu la chute des températures extérieures. Mais rien de très significatif. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes…
Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :
Le panneau chauffant et les tables chauffants n’ont pas eu beaucoup de succès. Si les tables sont appréciées par les élèves qui s’y installaient, il n’y a pas eu beaucoup de demande pour les partager. Le panneau chauffant n’a, lui, quasiment jamais été allumé. Ce matériel sera donc passé à la classe P5B, faute d’usage pour ce groupe-ci.
La collation chaude a un succès fou. Généralement prise après la récréation du matin ou de midi, elle est presque tous les jours constituée d’infusions, les soupes étant plus rares (car moins consensuelles en termes de goût ou plus lourdes à préparer pour les parents ?). La distribution est assurée par les enfants, de même que la vaisselle. Chaque enfant ayant un bol attitré et identifié, chacun est responsable de son matériel.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. La charge des bouillotes est assurée à tour de rôle par un enfant le matin. Elles sont ensuite à disposition, sans organisation particulière. Cette façon de faire a occasionné quelques difficultés de partage. Sans aller jusqu’à des conflits entre enfant, il y a eu des frustrations d’arriver trop tard, et d’estimer que certains s’en attribuaient systématiquement. Les plaids n’ont pas provoqué les mêmes difficultés. A noter que certains enfant ont apporté leur propre pièce de tissus. Faut-il donc augmenter le nombre de bouillottes ? La position de l’animateur à ce stade est plutôt de continuer avec le fonctionnement actuel, en incitant les enfants ressentant de la frustration à l’exprimer et le groupe à trouver des modus vivendi adéquats.
Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? « , il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe. Vu la vague de froid rencontrée, et franchie sans difficultés mi-décembre, il n’y a pas de raison de croire que le chauffage soit rallumé de sitôt dans cette classe.
Etape 6 : l’expérience en P6A
L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 16 janvier.
Cette classe était chauffée depuis début décembre. Sa position sur dalle de sol et avec es murs relativement peu isolés fait qu’elle sensiblement plus vite sa chaleur que la classe de P6B, située sous toiture. Il en résulte une température de référence de l’ordre de 20°C. Suite au démarrage de l’expérience, les radiateurs ne seront plus utilisés. La baisse de température est assez impressionnante, avec une stabilisation entre 15 et 17°C. Par comparaison, la classe de P6B, qui continue l’expérience de son côté, fluctue entre 17 et 19°C, avec un coup de chauffage inexpliqué les premiers jours de février. A noter malgré tout : une tendance es classes à suivre la température globale du bâtiment, comme en témoigne la remonte en température après le WE du 24 janvier : alors que l’eau des radiateurs reste froide, les classes récupèrent plusieurs degrés très rapidement.
Température dans les classes du 9 janvier au 13 février 2023.
Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) pendant l’expérience et, à titre de comparaison, en novembre-décembre : on passe d’une ambiance fluctuant entre 17,7 et 19,6°C (médiane 17,8, extrêmes 12,2 et 22,2), avec des matinées fraiches et montée progressive en température au fil de la journée, à une ambiance plus stable et froide, la plupart du temps entre 15,3 et 17,1°C (médiane 16,3°), avec des extrêmes à 12,2 et 19,4°C.
Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :
La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (- 3 = très froid, 3 = très chaud) : la médiane reste autour de la valeur neutre 0. Il est par contre intéressant de remarquer une légère élévation de l’appréciation (valeurs plus positives) avec le temps, alors que la température dans la classe diminue, étant de 18°, 18,2°, 15,4°, 15,9° et 16,7° respectivement au moment des différents votes. Signe d’une habituation ?
Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps. Une légère tendance à l’amélioration malgré tout.
Habillement : Pas d’évolution notable. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes …
Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :
• Les tables chauffants ont eu plus de succès qu’en P6A. Probablement parce que la température est plus basse ici.
Le panneau chauffant par contre n’a pas été fort apprécié. Sa position semble avoir été inadéquate : pas assez bien orienté vers le fauteuil qui le jouxte pour profiter du rayonnement.
La collation chaude a autant de succès qu’en P6B. Ici aussi, chaque enfant a son bol attitré.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. Peu de conflits de partagé sont signalés par les enfants. Quelques frustrations face à l’impression que ce sont tout le temps les même qui en profitent, ou lorsque le bouillotte que l’on met à charger est prise par quelqu’un d’autre. Mais aucun conflit n’a requis l’intervention de l’animateur.
Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? », il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe.
Etape 7 : Bilan énergétique
Les deux section précédentes montrent qu’il a été possible d’avoir un réel abaissement de températures tout en maintenant la satisfaction des enfants et animateurs dans ces deux classes.
ais quel est le bilan énergétique ?
Du côté des économies, si nous partons sur :
Une consommation de référence de l’école de 87 kWh/m2an.
Une réduction de température minimale de 1,5°, constatée en comparant les médianes avant et après expérience.
Une réduction de température maximale estimée en considérant une température de référence de 20°C, et un abaissement 3,5°C (températures médiane de 16,3 observée en P6A).
Un impact sur les consommation supposé à 10 % de réduction par degré en moins.
Nous arrivons à une économie potentielle variant entre 13 et 30 kWh/m2an, soit, pour des classes de 50m2 environ, un bénéfice possible entre 650 et 1 500 kWh/an par classe.
Du côté des consommations, qu’en est-il ? Il n’a pas été possible de mesurer la consommation réelle des dispositifs chauffants installés (défaillance des mouchards installés). Mais évaluons ici leur consommation maximale :
Les bouillotes utilisées ont une charge de 0,4kWh. Nous en avons proposé 5 par classes. Considérons qu’elles sont utilisées de novembre à mars inclus, soit 18 semaines (hors congés), ou 90 jours. Cela nous fait au maximum un total de 90 jours * 5 bouillotes * 0,44 kWh = 198 kWh au maximum par classe. Une hypothèse plus réaliste, considérant que certains jours les bouillotes ne seront pas toutes utilisées et que la classe n’est parfois pas occupées (activités délocalisées,…) nous semble être 75 % de cette valeur, soit 150 kWh.
Les kotatsu n’ont été appréciés que dans une des classes. Faisons néanmoins le calcul « au pire ». Après une charge à 150 W, l’appel de puissance du matériel choisi se stabilise autour de 140 W. En comptant un usage maximaliste de 4 cycles de 3 h par semaine, 18 semaines, et deux appareils par classe, nous arrivons à 3*4*18*2*0,14 = 605 kWh/classe. Ici aussi, une hypothèse plus réaliste peut-être de considérer 75 % de cette valeur.
Le panneau chauffant n’ayant pas convaincu, nous ne le comptons pas ici.
Nous arrivons à une estimation de consommation entre 602 et 802 kWh/classe.
Le résultat est donc clair : malgré une consommation d’électricité non négligeable des équipements fournis (avec ici un calcul maximaliste !), le bilan en énergie finale est positif. Et ceci dans une école ayant déjà fait l’objet de certains travaux d’isolation. Ce résultat positif est cependant moins évident si l’on fait des conversions en énergie primaire ou en euros, car le transfert de consommations du gaz vers l’électricité sera défavorable aux équipements électriques … Sauf à considérer une production d’électricité renouvelable sur le site de l’école. Il est donc difficile à ce stade de présenter l’approche Slowheat en classe comme une évidence pour des économies financières. Une analyse plus fine des consommations réelles des équipements électrique doit être réalisée pour cela.
Piste pour de futures expériences : il semble que les kotatsus ont une consommation d’énergie importante, largement plus grande que celle des bouillotes, pour un résultat moins évident. De futures expériences gagneront donc à miser plus sur les bouillotes, ou à brider l’utilisation des kotatsus. Ainsi, chaque kotatsu consomme, selon nos hypothèses, autant que 7 à 8 bouillotes !
L’Union européenne a adopté son projet de « clean energy package », ou pacte vert pour l’Europe, il concerne notamment l’implantation de nouvelles formes de partage d’énergie. Pour appliquer ces nouvelles directives sur le sol wallon, le Gouvernement a approuvé un avant-projet de décret le 16 décembre 2020. Le but de ces directives est de donner un nouvel élan à la transition énergétique en misant sur l’action des consommateurs et sur la décentralisation de la production d’électricité. Sont ici concernées, la directive « marché » 2019/944 et la directive « renouvelable » 2018/2001. Elles encadrent la mise en place des communautés d’énergie renouvelable (CER) qui avaient déjà été inscrites au droit wallon par un décret du 2 mai 2019. Les CER sont définies comme des personnes morales, qui réunissent un certain nombre de participants dans l’objectif de partager de l’électricité. Cette électricité provient de sources d’énergie renouvelable ou de cogénération de qualité et transite via le réseau public. Le nouveau décret modifie l’organisation régionale des marchés du gaz et de l’électricité ainsi que les méthodologies tarifaires applicables aux gestionnaires de ces réseaux. Priorité est donnée aux bénéfices environnementaux, économiques et sociaux avant le profit.
Les grands principes du décret
Conditions s’appliquant à toutes les formes de communautés d’énergie :
Bien que l’énergie soit consommée localement, il est interdit de créer des micro-réseaux privés. Toute l’énergie doit transiter par le réseau.
La compensation entre la production et la consommation d’électricité doit se faire au quart-horaire, le régime de compensation annuelle (compteur qui tourne à l’envers) n’est donc pas applicable.
Même si l’on revend une partie de sa production, il n’est pas nécessaire d’avoir une licence de fourniture. Le décompte entre production et consommation se fera grâce à un compteur double flux ou un compteur intelligent dont il est, par contre, nécessaire d’être équipé.
Seules les nouvelles installations de production d’électricité sont concernées.
Une convention et des statuts doivent être définis dans la communauté d’énergie afin d’établir les règles d’échange et la tarification. Certains points doivent obligatoirement apparaître dans les statuts : l’organisation du contrôle effectif de la communauté ainsi que son indépendance et son autonomie.
Les objectifs environnementaux, sociaux ou économiques doivent être explicités dans les statuts de la communauté d’énergie.
Conditions s’appliquant aux CER et CEC :
La communauté d’énergie doit être représentée par une personne morale, de plus, elle doit être propriétaire des unités de production et de stockage.
Il sera possible de mettre à disposition des points de recharge de véhicules électriques sans contrat avec le fournisseur d’électricité ou l’exploitant.
Chaque communauté d’énergie doit demander une autorisation individuelle auprès du gestionnaire du réseau concerné qui sera délivrée par la CWaPE. Cette autorisation est accordée pour un temps déterminé, correspondant à l’amortissement des frais d’installation investis par la communauté d’énergie. Il sera possible de la renouveler.
Le Gouvernement fixe les droits et les obligations de chaque CER, notamment les seuils d’autoconsommation collective.
Les entreprises participant à des communautés d’énergie ne doivent pas faire de leur production d’électricité leur activité principale((https://macer.clustertweed.be/)).
Conditions s’appliquant à l’autoconsommation :
À la place d’une autorisation individuelle, seule une notification est requise.
Il n’y a pas de nécessité de créer une personne morale, il faudra en revanche désigner un représentant parmi les participants.
En application
Le principe d’autoconsommation collective
Les installations autorisées dans le cadre des communautés d’énergie visent uniquement la production d’électricité ainsi que son stockage. L’autoconsommation collective prévoit un seuil minimal et un seuil optimal. Le seuil minimal est défini par le Gouvernement en même temps que le périmètre local. Le seuil optimal est défini dans l’autorisation individuelle accordée préalablement. L’objectif de l’autoconsommation collective est de tendre vers ce seuil optimal qui peut aller jusqu’à 100% de l’énergie produite, autoconsommée collectivement. Pour rappel, l’autoconsommation est calculée par quart-horaire et correspond à l’équilibre entre électricité produite et électricité consommée lors de ce quart-horaire. Dans l’électricité produite, est incluse celle provenant des installations de stockage.
Le rôle des gestionnaires de réseaux
Ce sont eux qui gèrent la mise en place technique et les contrats en faveur du comptage de l’électricité. Ils collectent les informations concernant les quantités d’électricité autoconsommées et transmettent ces données aux fournisseurs des participants ainsi qu’à la communauté d’énergie. Ils sont les garants de la bonne fonction des communautés d’énergie, en toute transparence et de manière égalitaire.
Les tarifs
Appliqués par les gestionnaires de réseaux, ils sont calculés en fonction du seuil d’autoconsommation collective. Ils incluent les frais de fonctionnement et d’entretien du réseau ainsi que les taxes. Cependant, le décret précise que la couverture de ces coûts doit être mesurée à l’aune de la solidarité. Pour rester attractives, les communautés d’énergie doivent profiter de tarifs avantageux. Des tarifs trop bas rendraient la CER non rentable, tandis que des tarifs trop hauts rendraient la CER inabordable. L’apparition de nouveaux tarifs n’est pas envisageable avant 2022 voire pas avant la nouvelle période tarifaire 2024-2028. Les projets pilotes en cours n’ont pas non plus apporté de réponse sur le sujet des tarifs. Encore une fois, l’Union européenne et la Wallonie insistent pour que les avantages restent environnementaux, économiques et sociaux et ne servent pas le profit((https://www.cwape.be/node/158)).
Les objectifs du décret
En favorisant les installations de production d’énergies renouvelables et leur intégration au réseau, la Wallonie fait un pas en avant dans la transition écologique. Avec ces nouvelles directives, le réseau pourra être libéré de l’énergie autoconsommée, car bien qu’elle transite par le réseau, elle ne l’occupe que peu de temps puisque le principe est de produire et de consommer simultanément. Il y aura donc plus de place pour l’énergie non consommée localement, ce qui va donner du souffle à la compétitivité écologique de la Wallonie.
C’est aussi un moyen de mieux intégrer les énergies renouvelables dans la consommation. Par définition, ces énergies sont intermittentes et nécessitent plus de stockage que les autres. En synchronisant consommation et production d’électricité, on réduit les besoins de stockage.
De plus, il est possible que les acteurs des communautés d’énergie développent une plus grande conscience de leur consommation qui pourra déboucher sur une gestion intelligente des ressources énergétiques. Enfin, il s’agit d’augmenter la part des énergies renouvelables dans la consommation wallonne qui est aujourd’hui de quasiment 25%.
En réduisant les coûts de développement et de renforcement du réseau de distribution, les prix de l’énergie devraient diminuer. Concrètement, l’autoconsommation permet de réduire les pertes d’énergie dues au transport sur le réseau, et diminue la charge d’investissement puisqu’elle est assumée par les communautés d’énergie. En contrepartie, les conditions tarifaires de l’énergie devront être avantageuses pour les participants.
La Wallonie et l’Union européenne souhaitent encourager l’accès des ménages modestes et des locataires aux communautés d’énergie car elles réduisent la charge financière due à la consommation électrique.
Exemples d’application
Des projets pilotes de communautés d’énergie ont déjà vu le jour. L’université de Liège, par exemple, a créé une communauté avec la commune de Crisnée qui prévoit trois points d’action :
l’investissement dans des éoliennes,
l’installation de panneaux photovoltaïques sur des logements sociaux,
le partage d’énergie entre des entreprises.
Le projet de la CER d’Hospigreen a mis en place un parc éolien et des panneaux photovoltaïques sur les toits de deux entreprises. Il réunit des consommateurs publics du secteur hospitalier.
Une entreprise qui produirait plus d’énergie qu’elle n’en consomme pourrait vendre son surplus à une ou plusieurs autres entreprises d’une même communauté d’énergie à des tarifs avantageux. L’énergie resterait donc consommée localement. L’organisation des pics de consommation en fonction des pics de production permettrait aussi d’optimiser la production locale et de faire appel, le moins possible, aux énergies produites plus loin.
Les immeubles de logements sont particulièrement adaptés à ces installations communes qui peuvent profiter à tous les habitants de manière égalitaire. C’est pourquoi le décret encourage l’adhésion de logements sociaux aux communautés d’énergie.
Les prochaines étapes du projet
Avant que le décret soit pleinement ratifié et après son approbation en première lecture par le Gouvernement le 16 décembre 2020, il doit encore être soumis à différentes instances consultatives:
laCWaPE
le Pôle énergie
l’autorité de protection des données
Une approbation par le Gouvernement lors d’une deuxième lecture sera ensuite nécessaire avant que le décret ne soit soumis à la section législation du Conseil d’Etat. Le Gouvernement pourra alors adopter le décret qui sera examiné en Commission du Parlement avant d’être finalement voté en séance plénière.
Conclusion
Les premières communautés d’énergie sont attendues en 2022 si l’appareil législatif le permet. Les nombreuses instances qui vont réviser le texte risquent d’y apporter des modifications. Cependant nous avons déjà une vision des possibilités d’application de ce décret : habitats collectifs, quartiers résidentiels, quartiers mixtes incluant habitats et PME et même de petites villes. Rappelons que les candidats à ce type de projets devront attendre la promulgation du décret avant de commencer leurs investissements car seules les nouvelles installations sont éligibles et que les CER doivent en être propriétaires. La création des CER ne concerne pas que la Wallonie, mais toute l’Europe, les directives européennes étant relativement précises sur le sujet, les transpositions dans les différentes législations nationales de l’Union devraient peu différer((Communautés d’énergie et autoconsommation collective : partageons nos énergies ! (2020, 18 décembre). SPW Wallonie. https://energie.wallonie.be/fr/18-12-2020-communautes-d-energie-et-autoconsommation-collective-partageons-nos-energies.html?IDD=146181&IDC=8187)).
Le système énergétique actuel est en pleine transformation et tend vers toujours plus de décentralisation. Ceci s’explique notamment par une volonté citoyenne grandissante de participer à la transition énergétique amorcée il y a quelques années. En plus de cela, beaucoup d’entreprises et de particuliers ont pour objectif de décarboner leurs consommations énergétiques en ayant recours à des énergies vertes plus respectueuses de l’environnement.
En réponse à ces volontés, le modèle de partage d’énergie apparaît comme une solution tout à fait adéquate. Le partage d’énergie peut prendre différentes formes. Elles reposent toutes sur la mutualisation des moyens de production et de stockage de l’électricité((https://www.cwape.be/node/158)).
Autoconsommation individuelle/collective – L’autoconsommation correspond à la production plus ou moins égale à la consommation d’énergie renouvelable par un foyer ou un immeuble collectif .L’énergie produite est consommée localement et instantanémentà l’échelle du bâtiment.
Communauté d’énergie renouvelable – Les CER ont pour but de produire, consommer, stocker et vendre de l’électricité. Elles peuvent regrouper des particuliers, des petites et moyennes entreprises et des autorités locales. Un périmètre local est défini par le Gouvernement, en accord avec le gestionnaire du réseau concerné. Ce périmètre doit se situer en aval de postes publics de transformation électrique. Il est défini en fonction de la pertinence de la production d’électricité dans ce périmètre et de l’autoconsommation collective locale potentielle. Les unités de production produisent de l’énergie renouvelable et peuvent être installées sur les bâtiments ou librement sur le périmètre local((Bricourt, P. (2021, 30 mars). Feedback : Webinar – Les communautés d’énergie, outil pour la transition énergétique ? Ma CER. https://macer.clustertweed.be/2021/05/01/feedback-liege-creative/)).
Communauté d’énergie citoyenne – Aucune restriction n’est prévue en ce qui concerne les participants potentiels à une communauté d’énergie citoyenne. En revanche un contrôle effectif devra être réalisé par des personnes physiques. Dans ce type de communautés, et seulement dans celles-ci, la production d’électricité à partir de sources non renouvelables est autorisée. Le périmètre de la communauté n’est pas non plus limité. Tout comme pour les CER, les installations ne seront pas forcément liées à des bâtiments.
Les partages d’énergie fonctionnent selon quelques grands principes repris en détail sur le site https://macer.clustertweed.be/. Ce site internet dédié spécifiquement aux communautés d’énergie renouvelables reprend toutes les informations nécessaires sur le sujet. De plus, le gouvernement est actuellement en cours d’élaboration d’un décret visant à encadrer les échanges et partages d’énergie. Pour en savoir plus sur la réglementation et son application, consultez cette page.
En résumé, il existe5 critères principaux qui cadrent les communautés d’énergie renouvelables :
Une CER doit être une entité juridique (asbl, coopérative, …).
Son objectif principal n’est pas la recherche du profit mais plutôt de générer des bénéfices sociaux, environnementaux ou économiques.
La communauté doit reposer sur une participation citoyenne ouverte et volontaire.
Seuls les citoyens, les PME et les autorités locales peuvent être membres d’une communauté d’énergie renouvelable.
La communauté doit être gérée localement par ses membres (citoyens,PME autorités locales).
Pour qu’un partage d’énergie soit pertinent, il est évident que celui-ci doit répondre à quelques principes importants:
Production suffisante
Production disponible sur le long terme
Stabilité de la communauté (assurer le modèle économique)
Diversité des profils de production
Diversité des profils de consommation
Répartition de l’énergie
Les membres de la communauté ayant chacun des besoins et des consommations en électricité différentes, la question de la proportion de l’énergie produite par les installations communes distribuée à chaque consommateur doit être analysée afin de garantir le bon fonctionnement de la collectivité.
Le partage s’effectue tous les quarts d’heure par le réseau public, à l’aide de compteurs intelligents selon le mode de répartition choisi par la communauté. Attention toutefois que ces modèles sont évidemment théoriques, ils ne représentent en aucun cas le trajet des électrons réellement en mouvement dans le réseau.
Plusieurs modes de répartition sont envisageables, ayant chacun des points forts et des points faibles:
Modèle fixe
Un pourcentage fixe de l’injection totale d’énergie est attribué à chaque participant, selon des critères prédéfinis. Cette quote-part peut être fonction de la puissance de soutirage de chaque consommateur, du tarif d’achat, de la consommation individuelle ou encore de l’investissement de chacun dans le projet d’installation d’énergie renouvelable commune.
Ce type de répartition peut engendrer de fortes disparités entre les gros et petits investisseurs, risquant d’exclure de la communauté les personnes en situation de précarité énergétique. De plus, dans un modèle de répartition fixe, il existe un grand risque de surplus résiduel non autoconsommé si le consommateur ayant la plus grosse part ne consomme pas l’intégralité de ce qui lui est attribué. Lorsque celui-ci est absent ou consomme moins durant un intervalle de temps, le surplus est renvoyé sur le réseau, alors que d’autres membres de la communauté pourraient en bénéficier.
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Parts attribuées
Modèle équitable
La production est répartie de manière égale entre chaque participant ayant une consommation non-nulle au moment de la répartition. Cette manière de répartir l’énergie produite provoque moins de discriminations entre participants de la communauté. De la même manière que pour le modèle fixe, le risque de surplus non autoconsommé est grand, même lorsque la quantité d’énergie produite est inférieure à la consommation totale de la communauté.
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Autoconsommation collective
Modèle au prorata
Répartition au prorata de la consommation individuelle par rapport à la consommation totale de la communauté. Répartir l’énergie selon ce modèle permet d’utiliser l’entièreté de la production, sans injection vers le réseau BT. L’énergie mise à disposition de chaque membre de la communauté est proportionnelle à sa consommation propre. Toutefois, ce modèle provoque des discriminations envers les personnes faisant des efforts d’économie d’énergie. En effet, les clients résidentiels consommant peu sont incapables de couvrir l’entièreté de leurs besoins, face aux gros consommateurs journaliers de la communauté (restaurants, écoles, bâtiments publics…).
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Conso. inst. / Conso. tot.
Modèle hybride
Répartition de la production en deux temps: d’abord une répartition équitable, ensuite une répartition au prorata. Le surplus non autoconsommé des membres ayant été satisfaits lors de la première répartition est réparti par la suite entre les consommateurs ayant une consommation toujours non-nulle au second tour. Durant la première étape de répartition, tout le monde reçoit la même quantité d’énergie, permettant ainsi aux plus petits consommateurs de la communauté d’atteindre une meilleure autosuffisance. Les plus gros consommateurs sont encore une fois favorisés lors de la deuxième phase de répartition((Frippiat, J. (2020, juin). Autoconsommation collective, le partage de l’énergie au sein d’une communauté (Mémoire). https://hera.futuregenerations.be/fr/portal/publication/autoconsommation-collective-le-partage-de-lenergie-au-sein-dune-communaute)).
Boucle 1 – répartition équitable
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Autoconsommation collective
Boucle 2 – répartition au prorata
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Conso. inst. / Conso. tot.
Modèle en cascade
Enchaînement de répartitions équitables entre les consommateurs ayant une consommation non-nulle. Le surplus non autoconsommé par certains au tour précédent sera redistribué équitablement lors du prochain tour vers d’autres consommateurs de la communauté. Dans ce modèle, on ne sait donc jamais le nombre d’itérations successives nécessaires avant que l’énergie produite soit totalement consommée par la communauté (ou renvoyée sur le réseau)((Communautés d’énergie et autoconsommation collective : partageons nos énergies ! (2020, 18 décembre). SPW Wallonie. https://energie.wallonie.be/fr/18-12-2020-communautes-d-energie-et-autoconsommation-collective-partageons-nos-energies.html?IDD=146181&IDC=8187)).
Boucle 1 – répartition équitable
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Autoconsommation collective
Boucle 2
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Conso. inst. / Conso. tot.
Boucle n
Rouge = Consommation de la communauté Bleu foncé = Production de la communauté Bleu clair = Surplus non autoconsommé Pourcentage = Conso. inst. / Conso. tot.
Avantages et inconvénients du partage d’énergie
Avantages
Offre la possibilité de devenir acteur de la transition énergétique, en investissant dans les énergies renouvelables.
Coordination et optimisation au sein d’un sous-réseau de la production, de la consommation et du stockage de l’énergie.
Permet de coordonner les investissements dans des nouvelles technologies.
Réalisation d’économies dans le développement et le renforcement du réseau de distribution.
Favorise une “smartisation du réseau” via les compteurs intelligents, ce qui permet d’une part d’éveiller la société à un changement de son mode de consommation d’électricité et d’autre part de redynamiser la compétitivité énergétique wallonne.
Accessible à tous, y compris les locataires et les personnes n’ayant pas la possibilité (financière ou espace disponible) d’acquérir des moyens de production décentralisés.
Dynamise les territoires locaux en impliquant des acteurs locaux, favorisant ainsi des retombées positives sur l’économie et les emplois de la localité.
Accélération du temps de retour sur investissement pour les propriétaires d’une installation en revendant leur surplus à un prix supérieur au prix du kWh actuellement renvoyé sur le réseau.
Economies pour les membres d’une communauté car ils achètent le surplus à un prix inférieur au prix du kWh du réseau, tout en ayant des garanties sur son origine renouvelable et locale.
Inconvénients
Cadre légal important qui limite fortement la participation et le rôle de certains acteurs
Obligation de disposer d’une personnalité juridique distincte de celle de ses membres (personne morale).
Obligation d’être propriétaire des unités de production et de stockage utilisées pour le partage.
Les installations représentent souvent des budgets importants.
Il existe toujours des frais de réseauliés à la consommation de l’électricité.
Améliorer les performances de l’enveloppe de son bâtiment semble être une des mesures les plus efficaces et courantes dans un projet de rénovation. Toutefois, dans une démarche zéro carbone, on ne peut se contenter d’une simple augmentation de l’épaisseur d’isolant. Il est aussi primordial de limiter les impacts de l’utilisation des matériaux de construction.
En Europe, on estime que le secteur de la construction est responsable de la consommation de 40% des ressources matérielles et de 35% de la production de déchets.
L’énergie est un enjeu majeur des crises géopolitiques mondiales. Le réchauffement climatique et les autres pollutions menacent nos environnements naturels, et mènent à des crises humanitaires, sociales, économiques qu’on ne peut ni nier ni négliger.
Économiquement, les matériaux représentent un marché important, et une part non négligeable du budget d’un bâtiment. Par le choix des matériaux, le maître d’ouvrage se positionne en consommateur et possède de ce fait un pouvoir sur le marché, et la société qui y est liée. La valorisation de critères environnementaux et sociaux pour le choix des matériaux de construction est donc un levier pour un changement global de la société vers un monde plus durable.
Les multiples impacts des matériaux ainsi que le pouvoir de « consommacteur » qu’il donne au maître d’ouvrage en font un des enjeux d’un projet d’école durable.
Le lien entre les matériaux de construction et la santé des travailleurs et des occupants est aussi à considérer dans le choix. Les matériaux composites, synthétiques, issus de la chimie industrielle, peuvent émettre des polluants atmosphériques, dont l’impact négatif sur la santé est avéré. Les matériaux de finition intérieure, qui ont un impact direct sur la qualité de l’air intérieur, seront choisis avec soin.
Afin de prendre en compte l’impact au sens large de ces matériaux de construction, de nombreuses actions sont à envisager, elles sont reprises sur cette page[site Rénover mon école] et à travers ce schéma :
L’analyse multicritère des impacts d’un matériau ou d’une solution est un exercice complexe.
Si on privilégie le réemploi et qu’on choisit des matériaux
fabriqués à partir de matières premières renouvelables (et renouvelées !) et/ou ou à partir de matières recyclées ;
peu transformés (surtout thermiquement) ;
peu ou pas traité, n’utilisant pas de produits toxiques ;
résistants et réparables ;
issus de filières locales et d’entreprises qui respectent leurs travailleurs ;
assemblés mécaniquement ;
réutilisables ou recyclables en fin de vie.
Alors, on est dans le bon ! Analysons tout ceci de façon détaillée :ici
Le choix des matériaux à mettre en œuvre nécessite donc une réflexion globale sur deux impacts différents : l’impact environnemental global et l’impact carbone global.
Impact environnemental : préjudices portés à l’environnement par un matériau, depuis sa conception jusqu’à sa fin de vie, qui affectent principalement la qualité de l’air, la qualité de l’eau, les ressources et la santé humaine.
Impact carbone : la quantité de carbone émise dans l’atmosphère par un matériau, depuis sa production jusqu’à sa fin de vie.
Tous les matériaux possèdent donc un impact environnemental et un impact carbone qu’il est primordial de prendre en considération dès la conception d’un projet de rénovation visant la neutralité carbone. Depuis quelques années on sait que plus la performance énergétique des bâtiments s’améliore, plus la part des émissions de CO₂ liée aux matériaux mis en œuvre augmente. Dès lors, il est intéressant de toujours chercher à optimiser les compositions de paroi en tentant de trouver le juste équilibre entre l’impact environnemental des nouveaux matériaux mis en œuvre et l’empreinte carbone liée à l’énergie opérationnelle. Les deux indicateurs ne sont pas toujours liés, l’optimisation d’un facteur n’entraînera pas d’office une amélioration du second. Un isolant biosourcé performant sur le plan carbone peut, par exemple, causer un impact environnemental défavorable à partir d’une certaine épaisseur.
Quel matériau pour quel impact?
Actuellement, les valeurs U de paroi des bâtiments ne sont optimisées qu’en fonction de leur capacité à réduire l’utilisation d’énergie opérationnelle dans le bâtiment.
Au vu de l’urgence climatique et sachant qu’au plus un bâtiment est performant au niveau énergie opérationnelle, au plus il a une grande empreinte carbone et un grand impact environnemental lié à ses matériaux, il semble donc intéressant d’optimiser cette valeur U paroi par paroi en tenant compte des deux composantes globales : l’empreinte carbone globale et l’impact environnemental global. De cette manière, il est possible d’une part d’identifier pour chaque mode constructif considéré, le niveau U à viser pour minimiser l’impact ; et d’autre part, de comparer les modes constructifs, pour ces niveaux U minimisant l’impact, de façon à identifier des modes constructifs à privilégier.
Nous avons effectué ces comparaisons sur base de courbes d’interpolations construites sur les points extraits du logiciel TOTEM. Le tableau ci-dessous illustre le résultat :
Les conclusions que l’on peut tirer de cette étude sont les suivantes :
La distribution des modes constructifs par quartile n’est pas la même selon l’indicateur et le niveau d’isolation
Les modes constructifs basés sur les panneaux de liège, laine de mouton et laine de verre (en coulisse) sont systématiquement parmi les solutions avec le plus d’impact environnemental. Pour un U=0,15W/m2K s’ajoute à cette liste les modes constructifs choisis comprenant du polyuréthane.
Les modes constructifs basés sur l’isolation en flocons de cellulose et paille sont systématiquement parmi les solutions avec le moindre impact environnemental. Pour un U=0,24W/m2K s’ajoute à cette liste l’isolation EPS. Pour un U=0,15, s’ajoutent à cette liste les matelas de laine de verre ou de roche sous bardage bois.
De plus, les U optimum varient fortement en fonction de la paroi. Ils peuvent être de l’ordre des valeurs Umax réglementaires (cas du verre cellulaire ou du PUR), ou sensiblement plus bas : environ 0,16 W/m2K pour la fibre de bois, 0,11 W/m2K pour la cellulose et le verre cellulaire.
La question du “jusqu’où isoler”, dans le cadre de cette démarche zéro-carbone, pose donc la pertinence de mettre en oeuvre davantage de matériaux en regard des besoins de chauffage et du « surcoût » engendré. Pour certains, les Umax réglementaires représentent une valeur en-dessous de laquelle il n’est pas pertinent de descendre. Pour d’autres, des valeurs U sensiblement plus basses peuvent être proposées, d’un point de vue carbone comme d’un point de vue environnemental. Isoler plus ne signifie pas juste : « ajouter des couches ». Il faut veiller à ce que l’amélioration de la valeur U ne dégrade pas l’impact environnemental. Dés lors, pour une isolation renforcée, il faut interroger le mode constructif afin que la valeur U optimal s’accompagne d’un score d’impact environnemental également optimal.
Bilan environnemental total
Si vous souhaitez aller plus loin dans l’évaluation du bilan environnemental du bâtiment, nous vous proposons cet outil. Il vous permet de calculer l’impact environnemental total d’un bâtiment, en tenant compte non seulement des matériaux employés mais également des usages d’énergie. Il est évident que les consommations énergétiques d’une école ont, elles aussi, un impact environnemental plus ou moins important, selon la source de production. Modifier et/ou améliorer une paroi impacte également les consommations en énergie générales du bâtiment. Dès lors, en combinant l’impact des parois et des usages d’énergie, vous pourrez comparer différents scénarios et choisir celui ayant l’impact global le plus faible sur l’environnement.
Dans le cas d’une rénovation complète de votre école, plusieurs solutions sont envisageables pour réaliser les travaux. Cet article vous présentera ces différents scénarios et vous guidera dans une démarche afin de fixer les objectifs de votre projet de rénovation en accord avec la démarche zéro-carbone.
Comme mentionné, plusieurs scénarios sont possibles afin de réaliser la rénovation complète de votre bâtiment.
L’école possède un gestionnaire technique qui connait le bâtiment, son fonctionnement et ses faiblesses. Dans ce cas, si les travaux à mener sont clairs, il n’est peut-être pas nécessaire de passer par une étude. Le gestionnaire technique fixe des objectifs performanciels concrets à atteindre dans le marché((https://www.renovermonecole.be/fr/objectifs-environnement/limiter-impacts-consommation-denergie/contrat-performance-energetique)).
Un PO décide de rénover son école dans une démarche zéro-carbone. N’ayant pas les connaissances et les moyens suffisants pour mener le projet seul, ils établissent une stratégie afin de définir les objectifs de la rénovation. Cette étape nécessite de passer par un bureau d’architecture et/ou de préférence un bureau d’étude spécialisé qui analysera la situation en détails afin de mieux cibler les améliorations nécessaires. Une fois l’étude réalisée, l’école fixe alors ses attentes en décrivant les travaux de rénovation à mener.
Avant toute chose, il est primordial de préciser votre définition et votre vision d’un bâtiment zéro-carbone. Sans cela, il est compliqué d’établir des objectifs à atteindre dans le projet.
Périmètre
La vision générale du bâtiment zéro-carbone prônée dans ce dossier identifie quatre priorités qui correspondent à quatre axes de réflexion sur lesquels il est nécessaire de se pencher avant de fixer les objectifs pour une rénovation zéro-carbone pertinente.
1.Qualité de l’air
Respecter les débits et normes réglementaires dans les locaux pour favoriser une qualité de l’air optimale et un environnement intérieur sain.
2. Enveloppe
Limiter les pertes afin de réduire la demande en énergie de chauffage et limiter la surchauffe afin d’éviter une demande en refroidissement.
Observer les émissions de carbone intrinsèques aux matériaux et tendre vers leur diminution.
Avoir une approche multi-usage à long terme, en réfléchissant au projet jusqu’à sa fin de vie.
3. Electricité
Réduire au plus possible le talon de consommation de l’école.
Diminuer la part importante de consommation électrique liée à l’éclairage en optant pour des lampes LED.
Encourager la production d’électricité par des sources d’énergie renouvelables.
4. Chauffage
Analyser les besoins en chaleur des occupants et mettre en place des stratégies afin de maintenir une ambiance intérieure stable (avec si nécessaire des compensations individuelles par des démarches Slowheat).
En conséquence, tout projet de rénovation doit porter simultanément sur (au moins) ces quatre volets pour s’assurer une qualité globale et une cohérence d’ensemble. Si au niveau des travaux ils peuvent faire l’objet de lots différents, il est par contre indispensable qu’au niveau des études ils soient intégrés dans une démarche globale qui détermine comment atteindre les objectifs visés.
Objectifs
Peu importe le scénario dans lequel se trouve l’école pour les travaux, il est toujours nécessaire de fixer au départ des objectifs clairs à atteindre qui guideront le marché et les propositions imaginées par les bureaux d’étude.
Dans le cahier des charges décrivant le marché, il est possible de formuler les objectifs à atteindre de 2 manières différentes :
Objectif performanciel : si vous vous adressez à un bureau d’étude spécialisé, il est possible de chiffrer les objectifs recherchés en se référant aux normes en vigueur pour les différents types d’ouvrage envisagés.
Objectif descriptif : pour certaines choses, il sera préférable de se limiter à une description théorique précise des solutions imaginées.
Les objectifs choisis et leur formulation dépendent de l’approche dans laquelle on se place. Sur base de tous les éléments présentés dans de dossier, nous voyons deux voies possibles pour une rénovation zéro-carbone : l’approche énergétique classique actuelle (généraliste), en excluant certaines technologies, et celle visant une modification plus profonde de l’approche énergétique.
Dans le cadre d’une approche “généraliste” :
Les exigences principales à mettre en avant dans cette approche de la rénovation zéro-carbone sont les suivantes :
Abandonner l’utilisation d’énergies fossiles pour s’orienter vers des sources de production renouvelables, locale (biomasse) ou non (par l’électrification du chauffage).
Viser l’impact environnemental le plus faible possible pour toutes les nouvelles matières mises en œuvre dans le projet.
Concrètement, les objectifs à documenter par les bureaux d’étude peuvent être :
Indicateurs
Objectifs « + »
Ventilation et qualité de l’air
Objectif performanciel
Preuve du respect dans les classes des débits réglementaires de 32m³/h par personne pour ne pas dépasser le seuil critique des 900 PPM dans les locaux de cours.
Objectif descriptif
Systématisation de l’utilisation de systèmes de ventilation double flux décentralisés dans les locaux les plus utilisés dans le cas où l’installation d’un système centralisé n’est pas possible par manque de place.
Régulation efficace, sur base d’un horaire local par local avec une modulation du débit selon le taux de CO² par classe.
Performance de l’enveloppe
Objectifs performanciels
Respecter les Umax réglementaires.
Documenter l’impact environnemental et l’ACV de toutes les nouvelles parois mises en œuvre.
Objectifs descriptifs
Limitation des déperditions de chaleur par transmission et infiltrations par un travail efficace sur l’étanchéité et l’isolation de l’enveloppe.
Systématisation de l’isolation par l’intérieursi cela n’est pas possible par l’extérieur.
Utilisation systématique de matériaux à l’empreinte carbone la plus faible possible.
Favoriser autant que possible les matériaux biosourcés.
Systèmes de chauffe
Objectifs performanciels
/
Objectif descriptif :
Exclusion des solutions de chauffage au gaz et au mazout.
Exclusion des solutions de chauffage biomasse, sauf si le pouvoir organisateur de l’école est en mesure d’assurer un approvisionnement suffisant en combustible.
Systématisation de l’utilisation de pompes à chaleurdans le cas d’une électrification du chauffage.
Confort d’été
Objectif performanciel
Prouver par simulation thermique dynamique la capacité de locaux représentatifs à assurer une température intérieure opérative confortable au sens de la norme EN15251 – Annexe 1 (free running buildings).
Objectif descriptif
Systématisation des protections solairesmobiles extérieures (gestion thermique) et intérieures (gestion lumineuse), avec un contrôle manuel.
Favoriser une grande inertie du bâtiment, grâce à un choix judicieux des matériaux de construction.
Systématisation des pratiques de ventilation nocturne dans le bâtiment en cas de fortes chaleurs.
Exclusion de toute technologie de lampe autre que les LED.
Systématisation de la modulation de l’éclairage en fonction de la lumière naturelle et de la détection de présence.
Système électrique
Objectif performanciel
/
Objectif descriptif
Division du système électrique en plusieurs circuits qui, outre la logique “spatiale”, intègre la division entre les types d’usages. Installation d’interrupteurs horaire sur chaque circuit du tableau électrique.
Installation de technologies intelligentes (compteurs, prises de courant…)
Energies renouvelables
Objectif performanciel
/
Objectif descriptif
Maximisation des surfaces de productions pour panneaux photovoltaïques (ou autre SER) afin de produire la plus grande part des besoins électriques de l’école.
Favoriser l’intégration de l’école dans une communauté d’énergie renouvelable à échelle locale.
Systèmes de gestion
Objectif performanciel
/
Objectif descriptif
Favoriser la simplicité des équipements de gestion tant pour les occupants que pour les gestionnaires techniques par une gestion centralisée pour les besoins fixes et normalisés (ex. électricité) et gestion décentralisée par local pour les besoins fluctuants (dans le temps et dans l’espace = ventilation, éclairage…).
Programmation architecturale
De manière générale, réfléchir à une programmation circulaire avec une vision sur plusieurs cycles de vie du bâti. Alternativement, choisir ou adapter le programme imaginé en fonction de la richesse spatiale du bâti existant.
Les objectifs précis de programmation varient selon la situation particulière de chaque projet.
Dans le cadre d’une approche “plus originale” :
Les exigences principales à mettre en avant dans ce projet de rénovation zéro-carbone sont les suivants :
Limiter considérablement les besoins de chaleur de l’école et ne concevoir l’apport de chaleur que comme un appoint, le bâtiment et les usages étant adaptés pour maintenir le bien être « passivement » le plus longtemps possible.
Viser l’impact environnemental le plus faible possible pour toutes les nouvelles matières mises en œuvre dans le projet.
Concrètement, les objectifs à documenter par les bureaux d’étude peuvent être :
Indicateurs
Objectifs « +++ »
Ventilation et qualité de l’air
Objectif performanciel
Idem que l’approche classique
Objectif descriptif
Systématisation de l’utilisation de systèmes de ventilation centralisés ou décentralisés double flux munis de batteries de chauffe et de by-pass afin afin de combler les besoins thermiques ponctuels dans les classes.
Régulation efficace, sur base d’un horaire local par local avec une modulation du débit selon le taux de CO² par classe.
Performance de l’enveloppe
Objectifs performanciels
Viser pour les parois opaques en contact avec l’extérieur un U < 0,15W/m²K.
Viser pour les fenêtres un niveau U < 1 W/m²K
Pour tout autre paroi, viser à respecter les Umax réglementaires.
Preuve par calcul de dimensionnement que les parois sont telles que la puissance de chauffe (hors relance) du local peut être assurée par le système de ventilation hygiénique.
Objectifs descriptifs
Idem que l’approche classique
Systèmes de chauffe
Objectifs performanciels
/
Objectif descriptif :
Apport de chaleur sur l’air hygiénique, sans surdimensionnement du débit, avec gestion par thermostat local par local.
Présence dans les locaux d’équipements de correction localisés avec gestion manuelle.
Confort d’été
Idem que l’approche classique
Eclairage
Idem que l’approche classique
Système électrique
Idem que l’approche classique
Energies renouvelables
Idem que l’approche classique
Systèmes de gestion
Idem que l’approche classique
Programmation architecturale
Idem que l’approche classique
Propositions
Il est toujours intéressant d’exiger plusieurs propositions afin de pouvoir comparer les résultats. Nous suggérons les quatre propositions suivantes :
Une proposition visant simplement à respecter à la lettre la réglementation en vigueur actuellement.
Une proposition la plus proche du zéro-carbone possible.
Une hypothèse avec un changement d’affectation de locaux.
Une proposition liée aux spécificités propres au bâtiment en question.
Les propositions pourront alors être comparées selon leur respect plus ou moins fort de la démarche “zéro carbone”. Attribuez des points supplémentaires aux propositions les moins émettrices en carbone.
Par le terme rénovation urgente nous entendons tous les travaux sur des équipements essentiels au confort des occupants qui nécessitent un remplacement et/ou une intervention rapide. Ces travaux d’urgence peuvent être causés par des évènements exceptionnels (inondations, incendie…), par la casse du matériel (châssis, luminaires…) ou encore simplement parce que les équipements sont arrivés en fin de vie (chaudière, luminaire…).
Le plus important dans ce genre de situation est souvent de ne pas se précipiter et de ne pas toujours opter pour la « solution facile » : remplacer à l’identique. Bien souvent, les équipements sur lesquels intervenir ne sont plus aux normes ou bien existent en version plus performante. Dans une situation d’urgence, il est donc toujours utile de réfléchir au-delà de la facilité afin d’anticiper l’évolution des travaux en question.
Voici donc une série de recommandations pour traiter quelques situations d’urgence de la manière la plus optimale, en accord avec les principes de la démarche zéro-carbone.
Remplacer la chaudière
Remplacer sa chaudière est l’occasion de faire de grandes économies, d’autant plus si celle-ci a plus de 20 ans. Il existe aujourd’hui des chaudières dites à « haute performance énergétique », qui pourront aisément remplacer des installations en fin de vie.
Dans le meilleur des cas, il est toujours préférable d’avoir établi un plan de rénovation à l’avance avec un professionnel. Celui-ci aura pu prendre le temps d’analyser différentes offres, de revoir le surdimensionnement de la chaudière, d’étudier l’éventuel changement de combustible ou encore les améliorations à apporter au système de régulation. Ce plan de rénovation étant prêt, on peut répondre rapidement à une situation d’urgence, tout en optimalisant le choix de la nouvelle installation.
Souvent, malheureusement, ce diagnostic et cette étude préalable n’ont jamais été faites. Lorsque la chaudière tombe en panne ou est à remplacer en plein cœur de l’hiver, une solution rapide et efficace est nécessaire. La chaudière à condensation est celle à envisager en priorité car elle propose les rendements les plus élevés et est beaucoup moins émettrice en CO² que d’autres technologies de chaudières. Attention toutefois de, malgré l’urgence, prendre le temps de demander 2 ou 3 devis afin de comparer les offres. Certains chauffagistes remplacent l’existant par une installation ayant exactement les mêmes fonctionnalités. D’autres proposent une installation dont la puissance est judicieusement revue à la baisse et dont la régulation répond aux standards de performance actuels. Il est évident que cette dernière solution est de loin préférable si on veut optimaliser l’économie d’énergie réalisable.
Il est rare de devoir remplacer un seul châssis dans une école. Souvent, ceux-ci doivent être remplacés par groupe. Peu importe le nombre de châssis à remplacer, une autorisation de l’administration communale est souvent la première démarche à entreprendre.
D’un point de vue technique, la principale question à prendre en compte rapidement lorsque des travaux comme tel doivent être réalisés rapidement est celle de la ventilation.
Souvent, les locaux scolaires ne sont munis d’aucun système de ventilation. Dès lors, il est primordial de prévoir des grilles de ventilation dans les nouveaux châssis afin de rendre possible les échanges d’air entre intérieur et extérieur. Les grilles de ventilation permettront également d’éviter des risques de condensation et de moisissures indésirables sur les parois intérieures de la classe.
Remplacer un châssis sans y ajouter de grille de ventilation peut alors porter la réflexion sur la mise en place d’un système de ventilation mécanique dans les locaux en question.
De plus, il peut aussi être intéressant de se poser la question de la place du nouveau châssis dans le mur. Si le mur n’est pas isolé, il peut être intéressant de réfléchir à placer le châssis de manière la plus adéquate pour être intégré plus tard dans une enveloppe isolée (par l’intérieur ou par l’extérieur).
Dans le cas où des travaux doivent être réalisés sur une paroi à cause de dégât des eaux par exemple, la principale réflexion à avoir porte sur l’isolation de celle-ci. La paroi est-elle déjà isolée ? Est-ce utile de le faire ?
Malgré une prise de décision rapide, il est toujours utile de réfléchir à employer des matériaux à faible impact environnemental pour isoler thermiquement et/ou acoustiquement.
Remplacer un radiateur
Agir sur les corps de chauffe peut soulever des questionnements concernant les besoins en chaleur des occupants des locaux en question. Peut-on se passer de ce radiateur moyennant d’autre systèmes de chauffage ? Combien de radiateurs sont réellement nécessaires ? Quelle température est la plus idéale ?
Remplacer des lampes
Souvent le remplacement de ce type d’équipements se fait lampe par lampe. De cette manière, l’économie d’énergie met du temps à devenir significative. Cependant, malgré un remplacement petit à petit comme cela, il est intéressant de s’inscrire dans une stratégie globale, permettant de revoir la position des luminaires dans les locaux, la puissance installée nécessaire ainsi que les techniques de régulation des luminaires.
Les bâtiments scolaires sont sujets à de nombreux gaspillages d’énergie suite à leurs périodes d’occupations ponctuelles. Durant les weekends, les mercredis après-midi ou les congés, beaucoup d’appareils électriques restent branchés et utilisent de l’électricité inutilement. Malheureusement, le problème est voué à une grosse augmentation à cause de la numérisation de la pédagogie (bornes wifi, salles informatiques et autre). Il est donc impératif d’agir dès maintenant !
Contrairement à ce que l’on pense, les appareils en standby durant les périodes d’inoccupation consomment énormément d’électricité, faisant augmenter la facture totale à la fin du mois. En effet, si les puissances en cause sont limitées, les durées de fonctionnement de ces équipements sont longues. La quantité totale d’énergie n’est donc pas à négliger. Ces sources d’électricité cachées participent à former le talon de consommation de l’école, c’est à dire le seuil en dessous duquel il est difficile d’aller en termes de consommations.
Agir sur le talon de consommations est relativement simple et abordable pour tous. C’est donc la première chose à réaliser afin de réduire les consommations électriques dans l’école. Ensuite, pour aller plus loin, il sera pertinent de se pencher sur le choix des équipements et/ou l’amélioration de leurs performances. Une bonne conception et régulation de ceux-ci est essentielle afin de réduire efficacement les consommations d’électricité.
Génération 0 Watt
Le projet Génération Zéro Watt a pour objectif d’aller à la recherche des sources de consommation d’énergie cachées ou inutiles et d’agir localement sur celles-ci. Par le biais de petites actions simples sur les appareils électriques, l’éclairage et le chauffage, les enfants des écoles impliquées dans le projet sont sensibilisés à des comportements efficaces en termes de réduction de consommation d’énergie. De cette manière, les écoles participantes peuvent atteindre durant le défi des économies allant en moyenne jusqu’à 20% de la consommation électrique initiale.
Le pourcentage d’économies dépend du nombre d’élèves dans les établissements concernés. Les grandes écoles éprouvent plus de difficulté à mobiliser l’ensemble de leurs occupants à réduire leurs consommations. Toutefois, celles qui y parviennent peuvent atteindre un ratio de consommation par élève logiquement plus bas que les petites écoles.
Plus largement, les actions à entreprendre pour améliorer sa consommation peuvent être réparties selon le budget disponible. Le site educationenergie.be reprend, selon la taille du budget, les actions possibles à envisager dans l’école : https://www.educationenergie.be/actions-zero-budget/
Si l’on réfléchit aux bâtiments scolaires dans une optique zéro carbone, ce talon de consommation, bien que réduit par les diverses actions menées, produit toujours du carbone, nuisant ainsi à l’objectif nul recherché. Dès lors, il est nécessaire de réfléchir à d’autres solutions, parfois plus expérimentales ou innovantes.
Repenser les systèmes
Cette solution est hypothétiqueet va au-delà des petites actions ponctuelles sur les appareils électriques, le chauffage ou l’éclairage. Elle propose une gestion centralisée et automatisée des circuits électriques parcourant le bâtiment de l’école. Ce mode de fonctionnement permettrait une plus grande efficacité dans la lutte contre le talon de consommation de l’école. Pour plus d’informations concernant la gestion centralisée (GTC), consultez cet article consacré au réseau électrique.
Les principes de GTC existent déjà mais sont actuellement peu propices à l’utilisation dans des écoles car ils sont onéreux et nécessitent beaucoup de maintenance. Ils sont donc principalement réservés à des projets hauts de gamme.
Une mesure plus pragmatique concernant la modification des systèmes électriques dans une école serait de réfléchir avec l’électricien à un découpage qui, outre la logique “spatiale”, intègre la division entre 3 types d’usages.
Imaginons donc que 3 circuits électriques composent l’installation de l’école
Circuit permanent (congélateur, frigo…)
Circuit d’urgence (éclairage de secours, alarme, détecteurs incendies…)
Circuit d’usage (ordinateurs, TBI, éclairage, machine à café, ventilation…)
Ces trois circuits sont contrôlés via un tableau électrique et chacun d’entre eux est doté d’un interrupteur horaire. Ceux-ci ont pour but d’allumer et de couper le circuit électrique selon un horaire prédéfini. La répartition proposée sous forme de circuit permet, lors des périodes d’inoccupation de simplement couper en une fois l’ensemble du circuit d’usage, sans devoir éteindre chaque appareil individuellement. Cette simplification des manipulations agit en faveur de la réduction des consommations énergétiques de l’école.
Des réglages pourraient être envisagés lorsque l’école est occupée en dehors des heures habituelles. Par une détection de présence d’occupants, le circuit comprenant l’éclairage pourrait se mettre en route par exemple..
S’il n’est pas envisageable de refaire le réseau électrique complet, il faut trouver d’autres solutions. Par exemple, avoir recours à des prises de courant intelligentes, pour pouvoir leur ajouter une programmation horaire individuelle. L’utilisation de technologies de l’internet des objets permet elle aussi de réduire les consommations énergétiques, mais à moindre niveau et au prix d’une consommation de ressources non négligeable.
Les émissions de carbone dans les écoles proviennent de nombreuses sources qui vont bien au-delà de la simple consommation d’énergie. En effet, les bâtiments scolaires se situent à l’intersection de trois facteurs contribuant aux émissions mondiales de gaz à effet de serre, pouvant être explorés à différents stades du cycle de vie de la construction :
L’énergie incorporée en amont, l’énergie grise, ou énergie matérielle incorporée
L’énergie opérationnelle et de mobilité pendant la vie du bâtiment
L’élimination des matériaux en aval
Pour atteindre la neutralité carbone, l’école doit donc non seulement porter une attention particulière sur les aspects techniques de la rénovation mais également sur la sensibilisation et la mise en place de pratiques alternatives décarbonées. L’asbl COREN propose un outil permettant aux écoles de quantifier leur bilan carbone, en intégrant ces différents volets((https://www.coren.be/images/outils/bilan_carbone/Guide%20accompagnement%20bilan%20carbone.pdf)).
Pistes de réflexions
Les écoles sont, par leur caractère éducatif visant une citoyenneté responsable, des lieux propices à la sensibilisation et à l’éducation de notions relatives à la protection de l’environnement.
Sensibiliser à la neutralité carbone va au-delà de placarder des affiches sur les murs de l’école, c’est une réelle réflexion globale qui doit être menée sur de nouvelles pratiques alternatives moins consommatrices en carbone. L’objectif général étant d’éveiller les occupants des écoles à des comportements moins hostiles vis-à-vis de l’environnement. Pour cela, nous proposons 3 pistes de réflexions.
Mobilité
Une voiture transportant une seule personne consomme environ 0,2 kgCO²e par kilomètre parcouru, contre plus de la moitié en moins pour le même trajet en bus ou en train. Dès lors, il paraît évident, dans une optique zéro carbone, que l’école mette la question de la mobilité à l’ordre du jour de ses préoccupations. Les écoles en Wallonie sont assez bien desservies en transports publics, rendant leur utilisation facile pour tous les enfants de l’école.
Avec le soutien de certaines associations comme Empreintes, l’école peut facilement mettre en place certains gestes agissant en faveur d’une diminution des émissions de carbone liées à la mobilité. Agir durablement sur les modes de transports vers et depuis l’école est une étape importante dans la sensibilisation à la neutralité carbone et dans l’éducation relative à l’environnement des élèves prenant part au projet.
La Région Wallonne propose également de nombreux outils pour traiter la question de la mobilité durable. Pour en savoir plus, consultez les pages suivantes :
Développer la végétation dans l’école est indispensable pour sensibiliser les occupants à l’environnement. La présence de nature dans l’environnement direct des enfants permettra non seulement de les rapprocher de la nature mais également de rendre visible et tangible des processus écologiques au sein même de leur école. La nature environnante s’accompagne de potentiels pédagogiques importants, elle doit servir de support d’apprentissage pour les élèves.
La végétation permet une meilleure gestion du cycle de l’eau dans l’école mais également d’accueillir de la biodiversité sur le site. En plus de cela, les potagers, jardins, vergers et autres peuvent agir comme de réels puits de carbone. Les émissions de gaz à effet de serre pourront en partie être réduites grâce à une absorption directe par la végétation présente sur le site même de l’école((Last child in the woods – saving our children from nature-deficit disorders – Richard Lou)).
Pour aborder la question de la végétalisation dans votre école, consultez les pages suivantes :
Chaque année, des appels à projets ont lieu en Wallonie et à Bruxelles pour des projets de végétalisation des cours de récréation.
Alimentation
Avoir une réflexion sur une alimentation plus durable permet également d’alléger le bilan carbone de l’école. En plus de cela, ces actions ont un effet positif sur notre santé.
Les leviers à mettre en place pour se diriger vers une alimentation plus respectueuse de l’environnement sont les suivants :
Réduire la fréquence et les quantités de viande proposées en alternant les sources de protéines. Un menu végétarien peut facilement avoir une empreinte carbone 4 fois inférieure à un menu comportant de la viande bovine.
Privilégier les produits locaux, qui nécessitent moins de déplacements.
Privilégier les produits de saison, à l’empreinte plus faible pour leur production et leur conservation.
Privilégier les produits biologiques, qui utilisent moins d’intrants (engrais, pesticides, produits phytopharmaceutiques).
Pour aller plus loin dans ces réflexions, vous pouvez consultez les pages suivantes :
On considère souvent le contact avec la nature comme un avantage, mais rarement comme une nécessité absolue. Pourtant, des recherches scientifiques montrent qu’on peut considérer notre lien avec la nature comme un besoin essentiel à notre bien-être et à notre développement.
Le contact avec la nature a de multiples impacts bénéfiques sur la santé physiologique et psychologique. Des recherches ont montré des relations entre le manque de contact avec la nature et des problèmes tels que l’obésité, les troubles de l’attention ou la dépression. Les enfants en contact avec la nature sont considérés comme plus « résilients ». Ils résistent et s’adaptent plus facilement à des situations de stress.
En parallèle à ses impacts sur le bien-être physiologique et psychologique des enfants, la nature sollicite tous les sens de l’enfant et offre des possibilités d’expérimentations et d’apprentissages multiples. Elle est le support idéal pour enseigner de nombreuses notions faisant partie du programme scolaire. Comme terrain de jeu, un environnement naturel met à disposition des enfants, une série d’éléments variables et sans usage prédéterminé qui, utilisés pour jouer, stimulent l’inventivité et la créativité.
Pourtant, dans notre société actuelle, l’accès à la nature est de plus en plus difficile pour les enfants. L’urbanisation importante, la peur des parents qui les mènent à réduire leur autonomie et la multiplication des activités parascolaires limitant le temps libre des enfants sont différents facteurs qui font que les enfants passent de moins en moins de temps dans la nature, a fortiori pour y avoir des activités libres, non dirigées.
Dans le cadre de l’école, la nature est donc à la fois une nécessité pour les enfants, qui dépasse le cadre strictement scolaire, et une formidable opportunité d’apprentissage.
Efficacité
Les enfants ayant pu bénéficier de cette sensibilisation pourront-ils inciter efficacement leurs parents à modifier leur comportement en matière de consommation d’énergie ? Il a été démontré qu’amener les élèves de primaire et secondaire à encourager leurs familles à suivre de bonnes pratiques de consommation est un moyen efficace d’organiser des engagements volontaires en matière d’économies d’énergie. Ces études nous montrent que le milieu scolaire est un levier efficace pour toucher plus largement la société en général((AGARWAL S., RENGARAJAN S., FOO SING T. & YANG Y (2016), Nudges of school children and electricity conservation: evidence form the “project carbon zero” campaign in Singapore)).
Cependant, l’éveil environnemental tel que pratiqué aujourd’hui dans de nombreuses écoles n’est pas encore assez efficace que pour inciter à de réels changements comportementaux à long terme chez les enfants. Toutefois, cela reste une généralité car certaines écoles parviennent tout de même à inciter de manière concluante leurs occupants à des changements de comportements par une sensibilisation plus poussée et plus active((DE PAUW & VAN PETEGEM (2013), The effect of eco-schools on children’s environmental values and behavior, Journal of Biological Education, 47:2, p.102)). Voilà de quoi motiver les troupes !
POE occupant : la quête du confort dans les bureaux !
Introduction du webinaire : Energie+ – les nouvelles fonctionnalités d’Energie+ à la loupe !
Webinaire Energie+ – du vendredi 18 septembre 2020
INFORMATION :
Le premier Webinaire Energie+ consacré aux responsables énergies a eu lieu le 18 septembre 2020 de 10h à 11h40.
Nous avions décidé de sélectionner 2 modules pour ce premier Webinaire :
1. Energie+ : les nouvelles fonctionnalités d’Energie+ à la loupe !
2. POE occupant : la quête du confort dans les bureaux !
La première partie fut consacrée à la présentation de l’équipe « Architecture et Climat » :
10:00 – 10:20
Présentation de la cellule Architecture et Climat et du site Energie+ par Sergio Altomonte et Geoffrey Van Moeseke.
10:20 – 11:00
Premier module – Energie+ : les nouvelles fonctionnalités d’Energie+ à la loupe ! Présentation de l’outil « responsable énergie » par Denis De Grave.
11 :00 – 11:40
Second module – POE occupant : La quête du confort dans les bureaux ! Présenté par Sergio Altomonte.
On peut distinguer 2 principales formes d’énergies consommées au sein de l’école :
La consommation énergétique de chauffage (60 à 70%) : en général par combustion d’une énergie fossile (mazout ou gaz naturel) ou éventuellement renouvelable (bois, pellet).
La consommation électrique (35%): nécessaire pour l’éclairage, la ventilation des locaux, le fonctionnement des systèmes techniques, les équipements de bureaux (ordinateur, photocopieuse…) etc.
Ces deux postes de consommation sont responsables d’une grande partie des émissions carbones des écoles. Cependant, ce ne sont pas les seuls car l’impact carbone des bâtiments scolaires va bien au-delà de la consommation d’énergie. En effet, beaucoup d’autres facteurs sont à prendre en compte dans le bilan carbone général d’une école (alimentation, mobilité, énergie grise…), alourdissant celui-ci de manière considérable. Agir en priorité sur les postes de consommations d’énergie paraît toutefois être une solution efficace pour tendre vers la neutralité carbone.
De nombreuses questions liées à la rénovation ont des répercussions sur la consommation d’énergie de l’école. Il existe donc de nombreux moyens de réduire celle-ci : l’isolation des bâtiments, agir sur la performance des systèmes de chauffage et des équipements électriques, l’installation d’un système de ventilation, la production d’énergie renouvelable, le choix des matériaux de construction…
Pourquoi rénover zéro carbone ?
Pour réduire les impacts de la consommation d’énergie fossile
Pour réduire la dépendance économique de l’école
Pour éduquer à l’environnement
1) Réduire les impacts de la consommation d’énergie fossile
La part de la consommation énergétique wallonne dont les écoles sont responsables
Selon les données du bilan énergétique wallon, la consommation énergétique du secteur de l’enseignement représente 14% de la consommation du secteur tertiaire, qui représente elle-même 11% de la consommation énergétique globale wallonne. Elle est donc estimée à 1,5% de la consommation énergétique totale de la Wallonie.
Cette consommation varie également d’un réseau d’enseignement à l’autre((https://www.renovermonecole.be/fr/content/part-consommation-energetique-wallones-dont-ecoles-sont-responsables)).
Les grandes variations que l’on peut observer dans le graphique ci-dessus((https://www.renovermonecole.be/fr/content/part-consommation-energetique-wallones-dont-ecoles-sont-responsables)) ont plusieurs explications :
Les caractéristiques des bâtiments reliés à chaque réseau.
La manière dont les bâtiments et leur consommation d’énergie sont gérés : contrôle des systèmes de chauffage, impact des coûts énergétiques sur les utilisateurs, contact entre les gestionnaires et les occupants, responsabilisation des occupants, etc.
Comme le montre le graphique, les consommations spécifiques de combustibles dans l’enseignement dépassent largement les consommations en électricité, dans l’état du parc au moment de la réalisation de ce cadastre. C’est pourquoi beaucoup d’écoles se tournent de plus en plus vers des travaux de rénovation, dans l’objectif de diminuer cette part importante de consommation. En moyenne, les écoles aujourd’hui consomment en combustibles 138 kWh/m² (40 kWh/m³).
La région Wallonne propose aux écoles (voir critères d’éligibilité) les subventions UREBA exceptionnelles destinées à soutenir les travaux d’amélioration des performances énergétiques. La prime propose une couverture de 30% des coûts éligibles à celle-ci. En moyenne, les écoles effectuant des travaux (plus ou moins importants) et ayant recours à cette prime effectuent une économie de 38 % sur leurs consommations de combustibles. Cependant, il est évident que ce chiffre varie en fonction du type de travaux, de la taille de l’école, de la consommation initiale, etc… ((Consommations spécifiques moyennes dans l’enseignement dans les écoles à Bruxelles – https://www.renovermonecole.be/fr/content/part-consommation-energetique-wallones-dont-ecoles-sont-responsables.))
2) Réduire la dépendance économique de l’école
La consommation d’énergie dans les écoles représente un budget important et ce budget est en constante augmentation. Réduire ces dépenses est nécessaire pour l’équilibre financier des écoles et permet de développer des projets plus passionnants que la combustion des énergies fossiles.
Il existe mille projets plus intéressants à financer dans une école que la consommation d’énergie, dont l’impact sur le climat et la paix mondiale n’est pas vraiment brillant.
Le coût de l’énergie pour l’école dépend de nombreux facteurs tels que les bâtiments, leurs caractéristiques techniques, le nombre d’élèves, les enseignants et leurs habitudes, le type de chauffage, …
Les actions qui améliorent le confort dans l’école ont un impact sur le bien-être, la santé et les performances des élèves et des enseignants.
La ventilation, la lumière naturelle, le confort thermique et acoustique contribuent à réduire l’absentéisme et à augmenter les chances de réussite des élèves. Et cela permet aussi de faire des économies. Si elles ne profitent pas directement à l’école, elles n’en sont pas moins intéressantes au niveau collectif.
Le coût de la scolarité d’un élève à charge de la Fédération Wallonie Bruxelles varie selon le niveau d’enseignement, avec une moyenne de 5097 € par élève et par an en 2011.
La Fédération Wallonie Bruxelles estime qu’en 2019, l’échec scolaire a généré un coût supplémentaire d’environ 391 millions d’euros dans l’enseignement obligatoire ordinaire. Investir dans la rénovation des établissements scolaires permettrait donc, dans certaines mesures, de réduire ce gouffre financier.
En plus de réduire la dépendance économique de l’école, rénover zéro-carbone peut aussi offrir plus de résilience aux écoles face à la raréfaction de l’énergie. Les sources d’énergie fossiles (pétrole, gaz, charbon) sont, par définition, limitées en quantité. De plus, cette contrainte d’épuisement n’est pas la seule à diriger la production d’énergie fossile. Des contraintes économiques et politiques participent aussi à la raréfaction de l’énergie, réduisant ainsi encore plus la production par rapport à la quantité d’énergie disponible. Ces contraintes sont par exemple l’augmentation des prix provoquant un déclin de la demande ou encore les crises politiques.
Limiter ses consommations et consommer de l’énergie renouvelable peu donc permettre aux écoles une meilleure stabilité dans le temps, moins de dépendance et plus de résilience face au marché fluctuant de l’énergie.
3) Eduquer à l’environnement
Rénover son école dans une démarche durable tel que le zéro carbone est une réelle opportunité pour sensibiliser et éduquer les élèves, enseignants et parents au développement durable et à l’efficacité énergétique. Les bâtiments scolaires rénovés offrent le potentiel de devenir des vitrines pour les élèves et les familles d’une architecture respectueuse de l’environnement. Cette vitrine, une fois vécue, peut influencer leur attitude et les amener à développer des comportements et des habitudes plus responsables afin de devenir de vrais éco-citoyens.
L’architecture de l’école possède une vertu pédagogique, capable d’enseigner et de sensibiliser de manière directe ou indirecte ses occupants à une série de concepts clés liés au développement durable. Le bâtiment scolaire ne devient plus uniquement une structure qui accueille les apprentissages mais un outil d’apprentissage en tant que tel.
Rénover son école dans l’optique zéro carbone offre donc le potentiel de proposer une architecture pédagogique au service de l’éducation à l’environnement de ses occupants.
L’éducation à l’environnement est une thématique très actuelle portée par beaucoup d’écoles à Bruxelles et en Wallonie. Au vu des problématiques auxquelles notre société fait face aujourd’hui, il semble indispensable d’éveiller les enfants dès leur plus jeune âge à des valeurs et des comportements pro-environnementaux.
Actuellement, en termes d’éclairage, on s’oriente en majorité vers la technologie LED. Celle-ci est en plein essor et ne cesse de s’améliorer au fil des années. Les arguments les plus souvent énoncés en faveur des LED sont leur grande efficacité lumineuse, leur durée de vie extrêmement longue et leur faible consommation électrique.
Technologie miracle ? Pas tout à fait…. Autant les LEDs paraissent meilleurs que la concurrence sur le plan performanciel et énergétique, il n’est pas de même en termes de confort visuel et d’impact sur la santé.
Le LED aujourd’hui
Aujourd’hui, les lampes à LED sont particulièrement performantes et beaucoup plus économes en énergie que les technologies classiques.
À titre d’exemple, le tableau comparatif ci-dessous provient d’une étude scientifique((L.T. Doulos et al. Minimizing energy consumption for artificial lighting in a typical classroom of a Hellenic public school aiming for near Zero Energy Building using LED DC luminaires and daylight harvesting systems, Energy and Buildings, Volume 194, 2019, Pages 201-217)) et met en évidence les dernières avancées en termes de LED par rapport à un luminaire classique à tube fluorescent. Les résultats peuvent évidemment dépendre selon les produits testés.
LED (AC supply)
LED (DC supply)
T5 2x35W
Puissance (W)
41.0
50.5
76.0
Efficacité lumineuse (lm/W)
116.1
107.6
62.0
Puissance spécifique (W/m2)
3.16
3.90
5.86
Nombres de luminaires utilisés
4
4
4
Puissance totale installée (W)
164
202
304
Consommation annuelle (kWh)
255.8
315.1
474.2
Eclairement (lx)
302
322
308
On remarque que les luminaires LED sont aujourd’hui largement plus efficaces en termes de consommation électrique, à niveau d’éclairement similaire.Il est donc très intéressant de se tourner vers des solutions 100% LED dans des projets de rénovation visant le zéro-carbone, d’autant plus que l’efficacité lumineuse retenue pour les luminaires ci-dessus n’est pas le plein potentiel de la technologie.
Effets sanitaires
Face à la constante amélioration de la technologie LED, l’ANSES (Agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation, de l’environnement et du travail) a récemment publié un nouveau rapport étudiant les effets sanitaires de ces systèmes sur la population. Les LED sont caractérisées par un spectre de lumière plus riche en lumière bleue et plus pauvre en lumière rouge que d’autres sources lumineuses, créant un déséquilibre spectral particulièrement nocif pour nos yeux. De plus, “les lumières à LED peuvent être plus éblouissantes que les lumières émises par d’autres technologies (incandescence, fluo-compactes, halogènes, etc.)” (ANSES, p.355). “Enfin, les LED sont très réactives aux fluctuations de leur courant d’alimentation. De ce fait, selon la qualité du courant injecté, des variations de lumière peuvent apparaître, suivant la fréquence et le niveau de ces variations.” (ANSES, p.355)
Le rapport étudie donc différents effets sanitaires :
les effets de la lumière bleue sur les rythmes circadiens (perturbation de l’horloge circadienne) ;
les effets de la lumière bleue sur le sommeil et sur la vigilance (retard de sommeil et altération de la quantité et qualité du sommeil) ;
les effets de la lumière bleue et des différents types de LED sur l’œil (phototoxicité, sécheresse oculaire, myopisation) ;
les effets de la lumière bleue sur la peau ;
les effets de la modulation temporelle de la lumière sur la santé ;
Afin de protéger la population de tous ces effets sanitaires, l’ANSES émet une série de recommandations liées à l’utilisation de lumières à LED. Certaines sont de l’ordre de futures recherches à mener ou de suggestions d’évolutions réglementaires tandis que d’autres sont de l’ordre de bonnes pratiques à prendre en compte directement dans des projets de relighting. On retiendra les deux principales :
Limiter au plus possible l’exposition à des lumières froides (> 4000 K)
Exclure les lampes LED nues du champ de vision
Toutefois, les difficultés des LED ciblées dans l’étude sont surtout liées au lien entre lumière bleue et endormissement. Elles sont donc peu pertinentes dans les écoles.
Pour plus d’informations, celles-ci sont reprises dans le document « Effets sur la santé humaine et sur l’environnement (faune et flore) des diodes électroluminescentes (LED) » en page 363 : https://www.anses.fr/fr/system/files/AP2014SA0253Ra.pdf
Le LED en rénovation
Avant de se lancer dans un projet de rénovation de l’éclairage de l’école, il faut impérativement passer par l’étape d’analyse et de diagnostic de la situation existante. Pour cela, il est préférable de faire appel à un bureau spécialisé en éclairage. Cependant, il existe quelques outils sur le site de Rénover mon école qui vous permettront de réaliser un rapide diagnostic de l’installation lumineuse de vos salles de classe. Les pages suivantes sur Energie+ peuvent également être utiles :
Le site internet de Rénover mon école regroupe une grande partie des questions générales à se poser lors de la rénovation de l’éclairage. Attention que les informations mentionnées en termes d’objectifs et de techniques ne sont plus de toute fraîcheur… En plus de cela, elles ne visent pas l’objectif zéro-carbone qui nous intéresse dans ce dossier.
Pour plus d’infos concernant le passage au LED, consultez la page suivante.
Que faire donc dans notre cas ?
Procéder à un relighting de l’école dans une démarche zéro carbone nécessite de faire attention à deux points principaux :
Viser une puissance faible
Avoir une gestion efficace
En termes de puissance...
Comme vu plus haut, le LED offre de faibles puissances et donc a fortiori de meilleures performances énergétiques. C’est donc principalement vers cette technologie qu’il faut se tourner lorsqu’on envisage le relighting d’un bâtiment scolaire.
L’emplacement des luminaires dans le local a toute son importance en termes de puissance. Un moins grand nombre de luminaires, mais bien situés afin de garantir une uniformité de l’éclairement, permettra de réduire la puissance totale et donc la consommation en carbone.
La question de la gestion….
C’est principalement sur ce point qu’il est utile d’insister lorsque l’on conçoit un relighting d’une école. 35% de la facture énergétique des écoles correspond à l’électricité consommée par l’éclairage. Bien souvent, cela est dû à une mauvaise gestion du système d’éclairage. Il est impératif de rendre les occupants des locaux conscients de leurs décisions en limitant au maximum l’allumage automatique de lampes par exemple. L’extinction automatique, le zonage ou encore le dimming des lampes sont autant de principes qu’il est nécessaire de prendre en compte dans une démarche zéro-carbone. Pour plus d’informations sur ces techniques, consultez les pages suivantes :
De plus, une attention particulière doit être portée sur le programme de maintenance afin de garantir la pérennité du projet de relighting.
Rénover pour consommer…plus ?
Il est nécessaire de pointer la faiblesse actuelle en termes de niveaux d’éclairage dans les écoles. Les installations vétustes et inconfortables ne respectent souvent pas les normes visées lors de projets de relighting ou de constructions neuves. Dès lors, il se peut qu’après rénovation, le système d’éclairage consomme plus qu’auparavant. Cependant, au profit d’un meilleur confort visuel, qui s’avère bénéfique en de nombreux points pour tous.
Réemploi des systèmes existants
Lors de nouvelles constructions, il est facile et logique de concevoir l’ensemble de l’éclairage sur un système électrique approprié à la technologie LED. Mais est-il aussi simple d’adapter un système d’éclairage existant à la technologie LED? Dans un souci d’économie financière, est-il possible dans un projet de rénovation scolaire de garder les luminaires existants en y changeant simplement les tubes ?
Les luminaires existants de type tube T5 ou T8 sont toujours équipés de ballasts électroniques ou ferromagnétiques. Dans les deux cas, il est possible, moyennant certaines manipulations (voir article G0W), de passer d’une technologie de tube fluorescent vers des tubes LED. Il est donc tout à fait envisageable de maintenir les luminaires existants lors d’un projet de relighting au LED. Cependant, les lampes LED ayant des niveaux de luminance élevés, il est impératif d’utiliser des mécanismes optiques adaptés. On favorisera donc des mécanismes de réfraction ou de transmission à la place de mécanismes de réflexion.
À proscrire : mécanismes de réflexion
À recommander : mécanismes de réfraction
Recommandations
Les situations de relighting sont très différentes en fonction de l’usage des espaces à rénover. La disposition des luminaires, le type de luminaire, la température de lumière ou encore le mode de gestion de l’éclairage sont autant de paramètres qui varient en fonction de l’utilisation de l’espace.
Le site de Rénover mon école reprend, sur les deux pages suivantes, les grandes recommandations à prendre en compte pour des classes, des espaces de circulations, des bureaux ou encore des réfectoires :
A cause de la présence des planchers et murs intérieurs qui se raccordent aux différentes parois de l’enveloppe du volume protégé (façades, toitures, planchers, …) assurer la continuité de la couche d’isolant thermique est quasiment impossible à coût raisonnable.
Le raccord du plancher avec la façade, tous deux étant isolés par l’intérieur, ne pose pas de difficulté. C’est également le cas entre la toiture et la façade.
Les principales difficultés seront donc localisées au droit des raccords entre les parois intérieures et les parois de l’enveloppe. Dans le cas des façades, deux solutions existent cependant :
Les nœuds constructifs entre les fenêtres et les façades (appuis de fenêtre, linteaux, piédroits) nécessitent parfois des petites adaptations.
Raccord plancher-façade
En rénovation, la mise en œuvre de l’isolation du plancher et de la jonction avec le mur n’est pas évidente et lourde. Il faut vraiment se trouver dans un cas de figure où la rénovation :
est perçue comme un nouveau projet de mise en œuvre d’une dalle flottante;
tient compte des différentes épaisseurs composant le nouveau plancher afin d’éviter les problèmes qu’entraîne une surépaisseur (hauteurs de portes, de la première marche d’escalier, …).
Jonction avec le plancher sur local non chauffé ou sur terre-plein – Isolation sous chape
Placer un film d’étanchéité (4) contre le bas du mur + enduit existants (1 + 2) et contre la dalle existante (3). Ce film va protéger l’isolant de sol contre l’humidité ascensionnelle. Il n’est nécessaire que si on se trouve en présence d’une dalle contre terre et qu’aucune étanchéité n’a été prévue sous la dalle lors de la construction ; dans le doute, mieux vaut le placer. Prévoir un recouvrement de minimum 30 cm entre bandes.
Si la face supérieure de la dalle existante n’est pas plane, réaliser une chape d’égalisation avant d’y poser le film d’étanchéité ou l’isolation.
Placer un isolant thermique (5) sur la dalle (ou sur chape d’égalisation) : panneaux posés sur le sol de manière jointive ou isolant expansé projeté sur le sol ; l‘isolant choisi doit résister à la compression.
Placer l’isolant (6) en périphérie de la chape. Cet isolant assure :
La continuité de la couche isolante entre le sol et le mur et évite la création d’un pont thermique à la jonction sol-mur.
La désolidarisation de la chape des autres éléments lourds (dalle et mur). On crée ainsi une dalle flottante qui atténue la propagation du bruit.
Placer une membrane d’étanchéité (7) sur l’isolation du sol et contre l’isolant périphérique de la chape pour éviter que les eaux de mise en œuvre de la chape et les eaux de lavage du sol ne s’y infiltrent. Cette membrane remonte contre le mur existant.
Couler une chape armée (8) sur l’isolant de sol.
Poser un film d’étanchéité (9) contre le mur enduit existant et sur la chape. Celui-ci va protéger le pied de paroi contre les eaux de nettoyage.
Placer soit l’isolant (10), l’éventuel pare-vapeur (11) et la finition (12), soit un panneau composite (13) sur le mur enduit existant.
Une mousse isolante (14) est injectée sous le panneau isolant, puis arasée. Cette mousse va assurer la continuité de l’isolation au bas du panneau. En effet, lors du placement des panneaux, ceux-ci sont butés contre le plafond, le jeu entre la hauteur du panneau et du mur apparaît donc en bas de panneau au niveau du sol.
La partie du film d’étanchéité (9) posée temporairement sur la chape et destiné à protéger le pied de paroi contre les eaux de nettoyage est relevée contre la finition intérieure de la cloison de doublage.
On pose la finition de sol (carrelage, par exemple) (15).
On place la plinthe (16) avec joint d’étanchéité (17).
Jonction avec le plancher sur local non chauffé ou sur terre-plein – Panneaux isolants composites
Seuil et linteau – cas du panneau isolant revêtu d’un enduit
Mur existant.
Enduit existant.
Dalle existante.
Chape d’égalisation.
Film d’étanchéité (contre l’humidité ascensionnelle).
Film d’étanchéité (protection du pied de paroi).
Isolant thermique.
Pare-vapeur éventuel.
Finition.
Panneau composite.
Isolant thermique.
Couche pouvant recevoir la finition.
Panneau composite emboîté par languette et rainures.
Fermeture des raccords au moyen d’un enduit pour éviter toute infiltration d’eau dans la couche isolante.
Finition : revêtement souple.
Plancher en bois entre étages
Dans le cas d’un plancher en bois, l’extrémité de celui-ci qui vient s’encastrer dans la maçonnerie atteint des températures plus basses qu’avant isolation par l’intérieur. Alors qu’il est possible d’éviter le transfert de vapeur interne au travers du mur par l’usage d’un pare-vapeur, il n’existe pas de moyen efficace pour éviter ce transfert au niveau du plancher. Ainsi, il y a risque de condensation à proximité des têtes de solives et possibilité de pourrissement.
Plancher.
Solive.
Risque : condensation ⇒ solution : nouveau support latéral appuyé sur ses extrémités.
Le projet de recherche Renofase, mené par la Région Flamande a pour objectif de soutenir les projets de rénovation de son parc immobilier et d’en assurer une réalisation performante et de qualité. Dans son dernier rapport, portant sur l’isolation par l’intérieur, elle propose le , offrant sous forme schématique une multitude de solutions afin de résoudre les ponts thermiques aux jonctions avec des planchers ou avec des murs de refend. Pour supprimer ces ponts, beaucoup de solutions peuvent être envisagées :
Possibilités de réduction des ponts thermiques
Isolation continue
Appliquer l’isolation du retour
Augmenter l’épaisseur de l’isolation intérieure
Appliquer l’isolation extérieure locale
++ SOLUTION OPTIMALE
– Souvent impossible à réaliser avec une isolation intérieure.
– Une connexion structurelle entre les deux éléments de construction est souvent nécessaire, ce qui peut entraîner des ponts thermiques.
! Attention à l’isolation acoustique : les fuites acoustiques doivent être évitées.
Les matériaux d’isolation rigides peuvent être interrompus par des isolants souples au point de raccordement.
+ SOLUTION STANDARD
Dimensionnement : longueur de l’isolation de retour standard 60 cm à partir de la surface intérieure du mur existant ; en l’étendant à 100 cm à partir de la surface extérieure, le nœud du bâtiment est accepté par la PEB
– Impact sur la forme de la surface du mur ou du plancher à l’intérieur (parfois non possible ou souhaité)
+ Peut être utile de le combiner avec l’intégration de techniques (conduit de tuyaux, éclairage, …)
+ Impact visuel minimal
– Perte d’espace relativement importante
– Une simulation thermique est toujours nécessaire pour déterminer l’épaisseur minimale de l’isolation (car elle dépend de l’épaisseur de la paroi et des propriétés du matériau).
– Cette solution permet d’éviter les dommages (facteur de température
suffisamment élevé) mais les pertes d’énergie ne sont réduites que de manière limitée
Dimensionnement : la règle de base « chemin de moindre résistance > 1 m » peut être utilisée pour rendre le nœud de bâtiment acceptable pour les PEB.
+ Impact visuel et perte d’espace minimaux
– Impact sur l’aspect de la façade, donc pas toujours possible ;
+ Parfois, cela permet à la fois de résoudre un pont thermique et d’apporter une valeur ajoutée architecturale
! Attention aux contraintes thermiques dans la maçonnerie
Quelques variantes
La maçonnerie existante est remplacée localement par une maçonnerie isolante.
! Attention : la maçonnerie isolante peut devenir humide : l’impact de celle-ci doit être pris en compte (impact sur la valeur lambda, le transport capillaire de l’humidité, la durabilité…).
Continuez sur l’ensemble du mur ou du plancher et combinez avec une isolation ou une absorption acoustique.
Afin de limiter les pertes d’énergie, des matériaux super-isolants et isolants peuvent être utilisés dans les premiers 20 à 50 cm du mur.
– Attention : la dalle de plancher peut devenir relativement froide en hiver ; les contraintes thermiques d’impact doivent être vérifiées ; pas de tuyaux sensibles au gel dans le plancher.
L’épaississement peut être limité à une bande de chaque côté de la paroi intérieure ou du plancher.
+ Peut être utilement combiné avec l’intégration de techniques (conduite, éclairage, …)
Peut être intégré dans des éléments de façade décoratifs nouveaux ou existants (par exemple, dans le cas de bâtiments patrimoniaux) et/ou être associé à une isolation à retour limité, par exemple.
Isolation autour de la baie
Pour ne pas provoquer de pont thermique et de risque de condensation superficielle autour de la baie, l’isolation thermique doit être prolongée jusqu’à la menuiserie.
Mur existant avec enduit de finition.
Isolant thermique (posé entre lattes par exemple).
Pare-vapeur éventuel.
Panneau de finition.
Retour d’isolation collé à la maçonnerie (épaisseur de minimum 2 cm).Si après avoir disqué l’enduit de finition existant, il n’y a pas assez de place pour le retour d’isolation, il faut remplacer le châssis par un châssis à dormant plus large.
Prolongement du pare-vapeur jusqu’à la menuiserie ou pose d’un isolant peu perméable à la vapeur (mousse synthétique, par exemple).
Joint souple d’étanchéité pour empêcher toute infiltration d’air intérieur derrière l’isolant.
Nouvelle tablette.
Pour augmenter les performances thermiques du retour d’isolation, la finition autour de la baie peut être réalisée en bois (ébrasement et tablette).
Joint souple d’étanchéité.
Ébrasement et chambranle en bois.
Finition angle.
Travaux annexes
Remarque: cette partie s’inspire de la brochure “Méthodes de modification du gros-œuvre – isolation thermique d’un bâtiment existant” et du projet de rechercheRenofase mené par la Région Flamande.
Jonction mur-plancher étanche à l’air
Pour éviter tout risque de condensation interne, les systèmes d’isolation par l’intérieur doivent garantir une parfaite étanchéité à l’air. La ruine des parois peut avoir lieu lorsque de l’air chargé en humidité pénètre derrière la couche d’isolation et condense sur l’arrière de celle-ci.
Couche étanche à l’air((DOBBELS F, RenoFase WP4 – Detaillering van binnenisolatie, WTCB, 2017, p.31-32))
Matériau isolant étanche à l’air, placé correctement.
Panneau préfabriqué avec membrane intégrée (la feuille ne dépasse pas des bords du panneau).
Membrane placée séparément entre la finition et l’isolant (la membrane peut dépasser des bords).
Revêtement en plâtre
Possibilités de finitions étanches à l’air
Solutions alternatives
Points d’attention
Les installations électriques (prises et interrupteurs)
Elles sont disposées dans un espace technique (ménagé entre l’isolant (ou le pare-vapeur) et la finition.
Détail en plan et en coupe :
Isolant posé entre lattes
Pare-vapeur placé sans interruption
Latte fixée à la maçonnerie
Latte supplémentaire servant d’entretoise
Tube électrique
Boîtier électrique
Les canalisations d’eau
Les canalisations encastrées avant rénovation (isolation par l’intérieur) sont réchauffées par l’ambiance intérieure.
Si aucune précaution n’est prise lorsqu’on isole par l’intérieur, la maçonnerie, et avec elle, la canalisation sont directement exposées au climat extérieur et donc au gel.
Il existe différentes solutions pour protéger la canalisation contre le gel.
Solution n°1: déplacer le tuyau et le laisser apparent.
Solution n° 2: (peu pratique) agrandir la saignée dans laquelle se trouve la canalisation et introduire un isolant thermique (mousse expansée, par exemple.)
Solution n° 3: déplacer le tuyau et le placer dans un espace technique ménagé entre l’isolant (ou le pare-vapeur) et la finition.
Attention: ne pas traverser le pare-vapeur avec le tuyau!
Les radiateurs
Les radiateurs doivent être déplacés et fixés à la nouvelle paroi. Dans ce cas, la structure doit être renforcée.
Le radiateur peut également être posé sur un pied fixé au sol.
Tablette
Isolant imperméable à la vapeur collé à la maçonnerie
Isolation entre lattes
Pare-vapeur
Radiateur
Joint d’étanchéité (mastic)
Canalisation de chauffage
Renfort (lattes bois)
Concernant les tuyaux des radiateurs, ceux-ci peuvent soit rester là où ils sont et être prolongés pour alimenter la nouvelle position du radiateur ou alors ils peuvent être déplacés dans le même plan que les corps de chauffe.
Si on garde le tuyau à sa place :
Insuffler de la mousse isolante autour du tuyau.
Glisser de l’isolant derrière le tuyau.
Si on peut déplacer le tuyau :
Sol
Lorsque l’isolation des murs est prolongée par l’isolation du sol, cela exige de créer une marche au niveau de l’accès aux autres locaux.
Remplacement des châssis
L’organigramme ((DOBBELS F, RenoFase WP4 – Detaillering van binnenisolatie, WTCB, 2017, p.201)) ci-dessous proposé par Renofase, évoque les différentes solutions envisageables pour le placement de nouveaux châssis dans le cas d’une isolation par l’intérieur.
Attention ! L’isolation par l’intérieur est la seule technique possible lorsque l’aspect extérieur de la façade doit rester inchangé. Cependant, cette technique d’isolation est délicate et peut engendrer des problèmes. Ainsi, beaucoup d’architectes belges l’évitent.
En respectant une série de principes et en effectuant les vérifications préliminaires nécessaires mentionnées plus bas, cela permet simplement de se mettre le plus possible du côté de la sécurité !
Principes à respecter
Avant toute chose, il est impératif de traiter tout type de problème d’humidité!Rajouter une couche isolante sur la face intérieur d’un mur a des conséquences importantes sur son comportement hygrothermique. Dès lors, il est impératif de démarrer sur une bonne base, avec un mur sain. Les dommages liés à l’humidité se produisent généralement lorsque des matériaux sensibles à l’humidité sont en contact direct avec celle-ci. La présence de tâches, d’efflorescences, de fissures ou encore d’écaillages sur les murs existants sont autant de signaux révélateurs d’humidité. Le mur doit être complètement sec et exempt de toute trace d’humidité lorsqu’on pose l’isolation par l’intérieur.
Principe 1 : Contrôle du climat intérieur
Une bonne gestion du climat intérieur a toute son importance dans l’apparition ou non de dommages au niveau des zones sous-isolées. L’ampleur des dégâts est caractérisée par la température ambiante et par l’humidité relative de l’air intérieur. Pour éviter tout risque lié à une isolation par l’intérieur, le bâtiment doit appartenir à la classe de climat intérieur 1 ou 2. Ces classes de confort sont facilement atteintes grâce à des systèmes de ventilation mécanique.
Principe 2 : Réduire ponts thermiques
Les ponts thermiques sont les principales failles des systèmes d’isolation par l’intérieur. Ils sont parfois complexes à éliminer mais de nombreuses solutions existent pour les combattre. Une mauvaise gestion des ponts thermiques peut entraîner des moisissures dues à la condensation ainsi que d’importantes pertes d’énergie. Attention cependant que tous les ponts thermiques ne doivent pas nécessairement être réglés. La température minimale de surface dépend beaucoup du climat intérieur : si celui-ci est particulièrement humide, l’augmentation de la température de surface sera plus rapide et une humidité relative critique se produira plus rapidement que dans les climats plus secs. Il est indispensable de ne pas laisser les ponts thermiques insolubles se refroidir trop longtemps pendant les périodes de froid afin que la température de surface des zones non isolées ne tombe pas en dessous de la température en dessous de laquelle le développement de moisissures devient possible.
Des pistes de résolution des situations à risque sont proposées sur cette page.
Principe 3 : Eviterfuitesd’air
Pour éviter tout risque de, les systèmes d’isolation par l’intérieur doivent garantir une parfaite étanchéité à l’air. La ruine des parois peut avoir lieu lorsque de l’air chargé en humidité pénètre derrière la couche d’isolation et condense sur l’arrière de celle-ci.
Dans la réalisation d’une enveloppe étanche à l’air, les situations à risque sont les suivantes: le passage des techniques à travers l’enveloppe et les joints entre différents éléments ou matériaux. Des pistes de résolution de ces situations à risque sont proposées sur .
Si vous voulez , il peut être utile de faire appel à un test de pressurisation qui permettra de détecter toutes les fuites, même celles qui ne sont pas visuellement perceptibles. Attention toutefois que ces tests ont pour objectif de détecter les flux d’air qui se produisent entre l’environnement intérieur et extérieur et non au sein d’une construction.
Une fois ces principes pris en compte, une attention particulière doit être portée sur les nœuds constructifs. Un bon traitement de ces nœuds améliore fortement les performances des bâtiments considérés, quelle que soit la technique d’isolation considérée. L’amélioration est de l’ordre de 30 % pour une épaisseur d’isolant de 6 cm et de l’ordre de 70 % pour une épaisseur de 20 cm. Augmenter l’épaisseur d’isolant sans traiter les nœuds constructifs a peu de sens, cela ne permettra pas d’atteindre les performances thermiques recherchées.
Le graphique ci-dessous illustre les valeurs U moyennes des trois façades d’une maison standard, intégrant l’effet des nœuds constructifs pour différentes épaisseurs d’isolant.
Lorsqu’on isole un mur plein par l’intérieur, les variations de température hiver-été et au cours d’une même journée, deviennent plus importantes. Ce qui augmente les contraintes dans la maçonnerie et peut mener à des fissurations.
Si le mur est déjà fissuré, on peut s’attendre à des dégradations suite à l’apport d’une isolation par l’intérieur.
Le mur doit être sec et protégé contre toute pénétration d’eau
Comme mentionné plus haut, le mur doit être sec et protégé de toute pénétration d’eau de pluie, protégé contre les remontées capillaires et ne plus contenir d’humidité de construction.
Lorsque le mur est isolé par l’intérieur, l’eau à l’intérieur de la maçonnerie engendre les 2 désagréments suivants :
Vu l’abaissement de la température moyenne d’hiver d’un mur isolé par l’intérieur, le séchage est ralenti. L’humidification prolongée de la maçonnerie peut favoriser une dégradation de la maçonnerie par le gel.
En outre, lorsqu’une maçonnerie humide a fait l’objet d’une intervention pour la protéger, il y a lieu d’attendre son séchage (6 mois à plusieurs années selon le type et l’épaisseur du mur) avant d’entamer son isolation par l’intérieur.
La disposition doit permettre de traiter les ponts thermiques
Les dormants des châssis doivent être suffisamment grands pour pouvoir prolonger l’isolant sur la partie latérale de la baie, en dessous du linteau, sous la tablette de fenêtre. À défaut, les châssis devront être remplacés. On profitera de l’occasion pour choisir des vitrages à haut rendement.
On doit vérifier la possibilité d’envisager une isolation du sol, du plafond et des murs de refend ou simplement une prolongation de l’isolant sur ces parois.
Le climat intérieur doit être “normal”
Le climat intérieur doit correspondre au plus à la classe III.
Dans des bâtiments de classe de climat intérieur IV, le risque de condensation à l’interface maçonnerie-isolant est trop important. Dans ce cas des précautions lourdes doivent être prises : une étude approfondie du système et de chaque détail doit être réalisée par un bureau d’étude spécialisé; un soin particulier doit être apporté à la mise en œuvre; les matériaux devront être judicieusement choisis etc.
L’inertie thermique doit être suffisante
On vérifiera que la capacité thermique des locaux reste suffisante malgré l’apport de l’isolation du côté intérieur des murs de façade.
Voici des indices d’un risque important de surchauffe en été :
Les cloisons intérieures sont en matériaux légers (ex. : plaques de plâtre sur structure en bois ou métallique).
Les plancher sont en bois.
Il y a beaucoup d’apports internes (éclairage artificiel, ordinateurs, imprimantes, etc.).
Les baies vitrées sont grandes et ont une orientation autre que “Nord”.
Voici des indices d’un risque faible de surchauffe en été :
Les cloisons intérieures sont en matériaux lourds (béton, brique, …).
Les plancher sont en béton.
Il y a peu d’apports internes (éclairage artificiel, ordinateurs, imprimantes, etc.).
Les baies vitrées sont petites ou orientées au Nord.
Cependant, une faible inertie thermique peut être favorable dans le cas de locaux occupés durant de courtes périodes.
Diagnostic professionnel
Le CSTC propose une démarche de diagnostic afin d’évaluer la faisabilité d’une isolation par l’intérieur. Elle se concentre sur 4 points d’attention qui se déclinent en différentes nuances, indiquant de la pertinence ou non d’une isolation de ce type.
Technique applicable
Applicabilité inconnue (des contrôles ou études complémentaires peuvent confirmer l’applicabilité de la technique)
Technique déconseillée en l’état (des interventions visant à corriger les défauts constatés peuvent rendre la technique applicable)
Dégâts visibles
Absence de dégâts visibles (traces d’humidité dans les finitions intérieures, écaillage superficiel des briques extérieures, fissures, …) et de sources d’humidité (procéder éventuellement à des mesures du taux d’humidité au moyen d’un humidimètre électrique, p. ex.)
Absence de dégâts visibles, mais présence de sources d’humidité (humidité ascensionnelle, éclaboussures, …) susceptibles d’en provoquer après la pose de l’isolation (procéder éventuellement à des mesures du taux d’humidité au moyen d’un humidimètre électrique, p. ex.)
Présence de taches d’humidité, front d’humidité, sels efflorescents, algues, fissures, écaillage superficiel des briques extérieures (sensibilité au gel)
Exposition à l’humidité et au gel
Typologie de la façade et exposition à la pluie
· Maçonnerie pleine dont l’épaisseur est constituée d’au moins deux briques ou d’une brique et demie, ou moins, en cas d’exposition limitée à la pluie
· Mur massif en béton coulé
· Mur creux (isolé ou pas)
· Mur intérieur
Maçonnerie pleine dont l’épaisseur est constituée d’une brique et demie en cas d’exposition à la pluie moyenne à élevée
Maçonnerie pleine dont l’épaisseur est constituée d’une brique ou moins en cas d’exposition à la pluie moyenne à élevée
Installations techniques
· Absence de conduites d’eau ou d’autres conduites sensibles à l’humidité ou au gel dans la façade.
· L’absence d’installations techniques nécessitant le percement de l’isolant facilitera la mise en œuvre
· Présences de conduites d’eau ou d’autres conduites sensibles à l’humidité ou au gel dans la façade.
Planchers intermédiaires
Plancher en béton ou structure portante en bois non encastrée dans la façade à isoler
Structure portante en bois sans dégradation encastrée dans la façade à isoler
Structure portante en bois avec dégradations encastrée dans la façade à isoler
Caractéristiques des matériaux
Finition extérieure
· Absence de finition extérieure
· Finition extérieure en bon état, imperméable à l’eau, mais perméable à la vapeur d’eau
· Finition extérieure dégradée
· Finition extérieure imperméable à la vapeur d’eau (briques émaillées, carrelages, mosaïque, peinture inadaptée, …)
Matériaux constitutifs de la face extérieure de la maçonnerie (briques, mortier de pose et de jointoiement)
Matériaux aux performances connues présentant une résistance au gel suffisante
· Absence de dégâts dus au gel visibles
· Mortier à base de chaux
· Dégâts dus au gel visibles
· Eléments identifiés comme non résistants au gel
Finition intérieure
· Absence de finition intérieure
· Absence de dégâts visibles (fissures, peinture non adhérente, enduit intérieur dégradé, …)
· Absence de parties instables
· Parties instables
· Finition intérieure ne résistant pas à l’humidité ou imperméable à la vapeur d’eau
Dégâts visibles (fissures, peinture non adhérente, enduit intérieur dégradé, …)
Les caractéristiques et l’état de la finition intérieure influencent essentiellement le type de système d’isolation par l’intérieur (système collé, création d’une contre-cloison, …) pouvant être installé sur le mur considéré ainsi que la façon de dimensionner celui-ci. La technique d’isolation des murs existants par l’intérieur ne devrait dès lors pas être rejetée uniquement sur la base des critères associés à la finition intérieure. Ces différents éléments sont décrits dans la seconde partie de cet article traitant du choix des systèmes d’isolation par l’intérieur et de leur dimensionnement.
Climat intérieur et systèmes du bâtiment
Classe de climat intérieur
Classe de climat 2
Classe de climat 3
Classe de climat 4
Systèmes
Systèmes de ventilation et de chauffage efficaces et en état de fonctionnement
Choix du système
Il existe de nombreux systèmes d’isolation par l’intérieur.
Les défauts de planéité ne peuvent pas dépasser 15 mm sur une règle de 2 m. Ce système ne peut être utilisé sur des supports ayant connu l’humidité car des sels peuvent apparaître.
Ce système est le moins onéreux et demande le moins d’espace.
Il demande le décapage complet du revêtement (papier-peint, peinture, …) ou du moins aux endroits des plots ou bandes de colle.
Choix d’un système à structure
Lorsque le mur n’est pas suffisamment plan, on choisit un des deux systèmes à structure.
Ceux-ci sont plus chers mais permettent de rattraper les défauts de planéité du mur. Ces systèmes peuvent aussi être choisis si l’on ne souhaite pas enlever le papier peint ou la peinture.
Le système à panneaux composites posés sur lattage possède l’avantage, par rapport au système à panneaux isolants entre lattes, d’apporter une isolation continue. En particulier, lorsque les profilés utilisés sont métalliques, il évite les ponts thermiques au droit de chaque profilé. Ce système permet également d’apposer une couche plus épaisse d’isolant.
Avec un système à panneaux isolant entre profilés métalliques, ces derniers doivent, dans certains cas, pour des raisons de résistance, être placés avec l’ouverture du “u” vers le mur. On doit veiller, dans ce cas, à ce que ceux-ci soient remplis d’isolant.
Choix du système avec isolation derrière contre-cloison maçonnée
L’isolation derrière contre-cloison maçonnée permet de rajouter un matériau lourd devant l’isolant et donc de remplacer, en partie du moins, l’inertie thermique perdue.
Il demande néanmoins un plancher pouvant le supporter. Il ne pourra pas, en principe, être choisi dans le cas d’un plancher entre étages en bois.
Choix de l’isolant
Le choix d’un isolant dépend principalement des performances à atteindre après isolation. Les caractéristiques des matériaux isolants à prendre en compte en cas d’isolation d’un mur par l’extérieur donc les suivantes :
« Epaisseur de l’isolant (m) : Cette épaisseur est une caractéristique du produit dans le cas des isolants rigides ou souples. Elle est déterminée par la mise en œuvre et la géométrie des parois isolées dans le cas des matériaux projetés ou insufflés.
Conductivité thermique du matériau (W/mK): Cette caractéristique détermine le caractère isolant des matériaux. On la retrouve dans les différentes fiches techniques des matériaux d’isolation.
Facteur de résistance à la diffusion de la vapeur d’eau: Cette valeur se retrouve soit dans les fiches produits des fabricants, soit dans des documents de référence. Lorsqu’une gamme de valeur est citée, il y a lieu de prendre en compte la plus faible valeur renseignée.
L’utilisation d’un isolant peu ou pas perméable à la vapeur (EPS, XPS, PUR, CG) collé sur la maçonnerie, ne nécessite pas l’interposition d’un pare-vapeur pour autant que de l’air intérieur NE puisse PAS circuler entre isolant et maçonnerie.
Aussi, si ce type d’isolant est mis en œuvre entre lattes, la pose du pare-vapeur reste indispensable. Celui-ci couvre alors l’ensemble du système “isolant + lattes”.
Quel pare-vapeur choisir ?
L’évaluation du risque principal de condensation par modèle statique (comme celui de Glaser) entraîne presque systématiquement le choix d’une membrane très étanche à la vapeur du côté intérieur. On les appelle souvent les “pare-vapeurs”. Lorsque l’on affine l’analyse, il apparaît que le choix d’une membrane plus faiblement étanche à la vapeur est parfois suffisant. On parle alors de “freine-vapeur”. La valeur Sd des pare-vapeur n’est pas définie avec précision, mais en pratique, elle sera de plusieurs dizaines de mètres (par ex. 50 ou même 100 m) alors que la valeur Sd des freine-vapeur ne sera que de quelques mètres seulement (par ex. 2 m à 5 m, mais rarement plus de 10 m).
Le choix d’un freine-vapeur, plus ouvert au passage de la vapeur, permet souvent de se prémunir du risque, dit secondaire, de condensations internes en été ou au printemps, ou quand la pression de vapeur est plus importante à l’extérieur qu’à l’intérieur et que la vapeur a donc tendance à traverser la paroi de l’extérieur vers l’intérieur. En effet, le flux de vapeur n’est pas complètement bloqué vers l’intérieur ce qui facilite le séchage du mur.
D’autres membranes, dites intelligentes, sont de ce point de vue encore plus adaptées. En effet, leur perméabilité à la vapeur évolue avec l’humidité relative. Elles sont conçues pour être relativement fermées à la vapeur quand l’humidité relative est faible et pour s’ouvrir au passage de la vapeur quand l’humidité relative est plus élevée. Ce principe est illustré ici.
Outre les risques de condensations, il est important de faire remarquer que certains matériaux dits hygroscopiques, comme le bois et les matériaux dérivés du bois, mais aussi d’autres matériaux comme la terre crue, ont le pouvoir de réguler l’humidité de l’ambiance intérieure en captant l’humidité en excès pour la restituer plus tard, atténuant ainsi les effets désagréables d’ambiances trop sèches ou trop humides. On parle alors parfois d’inertie hydrique par analogie avec l’inertie thermique. Malheureusement, peu de valeurs sont disponibles. Ce domaine devrait faire l’objet de recherches complémentaires et dépasse le cadre d’Énergie+. Remarquons seulement que la présence d’une membrane atténue fortement l’effet hygroscopique des couches sous-jacentes, et notamment celui de l’isolant.
Remarquons enfin que la présence d’une membrane, en plus de permettre la régulation de la vapeur, permet aussi de bloquer le passage de l’air et donc d’éviter le risque de condensation par convection, pour autant bien sûr que la mise en œuvre soit d’une qualité irréprochable (notamment au niveau des nœuds constructifs).
Comment assurer la continuité de la fonction “pare-vapeur” :
Lorsque la fonction “pare-vapeur” est assurée par les panneaux, la continuité de la fonction “pare-vapeur” est assurée en fermant les joints entre panneaux ou entre panneaux et raccords au moyen :
soit, de bandes adhésives,
soit, de mousse injectée,
soit, de mastic.
Lorsque le système nécessite un pare-vapeur indépendant, celui-ci doit être placé avec recouvrements. Les recouvrements et les raccords doivent être fermés au moyen :
soit, de bandes adhésives,
soit, de joints comprimés.
Il faut vérifier auprès des fabricants que le produit assurant la continuité du pare-vapeur proposé corresponde à la classe du pare-vapeur demandé.
Comme mentionné en introduction du dossier consacré à la rénovation des écoles, l’énergie de chauffage dans une école représente en moyenne 60 à 70% des consommations totales. Cette part importante du poste chauffage est liée d’une part à une faible performance énergétique des bâtiments.
Dans le cas de rénovations de bâtiments scolaires dans une démarche zéro carbone, il est prioritaire de réduire cette consommation excessive de carbone liée à l’énergie de chauffe. Pour cela, des solutions « classiques » peuvent être envisagées (changement combustible, remplacement de la chaudière…). Ou alors, dans une démarche plus innovante, nous proposons 3 pistes de réflexion afin d’atteindre l’objectif de neutralité carbone souhaité :
Repenser les besoins
Optimiser les performances énergétiques de l’enveloppe
Compenser les besoins résiduels avec une production propre
Repenser les besoins
Face aux enjeux énergétiques auxquels nous faisons face aujourd’hui, il s’avère de plus en plus clairement qu’un changement radical de nos pratiques et de nos standards de confort thermique s’impose afin de réduire les émissions de carbone liées à notre consommation d’énergie.
Qui dit repenser les besoins thermiques, dit aussi repenser les attentes thermiques des occupants. Celles-ci reposent habituellement sur un modèle classique d’espaces chauffés à une température standard de 20°, par un système de chauffage centralisé alimentant en chaleur l’ensemble du bâtiment. Cependant, dans une optique zéro-carbone, il est intéressant de retourner le modèle en se basant sur un principe visant à “chauffer les personnes, pas le bâtiment”. Ou encore, en poussant cette réflexion à l’extrême, il serait également envisageable de ne plus avoir recours à un contrôle permanent sur l’ambiance, mais uniquement à un apport ponctuel à certains moments critiques (relance…). Ceci est particulièrement vrai dans les école où la densité d’occupants constitue un apport thermique significatif.
Effet du chauffage par airCe dont nous avons besoin
Une vue de l’esprit ? Pas si sûr : la théorie du confort adaptatif met en évidence l’existence, moyennant la présence d’opportunités adaptatives dans le bâtiment, de plages de températures dites “confortables” plus larges que celles dont nous avons l’habitude. Cette théorie est généralement appliquée uniquement pour la réponse aux surchauffe, faute d’études suffisante en hiver. Mais elle mérite d’être explorée.
Selon cette théorie, il serait possible de réduire les besoins thermiques à l’école en offrant aux occupants des capacités d’adaptation pour corriger localement leur ressenti. On ne parle donc pas ici de simplement placer une vanne thermostatique, mais des mettre à dispositions des solutions individuelles et proches du corps, regroupées sous l’appellation “systèmes de confort personnels (PCS)”.
Optimiser les performances énergétiques de l’enveloppe
Comme mentionné plus haut, agir sur les flux de chaleur intérieur-extérieur passe par un travail accru sur les niveaux d’isolation et d’étanchéité de l’enveloppe. Néanmoins, dans une optique zéro-carbone, “isoler plus” rime inévitablement avec “plus de carbone”. En effet, ce qui peut paraître négligeable dans un contexte global de faible efficacité énergétique devient significatif, voire prépondérant au regard de l’objectif de sobriété et d’efficacité à atteindre.
Il en va ainsi de l’énergie grise. Négligeable dans une construction courante au regard de l’énergie utilisée pour l’exploitation du bâtiment tout au long de son cycle de vie, elle devient significative pour une construction performante énergétiquement. Bien que le choix de matériaux durables – excepté leurs performances d’isolation thermique – ne soit pas une obligation pour viser les normes QZen ou plus ambitieux, il y trouve un champ d’application tout à fait opportun.
Personne n’aura pu y échapper, aujourd’hui, la tendance en termes d’isolation tend vers “toujours plus”. En effet, au cours de ces dernières années, les réglementations concernant les niveaux U des parois ne cessent de se renforcer, visant des niveaux de conductibilité thermique toujours plus faibles.
Réduire les échanges de chaleur entre intérieur et extérieur dans une démarche zéro carbone nécessite donc de trouver un réel équilibre entre le coût en carbone des matériaux utilisés pour améliorer l’isolation et la consommation en carbone liée à l’énergie de chauffage.
En poussant les deux pistes ci-dessus à l’extrême, pourrait-on envisager de se passer complètement de chauffage ? Nous avons étudié cela sur base de simulations thermiques dynamiques, en considérant une salle de classe typique. Celles-ci ont porté sur l’influence du changement d’orientation de la classe et sur le changement de position dans le bâtiment. Voici nos conclusions :
Il est possible de se passer d’un contrôle permanent sur l’ambiance dans des classes mitoyennes de tous les côtés (graphique SB et SBS ci-dessous), à condition que celles-ci soient composées de parois performantes et étanches. Dans le meilleur des cas, ces classes pourraient bénéficier d’une simple relance du chauffage au matin avant l’arrivée des élèves pour ainsi garder une température optimale (entre 18° et 20°) à l’intérieur tout au long de la journée. Pour tous les autres locaux de classes (graphiques SI et SIS), ne bénéficiant pas d’une position favorable, un besoin de chauffage permanent reste indispensable, malgré une amélioration des performances de l’enveloppe et une exposition favorable((HANDRIEU R, Validation par modélisation thermique d’une stratégie de rénovation énergétique d’écoles centrée sur l’autonomie thermique des salles de classes, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke)).
Classe non mitoyenne orientée « ouest »Classe mitoyenne orientée « ouest »
Classe non mitoyenne orientée « sud » Classe mitoyenne orientée « sud »
Si l’on veut se passer de chauffage dans la classe, des concessions doivent être faites ; soit sur la qualité de l’air, soit sur la température ambiante, soit sur les deux en même temps. Nous estimons qu’il est préférable de mettre la priorité sur une ambiance saine dans la classe. La qualité de l’air (graphique de droite ci-dessous) ayant un impact plus important sur les performances que la baisse de température (graphique de gauche) ((HANDRIEU R, Validation par modélisation thermique d’une stratégie de rénovation énergétique d’écoles centrée sur l’autonomie thermique des salles de classes, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke)).
Il ne faut pas négliger l’impact de systèmes d’apport de chaleur alternatifs. Si l’on prend par exemple le cas d’une installation de batteries de chauffe sur le système de ventilation complétée par des panneaux rayonnants et des systèmes de chauffe individuels, il devient possible de se passer d’un contrôle continu sur l’ambiance, même pour des locaux de classe en situation moins favorable (graphique SI ci-dessous). Il s’avère même, grâce à ces apports ponctuels de chaleur, envisageable de se passer complètement de chauffage pour des classes complètement mitoyennes (graphiques SB) ((HANDRIEU R, Validation par modélisation thermique d’une stratégie de rénovation énergétique d’écoles centrée sur l’autonomie thermique des salles de classes, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke)).
Supprimer le chauffage dans les écoles est une utopie qui permet de remettre en questions beaucoup de pratiques concernant les activités scolaires, l’organisation des espaces et les besoins thermiques. Se passer d’un contrôle permanent sur l’ambiance est une opportunité pour créer un programme scolaire en adéquation avec les activités pédagogiques et l’environnement naturel qui l’entoure. Agir sur le besoin de chauffage des occupants est un projet éducationnel intégrant des éléments d’architecture. Ces considérations poussent donc à concevoir nos écoles de manière différente, en réfléchissant aux usages, au degré d’ouverture, et aux besoins en chaleur de chaque espace((Siraut, Astrid. Vers une école sans chauffage : adaptabilité de la construction et des occupants. p.67, Faculté d’architecture, ingénierie architecturale, urbanisme, Université catholique de Louvain, 2020. Prom. : Geoffrey Van Moeseke – http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:24912 )).
Stratégie hiver (fermé) Stratégie été (ouvert)
Imagination de composition architecturale selon les ambiances thermiques et les besoins scolaires
Compenser les besoins résiduels avec une production renouvelable
Une fois les deux pistes précédentes prises en compte et les besoins thermiques de l’école considérablement diminués, il est nécessaire de se focaliser sur les technologies. Aussi réduites soient-elles, les consommations en énergie de chauffage de l’école devront être assurées par des techniques cohérentes avec l’objectif zéro-carbone de l’école. A ce titre, toute combustion d’énergie fossile doit être proscrite. Cela laisse donc deux possibilités : la biomasse et l’électricité par l’intermédiaire d’une pompe à chaleur, mais dans les deux cas, sous certaines conditions seulement. Quelles sont-elles ?
Pour la biomasse, il faut s’assurer que la ressource brûlée est effectivement “neutre en carbone”, ce qui n’est pas si évident. Pour en savoir plus, allez consulter la rubrique « impact environnemental et socio-économique » de cet article. En plus de cela, le mode de production d’énergie doit être soit très efficace en termes de rejet de carbone, soit avoir un très haut rendement (chaudière bois-énergie), soit être une cogénération. Attention toutefois à la complexité des systèmes de cogénération, qui rendent l’application en milieu scolaire difficile (à moins de passer via un tiers investisseur).
Dans le cas présent d’installations de chauffage dans des écoles à optique zéro-carbone, les technologies de biomasse s’y prêtent relativement bien. Au-delà des avantages et inconvénients évoqués ici, la biomasse offre un potentiel communautaire non négligeable par le développement de synergies territoriales autour de modes de chauffage. Pour en savoir plus sur les communautés d’énergies, consultez cet article.
Pour l’électricité, il faut s’assurer que celle-ci provienne le plus possible d’une source renouvelable. Idéalement, le besoin électrique sera compensé par une production sur site, pour obtenir un bilan annuel équilibré. On parlera alors de bâtiment zéro-énergie (ZEB). Cela nous amène à envisager des sources de production renouvelables , qui sont traitées plus loin dans ce dossier.Et bien sûr, pas question de se contenter de résistances thermiques pour alimenter un réseau de chauffage central. La pompe à chaleur est la condition sine qua non du recours à l’électricité pour le chauffage.
Les pompes à chaleur peuvent, en étant multipliées et fonctionnant par zone, offrir des gammes de puissance suffisantes afin de répondre aux besoins d’une école. Cependant, tout comme pour la biomasse, les systèmes peuvent prendre beaucoup de place et générer du bruit. Une étude préliminaire sur l’implantation des unités extérieures sur le site de l’école est donc impérative. En fonction du site de l’école, cette technologie permet également de tirer parti des techniques de géothermie afin de proposer une production d’énergie au bilan carbone neutre. La pompe à chaleur offre donc de nombreux avantages en termes de neutralité carbone de l’école, mais à quel prix ? Des études de faisabilité et de rentabilité sont indispensables avant de se lancer dans de tels projets pour une école.
La production d’énergie renouvelable sur le site par des technologies peu émettrices en carbone reste la meilleure manière pour des écoles d’atteindre le net zéro énergie et donc le net zéro carbone.
Une bonne utilisation de ces technologies renouvelables peut permettre de combattre les pics d’énergie de pointe, de compenser le talon de consommation de l’école, ou encore, dans les meilleurs cas, de couvrir l’ensemble des besoins en énergie de l’établissement. Il faut cependant éviter de tomber dans le travers d’un système renouvelable devant compenser des performances thermiques limitées d’un bâtiment ! Il est et sera toujours mieux de chercher à se passer d’un appoint d’énergie que de la produire de manière renouvelable.
De plus, la présence et la visibilité de sources de production d’énergie renouvelable sur le site de l’école s’accompagnent de potentiels pédagogiques non négligeables.
Si l’on considère une réduction de 20% de celle-ci grâce à des actions comme celles proposées par le défi Génération 0 Watt, on peut considérer des consommations se situant autour des 160 kWh/élève par an comme base de travail.
Certains établissements ayant effectué un travail beaucoup plus important peuvent atteindre des consommations bien plus basses, de l’ordre de 50 kWh/élève par an. On peut majorer ces chiffres de 7 à 13 kWh/an par élève lorsqu’on ajoute un système de ventilation simple ou double flux.
Le tableau ci-dessous reprend les consommations électriques et thermiques théoriques moyennes en fonction du degré de rénovation. Ceci permet donc d’une part de se situer par rapport aux autres établissement et d’autre part d’évaluer le potentiel d’efficacité d’une production d’énergie renouvelable.
Actuel
Actuel 0 Watt
(-20%)
Rénovation presque passive
Rénovation passive
Electrique (sans chauffage)
200 kWh/élève.an
25kWh/m².an
160 kWh/élève
20kWh/m².an
50 kWh/élève
6kWh/m².an
25 kWh/élève
3 kWh/m².an
Thermique
1100 kWh/élève
138kWh/m².an
Même que l’actuel car 0 Watt agit sur la consommation électrique surtout.
240 kWh/élève
30 kWh/m².an
120 kWh/élève
15 kWh/m².an
VMC
/
/
10 kWh/élève
7 kWh/élève
Quelle technologie choisir pour une école ?
Il existe plusieurs sources de production d’énergie renouvelable. Les panneaux photovoltaïques et l’éolien sont les plus propices à être utilisés dans des bâtiments scolaires. Dans ce type de bâtiment, il est impératif d’utiliser des technologies qui soient faciles en maintenance et en entretien afin qu’elles puissent faire profiter au mieux de leur plein potentiel. La cogénération est donc plus délicate, mais pas à exclure pour autant.
Bien que la dimension technique soit probablement la plus efficace dans la diminution des émissions de carbone, elle peut facilement entraîner l’effet inverse. En effet, il est nécessaire pour les écoles d’avoir des responsables énergie et des équipes pédagogiques formées en amont du passage à l’action, pour une mise en place efficiente des systèmes. Equiper les écoles d’installations très performantes mais complexes à gérer ne fonctionne pas. Les écoles ne possèdent actuellement pas de gestionnaires techniques capables d’assurer la gestion de ces systèmes. La rénovation zéro carbone de manière générale est donc une tâche très complexe qui fait appel à toute une série de technologies et qui nécessite une sensibilisation et un renforcement des compétences des parties prenantes.
Panneaux photovoltaïques
Le photovoltaïque est la technologie la plus adaptée pour des écoles, elle demande peu de maintenance et offre un rendement efficace pour les consommations électriques d’une école. Mais attention que les panneaux photovoltaïques prennent énormément d’espace ! De grandes surfaces de toiture sont donc nécessaires pour une installation optimale.
A titre d’exemple :
Si l’école consomme 160 kWh/élève par an -> 64 000 kWh par an pour une école de 400 élèves
Il faudra environ 600 m² de panneaux (plus de 300 panneaux) ((https://www.ef4.be/fr/pv/composants-dun-systeme/dimensionnement-projet-photovoltaique.html)).
Si l’école consomme 50 kwh/élève par an après rénovation -> 20 000 kWh par an pour une école de 400 élèves
Il faudra presque 200 m² de panneaux (une centaine de panneaux).
Pour plus d’informations sur la technologie photovoltaïque, consultez les pages suivantes :
Une autre possibilité de production d’énergie verte pour l’école est le petit éolien. C’est une technologie qu’on rencontre moins mais qui n’est toutefois pas à négliger. Elle permet, avec relativement peu de moyens, de compenser des besoins électriques faibles. En effet, le petit éolien trouve sa place dans des écoles de petite taille ou dans des écoles ayant déjà réduit considérablement leurs besoins en électricité.
A titre d’exemple :
2 éoliennes de puissance 5kW (10 à 12m de haut) qui tournent pendant 2000 h/an (5h30 par jour) chacune à puissance nominale peuvent produire 20 000 kWh par an. Soit l’équivalent d’une école de 400 élèves consommant en électricité 50 kWh/élève.
Cependant, la majorité du temps, l’éolienne ne fonctionne pas à puissance nominale, le vent n’étant généralement pas suffisant pour garantir cela. Du coup, il faudra une puissance installée supérieure avec des éoliennes qu’avec des centrales classiques pour atteindre une même production d’énergie annuelle. Il est possible recalculer le nombre d’heures que l’éolienne doit tourner à puissance nominale pour débiter la même production électrique annuelle (avec un vent dont la vitesse varie). Typiquement, la production annuelle électrique d’une petite éolienne en Wallonie correspond à 11 % du temps à puissance nominale.
Les petites éoliennes ((Images provenant de https://neonext.fr/eolienne-skystream/)) ne sont pas toujours à axe horizontal comme sur les images ci-dessus. On retrouve de plus en plus d’éoliennes à axe vertical, principalement en milieu urbain. Elles s’y adaptent particulièrement bien car elles peuvent fonctionner avec des vents venant de toutes les directions. De plus, elles sont relativement silencieuses, peuvent facilement s’intégrer à l’architecture des bâtiments, permettent de placer la génératrice au niveau du sol et ne nécessitent pas de mécanisme d’orientation((https://energie.wallonie.be/fr/vade-mecum-pour-l-implantation-d-eoliennes-de-faible-puissance-en-wallonie.html?IDD=77455&IDC=6170)).
Les projets de petit éolien permettent donc d’organiser son indépendance énergétique moyennant certaines formalités. Les démarches administratives, les contraintes urbanistiques ou encore les limites techniques sont autant d’obstacles qui peuvent freiner les porteurs de projets à s’orienter vers ce type de production d’énergie. Le vade-mecum de la Région Wallonne pour l’implantation d’éoliennes à faible puissance vous accompagnera dans toutes vos démarches et questions relatives à cette technologie. Vous pouvez également prendre connaissance de ce projet de construction d’éolienne par des élèves pour leur école à Verviers.
Pour encore plus d’informations sur la technologie éolienne, consultez les pages suivantes :
Elle permet de couvrir relativement aisément les besoins en électricité d’une école. Cependant, la cogénération n’est pas la technologie la plus adaptée dans ce contexte car elle demande trop de maintenance et de gestion. A ce jour, les écoles n’ont pas de personnel spécialisé ou de gestionnaire technique attitré pour gérer le fonctionnement d’installations comme celles-ci.
Toutefois, il peut être intéressant pour une école d’avoir recours à la cogénération par le biais d’un tiers investisseur. Celui-ci s’occupe des études préliminaires, de l’installation et de la maintenance, sans que l’école ne doive intervenir. Ou encore, l’école peut se greffer à des réseaux de chaleurs existants dans son quartier/sa commune, dont l’énergie partagée est produite via des technologies de cogénération.
Place de l’école dans des communautés d’énergie
La production d’énergie renouvelable au sein de l’école offre de nombreux avantages, dont celui d’offrir le potentiel de créer des communautés d’énergies. Les installations de production d’énergie dans les écoles produisent occasionnellement un grand surplus d’énergie, qu’il est bénéfique de faire profiter au plus grand nombre. Le regroupement autour d’un projet de communauté d’énergie permet ce partage.
Les écoles ont un rôle moteur au sein de ces communautés. Les établissements scolaires, par leur caractère éducatif, pédagogique, social et institutionnel, participent à stimuler et activer la société. En adoptant un comportement exemplaire en faveur de la transition énergétique, les écoles deviennent également des vitrines qui portent un rôle exemplatif auprès des pouvoirs publics (particulièrement les écoles du réseau officiel).
Par ailleurs, la communauté d’énergie permet à l’école un retour sur investissement plus rapide des installations de production d’énergie. En effet, l’école profite d’un bénéfice en revendant son surplus d’énergie à un prix supérieur au prix du kWh renvoyé sur le réseau.
Pour plus d’informations à ce sujet n’hésitez pas à consulter la page consacrée aux communautés d’énergie.
Les surplus d’électricité venant de ces deux sources de production permettent d’alimenter en électricité verte une quinzaine de résidents du quartier ayant été équipés de compteurs intelligents.
Le surplus d’énergie autoconsommée est actuellement en grande partie complété par de l’électricité complémentaire venant de fournisseurs.
L’autoconsommation du surplus est vouée à de nombreuses améliorations, au fur et à mesure que les membres de la communauté s’habituent à une nouvelle gestion de leurs consommations électriques.
L’objectif principal de la ventilation des salles de classe est de créer des conditions environnementales intérieures qui réduisent le risque de problèmes de santé chez les élèves et minimisent leur inconfort, afin d’éliminer tout effet négatif sur l’apprentissage.
Des expériences récentes montrent que des taux de ventilation inadéquats dans les salles de classe peuvent entraîner une prévalence élevée de symptômes de santé aigus, réduire la vitesse à laquelle les tâches linguistiques et mathématiques typiques du travail scolaire sont exécutées par les élèves, et peut réduire les progrès de l’apprentissage tels que mesurés par le nombre d’élèves qui réussissent les tests standard de mathématiques et de langues. Elle peut également accroître l’absentéisme, ce qui est susceptible d’avoir des conséquences négatives sur l’apprentissage. Ces effets donnent lieu à des coûts socio-économiques importants.
Malgré cet ensemble croissant de preuves, la plupart des données publiées dans la littérature scientifique indiquent que la ventilation des salles de classe dans de nombreuses écoles est encore inadéquate et que les taux d’apport d’air extérieur dans les écoles sont considérablement plus faibles que dans les bureaux, voire dans de nombreux cas plus faibles que ceux observés dans les habitations.
Quel débit choisir dans une classe ?
Les taux de ventilation sont réglementés par le code de bien-être au travail et par des arrêtés royaux. Le minimum régional imposé par la PEB est clair, il vise un débit de 22 m3/h par personne. Le code du bien-être au travail demande quant à lui minimum 40 m3/h par personne, ce qui permet d’atteindre moins de 800 PPM dans une classe de taille moyenne (24 enfants). Cependant, le deuxième chiffre clé de la directive est le seuil limite de 900 PPM. Assurer un débit de 32m3/h par personne permet de supposer celui-ci respecté.
La directive du code du bien-être au travail propose également une dérogation pour pouvoir se limiter à un débit de 25 m3/h ou 1200 PPM. Cette dérogation demande une analyse de risques des polluants dans la classe et un plan d’action sur quelques années. Les sources de polluants sont nombreuses dans les classes (colles, revêtements, peintures, produits d’entretien…), rendant cette dérogation difficilement applicable. Si toutefois, vous envisagez une telle dérogation, adressez-vous au conseiller en prévention compétent.
Performances du système double-flux
Seul des systèmes de ventilation mécanique à double flux permettent de respecter ces débits réglementaires. Grâce à une récupération de la chaleur des flux sortants, le système D limite l’inconfort et les besoins de chauffe dans les classes, le rendant particulièrement adapté à la démarche zéro-carbone.
Le système de ventilation double flux, c’est-à-dire équipé d’une pulsion et d’une extraction mécanique ainsi qu’un échangeur de chaleur, est le meilleur en terme de maîtrise des débits dans les locaux.
L’extraction et le transfert se font comme pour le système simple flux. Vu l’importance des débits mis en jeu, l’extraction peut ne pas se limiter aux seuls sanitaires et se distribuer sur une partie des espaces de circulation, ceci pour éviter des courants d’air dans les sanitaires. Dans certains cas, l’extraction (ou une partie de celle-ci) pourra se faire directement dans les classes.
Concrètement, le choix du double flux par rapport au simple flux sera guidé par :
le souhait de garantir une répartition correcte des flux d’air,
le besoin de se protéger de l’ambiance extérieure (bruit et pollution),
le besoin d’augmenter la température de l’air neuf.
Comme dit précédemment, la principale difficulté réside en l’encombrement des réseaux, qu’il n’est pas toujours possible d’intégrer dans un bâtiment existant. Dans certain cas, une décomposition du bâtiment en différentes zones équipées chacune de leur propre groupe et réseau de ventilation peut simplifier le problème : une ventilation avec pulsion et extraction mécanique là où c’est possible, une simple extraction ailleurs.Il peut aussi être préférable d’opter pour des systèmes D de ventilation décentralisés, limitant l’encombrement causé par les gaines et les consommations électriques.
Si vous souhaitez aller plus loin dans la gestion de la ventilation afin de prévenir la dispersion d’agents pathogènes, n’hésitez à consulter l’article réalisé en juillet 2020 durant la pandémie du COVID-19.
Ventilation décentralisée ou centralisée dans la classe?
Avantages
Ventilation décentralisée
Appropriation de la machine localement par les utilisateurs des classes, principalement les professeurs.
Permet de gérer les machines séparément, classe par classe, en fonction des besoins spécifiques de chacune. Cette modulation maximum permet de faire de fortes économies d’énergie.
Permet un investissement par étape. Les projets de rénovation ou les projets à petit budgets pourront donc en bénéficier plus facilement.
Les gainages sont fortement limités, diminuant les consommations liées aux pertes de charges et les coûts d’entretien.
Ventilation centralisée
Ce sont des technologies qui ont quelques années déjà. Leur durabilité est donc garantie par une réparabilité quasi assurée.
Les travaux de maintenance sont centralisés en un seul endroit, au cœur de l’installation.
Inconvénients
La maintenance doit être faite sur chaque machine.
C’est une technologie encore très récente, rendant la question de la réparabilité difficile à évaluer. La technologie est vouée à se développer grandement, les pièces la constituant changeront donc probablement rapidement.
Nécessite de multiples percements en façade pour alimenter les groupes
Ce sont des installations complexes qui nécessitent une gestion attentive.
Les écoles font souvent appel à des sociétés extérieures pour la maintenance, car elles ne veulent pas prendre cette responsabilité, ce qui représente des coûts importants.
Les gainages sont très importants, nécessitant énormément de place.
Les groupes et gaines qui sont situés en extérieur périssent rapidement sous l’effet des intempéries.
Que prévoir comme régulation?
Une régulation sur base d’un horaire par local, pour éviter toute consommation en soirée et week-end. Pour affiner cela, possibilité d’une modulation du débit sur base d’une mesure CO² par classe, ce qui est bien plus simple dans un système décentralisé : en cas d’absences, de travail en plus petits groupes ou autres, réduire le débit permet d’éviter un air trop sec et de limiter le bruit généré par le système de ventilation.
Si possible : une modulation du débit dans la programmation, pour éviter le tout ou rien, car un fonctionnement à pleine charge risque d’être bruyant.Par exemple, demander un démarrage à débit réduit pour une concentration CO² de 500ppm, avec une montée progressive jusqu’au débit de dimensionnement lorsque la concentration atteint la cible de 900ppm.
Avoir une possibilité de dérogation (on/off) par local, moyennant une action simple de l’utilisateur, est recommandée. Cela permet de répondre à des besoins ponctuels imprévisible, et évite bien des frustrations. Une fonction de retour à la normale après un temps raisonnable doit évidemment suivre la dérogation.
Modifier la régulation pour la belle saison : ne démarrer par exemple que lorsque la concentration intérieure atteint le seuil de 900ppm. En combinant cette mesure à un message vers les enseignants du type “il fait beau, on ouvre les fenêtres ! “. L’idée étant d’éviter la consommation d’énergie liée aux ventilateurs ne laissant aux occupants la gestion de la qualité de l’air que par l’ouverture des fenêtres, la VMC restant en « backup » si, pour une raison ou l’autre, la qualité d’air n’est pas suffisante.Placer un afficheur CO² dans les classes peut être utile en soutient à la responsabilisation des occupants.
A ne pas oublier : les classes sont souvent sujettes à la surchauffe en fin de printemps et dans les premières semaines de l’année. Le décalage du calendrier scolaire vers le mois d’août va renforcer ce risque. Pour limiter cela, il faut pouvoir combiner des protections solaires et l’ouverture des fenêtres, ce qui n’est pas toujours évident. Dès lors, une fonction « Free-Cooling » sur la VMC est utile : un enclenchement de la ventilation au débit correspondant à une classe occupée lorsque la température intérieure monte (25 … 26°C°) alors que la température extérieure reste agréable.
Enfin, pensez à exiger un système qui vous permette un suivi à distance : visualisation des courbes de débits brassés, de qualité d’air, température et humidité dans les classes, avec des alarmes programmables et, si possible, une possibilité de modification des paramètres de régulation à distance
Autres systèmes
Si la réalisation d’un système D n’est pas envisageable dans le projet de rénovation, il existe d’autres moyens pour ventiler la classe. Toutefois, ces stratégies sont nettement moins efficaces et ne permettront pas d’atteindre les débits réglementaires. De plus, sans système D, il n’y a pas de récupération de chaleur possible, ce qui accentuera sensiblement les besoins de chaleur de l’école et donc indirectement les factures liées à la consommation énergétique de chauffage.
Limites de la ventilation par ouverture des fenêtres
La ventilation par ouverture des fenêtres est bien souvent l’unique moyen de ventilation utilisé dans la majorité des écoles actuelles, malgré qu’elle réponde difficilement aux critères d’hygiène et de confort exigés :
Le confinement de l’air d’une salle de classe normalement occupée et ventilée par ouverture des fenêtres aux intercours est atteint après un quart d’heure d’occupation. De plus, la ventilation est totalement liée à la bonne volonté des occupants.
L’ouverture des fenêtres engendre d’importants mouvements d’air froid, ce qui rend quasiment impossible la ventilation continue en période d’occupation, c’est-à-dire pendant la production des polluants. Durant cette période les inétanchéités des fenêtres sont, par contre, insuffisantes pour assurer les débits d’air recommandés
Ventilation simple flux avec extraction sanitaire
Lorsque l’ambiance extérieure (bruit et pollution limités) le permet, la solution la plus simple à mettre en œuvre est le système simple flux avec extraction sanitaire.
L’air neuf est de préférence introduit dans les bureaux au moyen de grilles autoréglables placées en façade dans les menuiseries ou la maçonnerie.
Grille intégrée entre le vitrage et la menuiserie Grille verticale intégrée dans la menuiserie
L’air vicié est évacué dans les sanitaires au moyen d’un ventilateur d’extraction.
Les transferts d’air entre classes et sanitaires se font, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.
Grille de transfert d’air
Exemple
Dans une école du Brabant wallon, l’air neuf est introduit dans les classes par des ouvertures auto réglables et transféré sous les portes vers les sanitaires.
Les circuits d’extraction (conduits et ventilateurs) sont, dans la plupart des cas, communs à plusieurs niveaux. Ils sont généralement conçus suivant le principe du “parapluie”. Les conduits verticaux empruntent les gaines techniques également verticales et les conduits horizontaux passent dans l’épaisseur des faux plafonds. Ces ensembles desservent à chaque niveau une ou plusieurs zones sanitaires.
Étant donné l’absence de conduit de distribution vers chaque classe, l’espace nécessaire aux locaux techniques et aux conduits d’air est peu important. Ceci prend toute son importance en regard des hauteurs de faux plafonds qui n’ont pas à tenir compte du passage de conduits d’air.
Ce système appliqué aux écoles présente comme inconvénients :
La nécessité d’un nombre important de grilles d’amenée d’air auto réglables : par exemple, une classe de 60 m² demande un débit de ventilation de : 8,6 [m³/h.m²] x 60 [m²] = 516 [m³/h]. Or le débit maximum obtenu par grille est de l’ordre de 30 à 180 m³/h par mètre courant (sous 2 Pa). Il faut donc intégrer de 5 à 20 m de grilles dans la façade, ce qui n’est pas toujours évident. Une alternative est d’utiliser ne fenêtre robotisée comme amenée d’air.
Le risque de courants d’air froid dus au débit d’air frais introduit dans la classe. L’utilisation de fenêtres robotisées, basée sur une sonde CO², permettrait de moduler le débit aux besoins réels, réduisant (un peu) le risque de courant d’air. On peut même envisager de coupler cette robotisation à une sonde d’absence et une horloge, pour assurer une ventilation maximale pendant les récréations.
Le risque de perturbation du flux d’air en fonction de l’ouverture des fenêtres et des portes.
L’absence de filtration de l’air neuf en milieu urbain.
Selon les derniers chiffres publiés par la Région, le parc immobilier des bâtiments scolaires est, tout comme la majorité du parc tertiaire, vétuste et très hétéroclite. Concrètement, 74 % des bâtiments destinés à l’enseignement en 2008 dataient d’avant 1945. Par la suite, 8 % ont été construits ou rénovés en profondeur entre 1945 et 1995. Depuis lors, la tendance et/ou la nécessité de rénovation de ces bâtiments augmente et 15% de ceux-ci ont donc subi une grosse rénovation((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.28) )).
Pour continuer sur cette lancée et pour diminuer davantage ses émissions de GES, la Wallonie a établi une stratégie ambitieuse de rénovation à l’échelle des bâtiments tertiaires. L’objectif de celle-ci est de “tendre en 2040 vers un parc de bâtiments à bilan énergétique annuel nul pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire, le refroidissement et l’éclairage. Ces bâtiments produiront autant d’énergie qu’ils en consomment, en tenant compte qu’une partie de la production d’énergie d’origine renouvelable pourra être décentralisée” ((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.33) )). Cette stratégie de rénovation wallonne s’oriente selon 3 axes principaux ((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.100) )):
Renforcer le cadre pour assurer la transparence, stabilité et crédibilité propice aux investissements énergétiquement efficaces.
Contribuer à une meilleure structuration et à un renforcement du marché de l’offre des fournitures et des services de qualité, au profit d’une meilleure efficience énergétique, qui s’appuient sur des professionnels compétents.
Renforcer la demande pour des bâtiments énergétiquement performants.
Depuis lors, d’autres politiques se sont mises en place pour tendre au mieux vers cette ambition. C’est le cas de la Déclaration de Politique Régionale (DPR) qui renforce cet objectif en formulant une étape intermédiaire à 2030. “La Wallonie vise la neutralité carbone au plus tard en 2050, avec une étape intermédiaire de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) de 55 % par rapport à 1990 d’ici 2030 ».
Ces échéances légales permettent d’établir des visions à court et long terme quant à l’ampleur des travaux à effectuer. Ces plans d’action, tel que celui proposé par Climact, décomposent la tâche en 3 phases.
Premièrement, il est primordial de développer un modèle qui soit viable en mobilisant les différents acteurs, en identifiant les barrières, les possibilités de financement etc… Par la suite, ce modèle sera testé à travers une série de projets pilotes. En fonction des résultats observés, celui-ci pourra être adapté pour être déployé à grande échelle dans les années à venir.
CLIMACT, Bridging the gap between schools and market players for performance – based renovations
Ces politiques et stratégies ambitieuses à l’échelle du bâtiment nécessitent donc un suivi et une mise en œuvre efficace permettant d’atteindre les objectifs visés en termes de bâtiments efficaces et performants énergiquement. Pour cela, une réflexion à une échelle plus large s’impose en amont des travaux quant aux enjeux de la rénovation zéro carbone.
Attention ! Ne pas s’y prendre trop vite…
Le schéma ci-dessous illustre bien le déroulement de travaux en général et le contexte difficile qui caractérise les bâtiments scolaires. Souvent portés par de multiples motivations et/ou besoins, les travaux envisagés dans les écoles se voient toujours limités à cause d’une série de contraintes, aboutissant à un résultat moins efficace qu’imaginé au départ. Il existe en effet un décalage énorme et certain entre la réalité et l’école exemplaire durable.
La suite de cet article vous aidera à cadrer, dès le départ, les possibilités et les contraintes liées à la réalisation de travaux dans votre école. L’objectif étant de prévoir les travaux les plus efficaces pour atteindre les meilleures performances énergétiques.
Schéma réalisé par Catherine Massart (Architecture et Climat) pour le site rénovermonecole.be
Généralités
Avant toute chose, quatre réflexions générales nécessitent d’être abordées :
Quelles sont les priorités ?
Avant de se lancer dans des travaux généraux sur la totalité du bâtiment, il est utile de faire un diagnostic de la situation actuelle afin de mieux visualiser où sont les faiblesses qui nécessiteront donc une intervention prioritaire par rapport à d’autres. Pour vous aider dans ces démarches, vous pouvez consulter ces deux outils ou bien déléguer le diagnostic à un bureau spécialisé :
Notre outil de bilan carbone simplifié qui vous indiquera les faiblesses du bâtiment.
Êtes-vous assez compétent pour la réalisation et le suivi technique du chantier ?
Beaucoup de travaux peuvent être fait sans l’intervention d’un bureau d’étude, mais ce n’est pas le cas pour tous. Si vous n’êtes pas certain de l’état de votre bâtiment, que vous avez un projet général d’agrandissement ou d’adaptation aux normes PMR et incendie ou que vous ne savez pas comment interpréter les recommandations du gouvernement, il sera préférable d’être assisté par un bureau spécialisé, dès les prémisses du projet.
Quelles pourraient-être les contraintes dans ce type de travaux ?
Le budget n’est pas la seule contrainte qui peut vous occuper. Si votre bâtiment fait partie du patrimoine protégé, qu’il y a peu de place à disposition pour l’installation des techniques ou que les locaux sont occupés en permanence, cela devra être pris en compte dès les premières réflexions.
Y-a-t-il d’autres travaux prévus dans mon école qui pourraient être combinés avec le volet énergétique ?
Entreprendre des travaux demande un grand engagement et une bonne organisation afin de limiter les nuisances du chantier. Le zéro carbone est rarement le seul objectif d’une rénovation d’école, mais peut souvent être regroupé avec d’autres travaux (agrandissement, mise aux normes…), afin de limiter les dépenses et nuisances. En fonction de l’ampleur des travaux à entreprendre, vous devrez peut-être faire appel à un bureau spécialisé pour la gestion de ceux-ci.
Echelle d’intervention
Une fois ces réflexions prises en compte, il est nécessaire de se poser la question de l’échelle d’intervention. En fonction des travaux à entreprendre, on pourra envisager divers scénarios pour la mise en œuvre de ceux-ci.
Dans le cas d’un bâtiment vétuste et peu performant, il est souvent préférable de ne pas démolir et de partir au plus possible de l’existant en agissant sous forme de rénovations plus ou moins profondes. L’échelle d’intervention des travaux de rénovation peut varier. Il n’est pas toujours nécessaire de rénover l’entièreté du bâtiment. Si un diagnostic précis a été fait au préalable, il est alors plus facile d’agir efficacement grâce à des interventions localisées et ponctuelles. Celles-ci peuvent se limiter sur une partie du bâtiment ou bien sur une technique particulière posant problème. La question du budget est aussi primordiale dans le choix de l’échelle d’intervention. Une rénovation profonde de l’ensemble du bâtiment nécessite des frais importants, qui ne sont pas toujours possible pour des écoles. Cependant, il est toujours envisageable de répartir les travaux dans le temps afin d’étaler les frais sur plusieurs années.
Le tableau ci-dessous permet de donner une idée de l’investissement que représente les travaux selon le degré de rénovation envisagé. Rénover un bâtiment scolaire est souvent une action pertinente en vue d’atteindre les objectifs environnementaux. Cependant, cela peut ne pas toujours être rentable. En fonction de l’échelle d’intervention, les coûts cumulés des différents travaux entraineront inévitablement des temps de retour sur investissement plus ou moins longs. Il est primordial dès le départ de se poser la question de la rentabilité à long terme de ces travaux. Toutefois, cela ne doit en aucun cas être la raison unique pour ne pas réaliser de travaux de rénovation.
“Pour atteindre des objectifs ambitieux et éviter l’effet « lock-in »(effet de verrouillage) de la performance énergétique des bâtiments, les temps de retour sur investissement ne peuvent pas être les seuls moteurs de la rénovation énergétique. En effet, bien que la rénovation soit généralement rentable sur le long terme, les choix d’investissement se portent généralement sur des mesures dont les temps de retour sont inférieurs à 5 ans. Un changement de paradigme est nécessaire pour que des investissements à temps de retour de l’ordre de 20 ans soient réellement envisagés” ((SPW Wallonie – STRATÉGIE WALLONNE DE RÉNOVATION ÉNERGÉTIQUE À LONG TERME DU BÂTIMENT (p.64) )). Il peut être intéressant de rappeler que les temps de retour sont toujours calculés « a priori », alors qu’en réalité, ils dépendent directement des prix de l’énergie. Une hausse durable des prix est donc favorable à la rentabilité des travaux.
Jusqu’à -35%
Jusqu’à -50%
Jusqu’à -75%
Neutre en carbone
Temps de retour
10 ans
15 à 20 ans
> 25 ans
> 25 ans
Mesures de rénovation
Remplacement des installations techniques
+
EMS*
Remplacement des installations techniques
+
Isolation de l’enveloppe
+
SER*
+
EMS*
Rénovation énergétique profonde
Rénovation énergétique profonde
+
Production via SER*
Coût typique de la rénovation
< 50€/m²
< 200 €/m²
De 800 €/m² à plus de 1500 €/m²
Idem
+
Production SER* (200-250€/m²)
Modèles de financement
ESCo*
Tiers-investisseurs
CPE* via ESCo*
Tiers-investisseurs
Mix de solutions de financement
Mix de solutions de financement
EMS : Energy Management System – système de gestion de l’énergie
SER : Sytème d’énergie renouvelable
ESCo : Energy service company – société de services énergétiques
CPE : Contrat de Performance Énergétique
Si les travaux sont vraiment conséquents, la question de la démolition peut alors se poser. Faire des travaux de rénovation exhaustifs n’a pas toujours du sens. Parfois il est préférable de déplacer l’activité scolaire, démolir le bâtiment existant et reconstruire à neuf, aux meilleurs standards énergétiques. Toutefois, cette décision doit être justifiée et supportée par des analyses précises de l’impact environnemental de la rénovation par rapport à celui d’une reconstruction par exemple. Pour aborder la question de la démolition, plusieurs questions peuvent diriger les décisions, les deux principales étant les suivantes :
La structure du bâtiment est-elle toujours en état ?
Le bâtiment est-il sain/salubre ?
La réponse à ces questions peut demander une expertise particulière. Si la réponse aux deux questions ci-dessus est favorable, alors une rénovation sera préférable à une démolition. Ensuite, d’autres éléments secondaires peuvent être pris en compte dans cette décision :
L’emplacement de l’école est-il stratégique, à proximité des transports ?
L’avenir de l’école est-il sécurisé ? Le nombre d’élève est-il suffisant ? Aucune fusion n’est prévue avec une autre école ?
Chantier
Un chantier dans une école n’est pas du tout quelque chose de négligeable. En effet, dépendant de l’échelle des travaux à réaliser, le chantier peut s’étirer sur plusieurs mois voir années. Il est rare que les écoles possèdent de longues périodes d’inoccupation pour des travaux de grande envergure, à l’exception des vacances d’été.
Divers scénarios sont alors possibles :
Vous avez une période d’inoccupation libre de la durée estimée des travaux, vous pouvez donc les réaliser à ce moment-là.
Un phasage permettant de réaliser certaines parties des travaux pendant des périodes d’inoccupation est possible.
Le chantier est possible pendant la période d’occupation, car les nuisances engendrées sont acceptables.
Aucune période d’inoccupation n’est disponible et les nuisances sont trop importantes que pour être acceptables en période d’occupation, un déménagement est donc inévitable.
Si le déménagement est la seule solution, est-il possible de déménager dans un bâtiment existant ? Si vous prévoyez de construire une extension à votre école, c’est peut-être l’occasion de déménager vers cette extension, à condition qu’elle soit construite à l’avance. Cependant, si aucune autre possibilité de déménagement n’est réalisable, il reste la solution d’organiser l’école dans des classes préfabriquées à placer temporairement sur le site de l’école, sans déranger le déroulement du chantier. A titre d’exemple, le projet pilote MODUL-R propose un concept de classes préfabriquées en bois reproductibles, économiques et soutenables qui pourraient, à terme, servir d’hébergement temporaire pour les écoles en travaux.
Pédagogie
En amont des travaux, il est aussi utile et nécessaire de réfléchir à l’implication des utilisateurs du bâtiment dans le processus de conception et dans la vie du bâtiment à la fin des travaux. Une école est surtout un lieu d’apprentissage. Un projet de rénovation zéro carbone est l’occasion parfaite pour modifier le projet pédagogique en expliquant l’impact de la construction et de la mobilité sur le changement climatique et en travaillant l’éveil environnemental des élèves dès leur plus jeune âge (pour en savoir plus, consultez la page consacrée à la démarche bâtiment zéro carbone) .
Ceci signifie que dès les prémisses du projet, il est utile d’intégrer les élèves, parents ou enseignants à la conception du projet de rénovation. Avec les élèves, des visites des différentes étapes du chantier et des activités autour du zéro-carbone pourront être organisées afin de participer à leur éducation environnementale.
Il est aussi intéressant de concevoir le projet avec les personnes qui seront responsables de l’entretien et de la régulation des différentes techniques qui seront installées dans l’école. Afin d’assurer sa durabilité, une nouvelle installation doit être entretenue à des intervalles réguliers. Il est donc utile de désigner dès le départ une personne ou un groupe de personnes chargé de cette mission. Cette personne/ce groupe peut être le même pour plusieurs écoles dans votre structure ou commune. Intégrer ces personnes dès la conception du projet permet une meilleure compréhension du fonctionnement pour les autres parties participant à la conception mais aussi de garantir une installation qui sera plus facile à prendre en main et plus adaptée à l’école en question.
Pour en savoir plus…
Si votre école a le projet de se lancer dans une rénovation complète du bâtiment, vous pouvez consulter la page suivante de notre dossier qui vous donnera des éléments de réflexion pour intégrer au mieux vos travaux dans une démarche zéro-carbone.
Si votre école a le projet de se lancer dans une rénovation partielle, vous pouvez consulter l’ensemble de ce dossier thématique qui vise à créer une hiérarchie dans les travaux à entreprendre.
Les principes, avantages, inconvénients et fonctionnements des techniques d’isolation par l’intérieur et par l’extérieur sont déjà exposés sur Energie + et sur le site du CSTC.Pour en savoir plus, consultez les pages suivantes :
Si de gros travaux sont prévus et que l’école bénéficie d’un budget important, l’isolation par l’extérieur reste la solution la plus efficace. Elle offre une meilleure uniformité à l’enveloppe et permet donc plus facilement de limiter les déperditions de chaleur ((Dobbels F. RenoFase WP4 – Detaillering van binnenisolatie, WTCB, 2017)).
L’isolation par l’intérieur, quant à elle, est une solution intéressante dans le cas de rénovations de bâtiments scolaires où il n’est pas possible de prévoir une isolation par l’extérieur (généralement pour des raisons urbanistiques). Cependant, c’est une technique à exécuter avec beaucoup de prudence car les risques causés par sa mauvaise exécution peuvent être dévastateurs pour le bâtiment.
L’isolation par l’intérieur possède quelques avantages par rapport à l’isolation classique par l’extérieur. Premièrement,elle ne requiert pas de permis pour la réaliser. Ce sont donc des travaux qui peuvent être rapides à exécuter. Deuxièmement, cette technique permet des interventions plus localisées, local par local. Le phasage ou l’étalement des travaux d’isolation dans le temps permet donc une plus grande flexibilité pour les projets de rénovation de bâtiments scolaires. Une attention mérite d’être portée sur l’isolation par l’intérieur lorsque des travaux sont déjà prévus dans des locaux de l’école. Que ce soit un changement des châssis, une amélioration de l’acoustique ou encore une réparation importante suite à un dégât des eaux, l’isolation par l’intérieur se combine facilement avec ce genre d’interventions. Attention toutefois qu’une réflexion sur l’isolation par l’intérieur ne peut avoir lieu sans une bonne gestion des débits de ventilation des locaux en question.
L’isolation par l’intérieur s’accompagne de quelques conséquences ayant un impact plus direct sur les locaux de l’école que l’isolation par l’extérieur.
Elle engendre une diminution de la surface habitable des locaux
A titre d’exemple, dans une classe de 56 m², accueillant 25 enfants, on décide d’ajouter20 cm de laine minérale à des murs en maçonnerie non isolés pour passer d’un U de 1,73 W/m²K à un U de 0,2 W/m²K.
Ceci provoque une perte de 3 m², engendrant donc une diminution de la capacité d’accueil de la classe, correspondant à .
Les tuyauteries et techniques doivent être modifiées et/ou déplacées. Ces modifications peuvent être l’occasion de repenser le système de chauffage. Pourquoi ne pas utiliser la ventilation pour se chauffer? Ou encore, pourquoi ne pas se passer complètement de chauffage dans ces classes? Pour en savoir plus sur ces alternatives, consultez la page suivante. Toucher au système de chauffage pour l’isolation d’un seul local est peu pertinent car souvent ces systèmes fonctionnent en réseau et ne permettent pas de modifier celui-ci facilement. Dès lors, il est plus intéressant de réfléchir aux projets d’isolation par l’intérieur par “zone” de bâtiment et non par local individuel.
Les locaux perdent en inertie après une isolation de ce type. Cependant cette perte d’inertie peut être nuancée. Les plafonds et les planchers représentent souvent de grandes surfaces “lourdes” qui le restent après isolation par l’intérieur. Pour une classe aux dimensions similaires à celle représentée plus haut, l’isolation par l’intérieur des deux murs extérieurs comprenant des fenêtres représente une perte d’environ 25 % de la surface lourde. La perte d’inertie est donc négligeable par rapport aux gains thermiques.
Est-ce que ça vaut vraiment la peine ?
Malgré ces conséquences, isoler par l’intérieur peut vraiment améliorer la situation. Cela peut valoir la peine dans pas mal de cas. Pour se lancer dans l’isolation par l’intérieur, deux critères peuvent rentrer en compte.
Surface : les grandes surfaces de murs extérieurs seront les premières à pouvoir être isolés car elles sont relativement simples. Leur isolation peut donc nettement améliorer le confort de la classe.
Complexité technique : il est évident qu’isoler les contours des châssis est plus complexe qu’une surface plane. Cependant, si un changement de châssis est prévu, il est recommandé de pratiquer les travaux d’isolation par l’intérieur en même temps car ceux-ci nécessiteront de toute façon un retravail des raccords (Exemple: le cas 1 ci-dessous représente une grande complexité pour peu de résultats. Cependant, si les châssis doivent être remplacés, alors il est tout à fait pertinent d’isoler l’allège en dessous).
Cas 1 : classe mitoyenne avec larges fenêtres
Cas 2 : classe mitoyenne avec petites fenêtres
Cas 3 : classe avec 3 façades extérieures
Cas 4 : classe avec 2 façades extérieures
Fausses idées à démonter
Isoler uniquement certains murs ne sert à rien car, après isolation, toute la chaleur passera par les murs non isolés.
Ce n’est pas parce qu’un mur est isolé qu’un autre verra plus de chaleur le traverser. Le flux traversant le mur non isolé ne change pas. Il reste dépendant de sa valeur U et de la différence de température entre les ambiances de part et d’autre de la paroi. Néanmoins, isoler l’ensemble reste toujours la solution idéale.
Isoler certains murs et d’autres non va concentrer toute la condensation sur les parties non isolées.
En effet, si de la condensation apparaît sur les surfaces, elle prendra place uniquement sur les murs froids (non isolés). Cette condensation peut provoquer des problèmes si l’humidité relative de l’air dépasse un certain seuil. Cependant, la priorité avant d’isoler des murs est de maîtriser l’ambiance intérieure en ventilant correctement les locaux. Dès lors, grâce à cette ventilation, l’ambiance ne pourra plus atteindre ces seuils d’humidité, le risque de condensation est donc supprimé.
Quelques principes à respecter…
Attention toutefois car l’isolation par l’intérieur ne vaut la peine que si certains principes sont respectés. De manière générale, on peut rappeler 3 grands principes.
Avant toute chose, il est impératif de traiter tout type de problème d’humidité! Comme l’expliquent les articles mentionnés plus haut, rajouter une couche isolante sur la face intérieure d’un mur a des conséquences importantes sur son comportement hygrothermique. Dès lors, il est impératif de démarrer sur une bonne base, avec un mur sain. Les dommages liés à l’humidité se produisent généralement lorsque des matériaux sensibles à l’humidité sont en contact direct avec celle-ci. La présence de tâches, d’efflorescences, de fissures ou encore d’écaillages sur les murs existants sont autant de signaux révélateurs d’humidité. Le mur doit être complètement sec et exempt de toute trace d’humidité lorsqu’on pose l’isolation par l’intérieur.
Photo de gauche : Humidité ascensionnelle. Photo de droite : Tache d’humidité dans l’enduit intérieur.
Source : rapport CSTC – « Isolation des murs existants par l’intérieur – diagnostic »((Isolation des murs existants par l’intérieur – diagnostic – les dossiers du CSTC 2012/4.16, 2013))
Principe 1 : Contrôle du climat intérieur
Une bonne gestion du climat intérieur a toute son importance dans l’apparition ou non de dommages au niveau des zones sous-isolées. L’ampleur des dégâts est caractérisée par la température ambiante et par l’humidité relative de l’air intérieur. Pour éviter tout risque lié à une isolation par l’intérieur, le bâtiment doit appartenir à la classe de climat intérieur 1 ou 2. Ces classes de confort sont facilement atteintes grâce à des systèmes de ventilation mécanique.
Principe 2 : Réduire ponts thermiques
Les ponts thermiques sont les principales failles des systèmes d’isolation par l’intérieur. Ils sont parfois complexes à éliminer mais de nombreuses solutions existent pour les combattre. Une mauvaise gestion des ponts thermiques peut entraîner des moisissures dues à la condensation ainsi que d’importantes pertes d’énergie. Attention cependant que tous les ponts thermiques ne doivent pas nécessairement être réglés.Si l’école bénéficie d’un système de ventilation efficace atteignant les débits réglementaires, les risques liés aux ponts thermiques peuvent être amoindris.
Les principales situations à risques auxquelles il faut faire attention sont les pourtours des menuiseries extérieures, les pieds de murs et fondations ou encore la jonction des planchers des étages avec les murs extérieurs.Des pistes de résolution de ces situations à risque sont proposées sur cette page.
Principe 3 : Eviter fuites d’air
Pour éviter tout risque de condensation interne, les systèmes d’isolation par l’intérieur doivent garantir une parfaite étanchéité à l’air. La ruine des parois peut avoir lieu lorsque de l’air chargé en humidité pénètre derrière la couche d’isolation et condense sur l’arrière de celle-ci.
Dans la réalisation d’une enveloppe étanche à l’air, les situations à risque sont les suivantes: le passage des techniques à travers l’enveloppe et les joints entre différents éléments ou matériaux. Des pistes de résolution de ces situations à risque sont proposées sur cette page.
Par quoi commencer?
L’isolation par l’intérieur est donc une technique à envisager pour la rénovation de l’enveloppe des écoles lorsqu’il n’est pas possible d’isoler par l’extérieur. Certes, elle propose plus de faiblesses que la technique d’isolation par l’extérieur et nécessite le respect strict de certains principes, mais si un diagnostic adéquat préalable est effectué sur l’enveloppe, l’isolation par l’intérieur peut permettre de réduire sensiblement les besoins en chaleur dans l’école. Le diagnostic de la situation existante est la première étape à réaliser en vue de l’isolation d’un mur existant par l’intérieur((Isolation thermique par l’intérieur des murs existants en briques pleines – Isolin – SPW – Wallonie et Architecture et Climat – 2010)).
Pour en savoir plus sur le traitement de certains nœuds constructifs à régler dans votre école, consultez la page suivante.
Depuis plus de dix ans, les études montrent que les particules fines sont la cause de maladies et de décès prématurés en constante hausse. D’après une étude de l’Agence de l’environnement, la pollution aux particules fines à provoquer en 2019 307.00 décès prématurés dans l’Union européenne ((Health impacts of air pollution in Europe, European Environment Agency, 15 Nov 2021)). Pour s’en protéger, les bâtiments sont équipés de filtres à air destinés à limiter la présence de ces particules dans nos intérieurs. L’Organisation mondiale de la Santé a mené des études conduisant à la nécessité de réformer le système de classification de ces filtres à air ((Lignes directrices OMS relatives à la qualité de l’air – Organisation mondiale de la Santé 2021 – https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/346555/9789240035423-fre.pdf)). Une nouvelle norme mondiale est donc entrée en vigueur en 2017 : la norme ISO 16890. Pour comprendre les tenants et les aboutissants de cette nouvelle norme, il est important de savoir quels sont les risques engendrés par les particules fines, notamment sur la santé humaine, il est aussi nécessaire de connaître les normes existantes au moment de cette réforme et leurs lacunes par rapport aux problèmes de pollution.
Nocivité des particules fines
Nous passons environ 70% de notre temps à l’intérieur et nous respirons 15 kg d’air par jour ((Health impacts of air pollution in Europe, European Environment Agency, 15 Nov 2021)). Il est donc important de soigner la qualité de l’air de nos bâtiments. De plus, l’air circule moins abondamment en intérieur qu’en extérieur, les concentrations en particules nocives sont dès lors plus importantes. C’est pourquoi il est important d’équiper les systèmes de ventilation de filtres performants, afin d’assurer une qualité d’air intérieur la plus saine possible.
Un air pollué est chargé de particules de différentes tailles pouvant pénétrer le corps humain notamment par les voies respiratoires. Plus ces particules sont fines plus elles atteignent les organes en profondeur, les plus fines pouvant pénétrer jusque dans le sang, les alvéoles pulmonaires et même atteindre le cerveau causant de graves dommages. Les risques principaux pour la santé sont des maladies respiratoires et cardiovasculaires. En Allemagne, des recherches menées entre 2007 et 2014 attribuent 45.300 décès prématurés à la pollution par les particules fines dans l’air extérieur ((Sources of particulate matter air pollution and its oxidative potential in Europe, Kaspar Rudolf Daellenbach et al., Nature, 19 novembre 2020)). L’OMS dénombre 4,2 millions de décès prématurés dans le monde dus à cette pollution pour la seule année 2016. En 2019, l’OMS estimait à 99% le taux de la population mondiale vivant dans des endroits où les seuils de la qualité de l’air n’étaient pas respectés. Devant ce constat, elle préconise une amélioration de la classification des filtres à air de ventilation générale afin d’uniformiser les normes au niveau mondial et de les rendre plus précises. Ces filtres sont utilisés sur des équipements de chauffage, de ventilation et de conditionnement d’air des bâtiments, ils ont pour fonction de réduire la concentration des particules en suspension dans l’air.
Filtres à air : le point sur les anciennes normes
En 2002, la norme européenne EN 779 avait été mise en place pour règlementer les protocoles de tests des filtres à air. Mise à jour en 2012, elle classait les filtres en 9 catégories de G1 à F9 selon leurs capacités de filtration. Ces catégories correspondaient à la quantité de particules de 0,4 micron filtrées. Cette norme était européenne et chaque région du monde avait la sienne ce qui rendait la comparaison entre les filtres impossible au niveau international et entravait le commerce mondial.
Les méthodes utilisées pour les essais et les protocoles de classification avaient tendance à surestimer les capacités de filtration des filtres. L’OMS a donc demandé une uniformisation du système de classification au niveau mondial ainsi que des normes plus précises, c’est pourquoi la nouvelle norme ISO 16890 est entrée en vigueur en 2017 ((ISO 16890-1 -Filtres à air de ventilation générale — Partie 1: Spécifications techniques, exigences et système de classification fondé sur l’efficacité des particules en suspension (ePM) – https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso:16890:-1:ed-1:v1:fr)).
Quels sont les changements apportés par la nouvelle norme ISO 16890 ?
ISO signifie Organisation internationale de normalisation, il s’agit d’une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation, elle agit donc à l’échelle mondiale en incluant des membres internationaux. Les travaux de l’ISO peuvent inclure des organisations nationales, gouvernementales et non gouvernementales. La nouvelle norme en vigueur a donc été élaborée par cette organisation internationale.
Le but principal de cette nouvelle norme était d’obtenir de meilleurs résultats en matière de tests et de catégorisation des filtres. Pour ce faire, la norme ISO 16890 décrit en détails l’équipement, les matériaux, les spécifications techniques, les exigences, les qualifications et les modes opératoires à utiliser pour la réalisation des essais en laboratoire et la classification des filtres à air. Ainsi, tous les filtres à air mis sur le marché à travers le monde répondent maintenant aux mêmes exigences, mesurées grâce aux mêmes protocoles.
Ces protocoles sont détaillés dans les quatre parties de la norme ISO 16890 :
L’ISO 16890-1 décrit les spécifications techniques, les exigences et le système de classification fondé sur l’efficacité contre les particules en suspension.
L’ISO 16890-2 explique le mesurage de l’efficacité spectrale et de la résistance des filtres à l’écoulement de l’air.
L’ISO 16890-3 détermine l’activité gravimétrique et la résistance à l’écoulement de l’air par rapport à la quantité de poussière retenue.
L’ISO 16890-4 donne la méthode de conditionnement à utiliser pour déterminer l’efficacité spectrale minimum d’essai.
Nouvelle catégorisation des particules en suspension
Les particules en suspension sont désignées par PM et sont désormais classées en trois catégories en fonction de leur taille : les PM1 dont le diamètre aérodynamique est compris entre entre 0,3 et 1 micron, les PM2,5 pour un diamètre allant jusqu’à 2,5 microns et les PM10 dont le diamètre peut aller jusqu’à 10 microns.
Les plus grosses de ces particules, les PM10 peuvent être des pollens ou des poussières du désert, les PM2,5 sont souvent des bactéries, des champignons et leurs spores ou même des poussières de toner. Quant aux plus fines, les PM1, il s’agit des gaz d’échappement, des nanoparticules et même des virus. Enfin, on retrouve dans les particules plus grossières, le sable ou les cheveux par exemple.
Classification des filtres à air
La classification des filtres se fait sur le même barème. Pour exemple, un filtre retenant des particules de 0,9 micron sera dénommé ePM1.
Pour être classé dans une catégorie, un filtre doit pouvoir séparer au moins 50% des particules de la granulométrie correspondante. Le résultat obtenu pendant les tests est toujours arrondi aux 5% inférieurs. Pour exemple, un filtre bloquant 78% des poussières de 2,5 microns sera nommé ePM2,5 (75%).
Les filtres séparant moins de 50% des particules en suspension sont catégorisés comme grossiers. Les filtres séparant plus de 99% des particules sont soumis à une autre norme, l’ISO 29464. Les filtres utilisés dans les épurateurs d’air portatifs ne font pas partie du domaine d’application de l’ISO 16890.
Méthodes de tests
Le calcul de l’efficacité de filtration a aussi changé. Avec l’ancienne norme EN 779, le protocole de test consistait à mélanger les poussières émises à un aérosol de DEHS, autrement dit d’huile afin de charger l’échantillon à mesurer. Cette méthode n’était que moyennement efficace. La norme ISO 16890 introduit une nouvelle poussière fine, l’ISO-A2 et ajoute des aérosols de sel, KCL en plus des aérosols DEHS. Les aérosols KCL sont utilisés pour les mesures concernant les particules de plus d’1 micron. Les mesures sont ainsi plus réalistes et permettent de mesurer l’impact après filtration, ce qui était impossible avant.
De plus, le nouveau protocole est plus exigeant : l’efficacité moyenne du filtre est calculée en faisant la moyenne de l’efficacité initiale et de l’efficacité conditionnée des éléments. L’efficacité initiale est calculée selon les modes opératoires sur les éléments non conditionnés décrits dans la norme ISO 16890-2 et l’efficacité conditionnée est calculée selon les modes opératoires décrits dans la norme ISO 16890-4.
Étant donné que les critères de classification ne sont pas les seuls à avoir changé, mais que les modes opératoires des tests ont aussi été modifiés, il est difficile de comparer les anciennes normes aux nouvelles. On peut quand même dire que les ePM1 et ePM2,5, ont des performances équivalentes aux anciens F7, F8 et F9, F9 étant le niveau le plus élevé de performance de filtration de l’air. Les ePM10 les moins performants peuvent être comparés aux anciens M5 et M6 alors que les filtres classés grossiers aujourd’hui équivalent à peu près à ceux anciennement classés G3 et G4. N’oublions pas que les nouvelles normes amènent aussi une nouvelle catégorisation plus précise en précisant le pourcentage de particules de la granulométrie concernée qui sont stoppées par le filtre.
Comparaison des classifications
Ancienne norme
Nouvelle norme
F7, F8, F9
ePM1 et ePM2,5
M5 et M6
ePM10
G3 et G4
Grossiers
L’importance du débit d’air
Les particules fines ne proviennent pas seulement de l’air extérieur, certaines sont produites directement à l’intérieur des bâtis. C’est pourquoi, la capacité des éléments filtrants à retenir une bonne quantité de particules ne suffit pas à garantir un air sain dans un bâtiment, une bonne circulation de l’air et un débit d’air suffisant sont nécessaires pour permettre le renouvellement de l’air intérieur en air propre. Les filtres choisis doivent donc être dimensionnés en fonction du type de bâtiment équipé et de sa surface.
Des contreparties
Il est important de noter qu’un élément plus filtrant est susceptible de consommer plus d’énergie, selon l’usage et les besoins, il est important d’inclure dans ses critères de choix d’un filtre sa consommation d’énergie, bien que cet aspect ne doive pas passer avant la performance pour la préservation de la santé. Le choix des matériaux peut avoir un impact sur la consommation d’énergie, certains matériaux sont donc à privilégier par rapport à d’autres à performances égales. Par exemple, des éléments filtrants confectionnés à partir de fibre de verre de haute qualité peuvent offrir une filtration contre les très petites particules tout en permettant une consommation d’énergie maitrisée.
Les avantages de la nouvelle norme ISO 16890
Tout le monde bénéficie des apports de cette nouvelle norme, d’abord les acheteurs et les utilisateurs de filtres à air car ils influent de manière positive sur la qualité de l’air et par là sur la santé humaine. Les industriels du secteur ont plus de faciliter à comparer les produits entre eux et certains espèrent que cela stimule l’innovation. Les produits les moins performants pourront progressivement être identifiés et éventuellement retirés du marché. En uniformisant la catégorisation des filtres à air, la valeur d’un produit est plus évidente et donc plus facile à expliquer en fonction des besoins des clients et évite les confusions passées dues aux tentatives de comparaisons entre les différentes méthodes de tests.
En conclusion
Avec la nouvelle norme ISO 16890 de nouveaux protocoles de tests plus exigeants ont été mis en place pour atteindre de meilleures performances afin d’améliorer la qualité de l’air intérieur. Ces nouveaux modes opératoires ont été préconisés par l’OMS afin qu’ils soient en meilleure adéquation avec la réalité actuelle ((Lignes directrices OMS relatives à la qualité de l’air – Organisation mondiale de la Santé 2021 – https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/346555/9789240035423-fre.pdf)). Le nouveau système de classification permet de mieux distinguer la qualité d’un filtre entre les quatre catégories existantes : ePM1, ePM2,5, ePM10 et grossier. Cette réforme du système de catégorisation des filtres à air de ventilation générale est mondiale et doit s’appliquer partout depuis 2018. Elle apporte une réponse à la situation présente et au taux de pollution général sur la planète, il est possible que de nouvelles adaptations doivent être faites d’ici quelques années si les quantités de particules fines et ultrafines continuent d’augmenter à travers le globe.
L’ambitieuse Stratégie Rénovation dont s’est dotée la Wallonie, combinée aux exigences Q-ZEN, vont inévitablement nous diriger vers une multiplication des bâtiments à haute performance énergétique (HPE).
Or, actuellement, les retours d’expériences (constats faits par le facilitateur URE tertiaire en Wallonie et à Bruxelles) nous indiquent que ces bâtiments :
Sont encore difficiles à concevoir : les architectes et ingénieurs portent beaucoup d’attention sur les parois, moins sur les installations techniques
Présentent souvent des inconforts en été, mais aussi parfois en hiver
Ces inconforts semblent souvent liés à un manque de transmission d’informations entre les concepteurs, les entrepreneurs et les occupants, ces derniers n’ayant donc pas en main les outils pour gérer des bâtiments dont les paramètres de gestion ne sont que rarement ajustés/optimisés après livraison du bâtiment.
On risque donc clairement que ces premiers exemples de bâtiments HPE existants contaminent les esprits des concepteurs et pire, des propriétaires, promoteurs, occupants et donc discréditent le bâtiment HPE et la politique énergétique actuelle et future. Il est donc essentiel de rassurer le secteur sur le (bon) fonctionnement des bâtiments HPE. Pour cela, il faut tirer les enseignements des bâtiments HPE existants. Une analyse simplifiée de bâtiments HPE a été réalisée par le facilitateur et mérite d’être approfondie notamment en tenant davantage compte de l’avis des occupants.
La « post occupancy evaluation » (POE) est le processus permettant d’obtenir des retours des occupants relativement à la performance d’un bâtiment en cours d’utilisation. Le but de cette méthode est d’assurer que le nouveau bâtiment fonctionne comme le propriétaire l’a initialement prévu et que le gestionnaire ainsi que personnel sont en mesure d’exploiter le bâtiment et d’en assurer l’entretien. À l’échelle d’un projet, elle permet d’affiner les paramètres de gestion et d’identifier les failles de conception. Utilisée à plus large échelle, elle permet de tirer des enseignements généraux sur :
L’adéquation de technologies avec des profils d’occupants ;
La pertinence de modes de gestion des techniques ;
L’efficience de modes de transfert d’information des concepteurs vers les utilisateurs.
Découvrez les différents aspects de la POE, la méthode, ses avantages et inconvénients, ainsi que quelques cas concrets réalisés sur le terrain :
Cet article est, pour une large part, basé sur un document réalisé par la NAV (Netwerk ArchitectenVlaanderen), l’organisation flamande des architectes, dans le cadre du projet d’amélioration de la qualité de l’air intérieur, en particulier dans les bâtiments scolaires initié par le département flamand de l’environnement en collaboration avec le VITO (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek),l’institut flamand de recherche technologique. Cet ouvrage n’existe qu’en néerlandais et peut intégralement être téléchargé via ce lien.
Afin de concevoir un système de ventilation performant, il convient d’éviter ou de limiter drastiquement la présence d’agents tels que le CO2 et l’humidité émis par les personnes présentes, les polluants qui viennent de l’extérieur, les virus et les bactéries. Nous allons voir quelles sont les étapes et les aspects selon lesquels le type de ventilation est choisi.
1. Approche générale
Les professionnels du secteur de la construction doivent tout d’abord faire un état de la situation actuelle et/ou future du bâtiment à construire.
L’utilisateur
Le client doit être rencontré afin :
de l’informer de l’intérêt d’une ventilation efficace en faisant bien la distinction entre ventilation et système de refroidissement de l’air (climatisation, ventilateur, etc.) ;
de lui demander son niveau d’exigence en terme non seulement de confort, mais aussi de facilité de prise en main, d’utilisation et de maintenance du (des) système(s) de ventilation proposé(s) ;
de s’accorder sur un budget basé sur le coût de l’appareil, son installation, son entretien, ses réparations, maintenances et sa consommation en énergie ;
de déterminer le type d’activités prévues selon les pièces et leur taille ainsi que le type d’utilisateurs .
La situation existante
Pour évaluer le système de ventilation adéquat pour évacuer et remplacer l’air « vicié », il faudra calculer le débit d’évacuation de l’air impropre, de renouvellement et d’amélioration de la qualité d’air sain par personne. Pour ce faire, le responsable du bâtiment (responsable énergie ou technicien) devra prendre en compte l’environnement extérieur, l’environnement intérieur ainsi que la ventilation existante.
L’environnement extérieur
Il fera un état des lieux des sources et densité d’agents extérieurs polluants tels que :
Les gaz d’échappement liés à un trafic lourd et fréquent de véhicules à proximité,
l’activité agricole ou industrielle à proximité,
la pollution sonore et olfactive.
Certains types de ventilation tels que des grilles d’aération ne constituent pas une solution au renouvellement de l’air sain si la densité de ces agents extérieurs est trop élevée. Par exemple, l’aération des chambres d’un internat qui surplombe une autoroute, fait face à une forêt ou un littoral sera adapté à l’environnement extérieur.
L’environnement intérieur
Selon la densité moyenne d’occupants et le type d’activités, le responsable du bâtiment doit analyser les types d’agents émis en interne :
Des polluants émis par les futurs matériaux de construction,
des polluants émis par les matières utilisées pour la décoration et le parachèvement,
des bactéries, virus ou émissions de CO2 émis par les occupants,
l’humidité de source humaine, végétale ou liée aux installations existantes.
La ventilation existante
L’analyse de ces mêmes circonstances est incontournable en cas de rénovation du système de ventilation. Y seront ajoutées des questions concernant le bâtiment dans son ensemble, le système de ventilation et l’ampleur de la rénovation.
Le bâtiment
Quel est l’état de son enveloppe actuelle ? (fissures et fentes impliquant tantôt une perte d’énergie tantôt de la condensation, de l’humidité et de la moisissure) ;
Quels sont les matériaux de construction déjà présents ?
Le système de ventilation existant
La rénovation ou l’extension du système de ventilation déjà en place fera l’objet d’une analyse globale.
Quel est l’état de dégradation et d’usure de ses composants ? (grilles oxydées, tuyaux sales…) ?
La ventilation actuelle provoque-t-elle une nuisance sonore ? Si oui, est-elle quantifiable ?
L’ampleur de la rénovation
Le responsable du bâtiment devra faire une série d’inspections de la ventilation existante afin d’y apporter des améliorations plus ou moins radicales selon l’ampleur de la rénovation prévue par l’institution concernée.
Cela passera inévitablement par un calcul des débits et flux déjà présents. Selon les superficies et les volumes, quelle quantité d’air se renouvelle chaque heure ? Quelle est la complexité du bâtiment existant ?
Pour connaître tous ces détails, il est primordial d’avoir fait le point sur les questions liées aux utilisateurs du bâtiment déjà existant. On en revient alors aux mêmes questions que celles abordées précédemment sur les futurs utilisateurs. La question est d’autant plus simple que l’usager et ses habitudes sont déjà connus. D’autres aspects tels que la possible utilisation du bâtiment pendant les travaux doivent être mis sur la table.
Enfin, une modernisation importante de la ventilation peut s’avérer coûteuse en cas de bâtiments complexes. Cela peut impliquer une décentralisation des systèmes de ventilation pour augmenter le rythme et l’efficacité du renouvellement de l’air, en diminuer le volume sonore ou disperser des odeurs indésirables. Dans ce cas, il faut repasser par la case budget afin d’être le plus en accord possible avec l’institution concernée.
Les matériaux de construction
Que ce soit pour une rénovation ou une nouvelle construction, les matériaux doivent faire l’objet d’une analyse minutieuse avant de choisir un système de ventilation adéquat.
L’amiante
Des isolants en amiante non friable sont parfois encore présentes, notamment, pour protéger canalisations et tuyauteries. Elles dégagent ses fibres dans l’air et contaminent y compris les locaux qui n’étaient pas directement parachevés ou isolés à l’amiante.
Le retrait de l’amiante doit se faire dans de strictes conditions de sécurité pour les ouvriers, décrites par l’AGW du 17 juillet 2003 .
Les nouveaux matériaux de construction
Bien que les matériaux d’aujourd’hui soient le fruit de progrès en termes d’écologie, d’isolation et de durabilité, il subsiste encore de nombreux revêtements volatiles dont les évaporations sont tantôt minimales, tantôt significatives. Ces émissions peuvent persister jusqu’à plusieurs mois voire plusieurs années après les travaux. C’est pourquoi un choix de matériaux à faibles émissions ou un délai préalable à l’emménagement dans ces locaux sont à prévoir.
Citons deux exemples :
L’augmentation temporaire de concentration de polluants issus de certaines peintures va retomber à un seuil sain peu de temps après son application à condition de bien ventiler les pièces concernées.
Certaines résines utilisées contre l’humidité émettent des hydrocarbures qui polluent encore plusieurs années après leur installation.
Voici 2 liens utiles à consulter si vous souhaitez approfondir votre connaissance sur le sujet :
Un système de renouvellement de l’air efficace doit garantir un air sain et confortable dans chaque classe, quelles que soient son utilisation, sa dimension et son occupation. Le gestionnaire du projet va calculer quels sont les débits prescrits en fonction des superficies, volumes et le type d’occupation prévu.
Il va croiser ses calculs afin de concevoir une construction à la fois étanche ET ventilée ! C’est pourquoi, pour des raisons sanitaires évidentes, il est important de passer par des experts en la matière pour contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air dans les classes.
Vous trouverez les infos générales sur le dimensionnement des systèmes de ventilation sur la page suivante.
Examinons ici la situation spécifique des salles de classe.
Voici un tableau récapitulatif provenant du décret flamand sur l’énergie qui prescrit les débits d’air par heure et par personne selon le volume de chaque type de pièce. Les exigences sont identiques à celles d’application en Wallonie.
Ces exigences doivent être combinées avec les prescriptions :
Du Code du Bien-être au travail, dont l’article 3 stipule que « L’employeur prend les mesures techniques et/ou organisationnelles nécessaires pour veiller à ce que la concentration de CO2 dans les locaux de travail soit généralement inférieure à 900 ppm ou qu’un débit minimal de ventilation de 40 m3/h par personne présente soit respecté ».
Une grille de lecture reprenant les étapes d’inspection de l’état actuel de la ventilation et des mesures à prendre en cas de besoins. Cette grille de lecture divise le processus en trois temps :
La détermination du type de bâtiment – ancien ou neuf,
une analyse des risques
et enfin, la détermination de l’humidité de l’air idéale.
Ancien ou nouveau bâtiment
Construire un nouveau bâtiment permettra de ne pas passer par une étude de l’analyse des risques existants. Une fois les volumes, surfaces et occupations connus, on conçoit les systèmes de ventilation en parallèle.
Pour les rénovations ou les extensions, l’analyse se subdivise par zone :
Zones humides ;
espaces de circulation ;
zones spéciales ;
locales pour déchets ménagers ;
salles techniques ;
cuisine ;
salles de classe avec fonction spéciale.
Pour chacun de ces locaux, des valeurs sont prescrites et l’audit pourra justifier deux types de mesures à mettre en place par le pouvoir organisateur :
Des actions techniques (rénovation, entretien, maintenance, réparation, etc.).
Des actions organisationnelles permanentes ou l’occupation limitée d’un lieu dans le temps.
Une analyse des risques
Une première analyse de risques doit se faire sur base des sources citées plus haut : occupation, situation existante, environnement intérieur et extérieur afin de bien définir quel(s) type(s) de ventilation est de mise selon :
L’occupation de personnes,
les matériaux existants,
la ventilation et traitement de l’air actuels,
l’entretien des ventilations,
le système de chauffage.
La détermination de l’humidité de l’air idéale
La stabilité d’un air ni trop humide ni trop sec dépend de l’occupation de chaque local.
On distingue :
L’occupation humaine : où les personnes passent le plus de temps,
l’occupation non humaine : où les personnes n’effectuent qu’un court passage,
les zones spéciales : cages d’ascenseurs, locaux techniques ou laboratoires.
Selon le Code du bien-être au travail, les valeurs usuellement retenues entre 40 et 60 % d’humidité peuvent être revues entre 35 et 70 % si le pouvoir organisateur sait justifier qu’aucun agent chimique ou biologique ne viendra atteindre la santé de ses occupants.
Par exemple, pour les locaux sanitaires, la ventilation doit prévoir un renouvellement de l’air de 25 m³/h par personne pour des urinoirs, 50 m³/h par personne pour des WC ou encore 75 m³/h par personne pour des douches.
Ces plages sont suffisamment larges pour ne pas justifier l’installation de déshumidification dans les salles de classe. A priori, il n’est pas nécessaire non plus de prévoir d’humidification. Cependant, si le groupe de ventilation n’est pas conçu pour ajuster son débit en cas, par exemple, de sous occupation des locaux, le risque d’un assèchement inconfortable est réel. Il pourrait alors être prudent de disposer, dans l’école, de quelques humidificateurs mobiles pour corriger des problèmes ponctuels.
Des mesures face aux contaminants
Suite à l’analyse des risques, des mesures doivent être prises par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur dans le cas d’une école afin de démontrer que les locaux garantissent une faible émission. Pour éradiquer ou diminuer drastiquement les contaminants (virus, CO2 et bactéries) ces mesures sont prises en concertation avec le personnel compétent en matière de sécurité .
Prévoir un plan d’action
Si l’analyse des risques le justifie, un plan d’action doit être mis en place par les instances dirigeantes ou le pouvoir organisateur afin de contribuer à l’amélioration de la qualité de l’air des différentes pièces et plus généralement du bâtiment public dans son ensemble en termes de :
Les ventilations A et B sont naturelles, mais le contrôle limité sur leur fonctionnement engendre des pertes énergétiques.
La ventilation C se base sur un renouvellement naturel de l’air combiné à une ventilation mécanique. Il est généralement conseillé pour les bâtiments scolaires.
La ventilation D réutilise la chaleur de l’air pollué avant de le rejeter vers l’extérieur. C’est un système qui correspond aux maisons dites « passives ».
Selon nous, l’expérience montre à suffisance que seuls les systèmes de ventilation mécanique avec récupération de chaleur sont en mesure d’assurer une qualité d’air adéquate sans générer d’inconfort thermique majeur. Ils sont donc à privilégier.
3. La ventilation : son installation et son exécution
Une fois le type de ventilation défini en fonction de tous les facteurs cités plus haut, viennent les phases d’installation et d’exécution.
Les entrées et sorties d’air peuvent se faire par différents moyens :
Grilles d’aspiration et d’extraction de l’air vers l’extérieur,
ouvertures qui permettent le passage de l’air entre une pièce sèche et une pièce humide,
conduits en gaines galvanisées à placer dans des puits, plafonds suspendus ou apparents dans des locaux occupés ou pas. Le dimensionnement des ouvertures naturelles ou mécaniques doit être conçu afin de ne pas gêner les occupants des locaux concernés.
Aussi, un plan en 3D permettra d’estimer les conséquences du poids de l’appareillage sur la résistance structurelle du bâtiment et autres installations :
Plafonds, planchers et poutres,
canalisations,
murs extérieurs et porteurs,
installations électriques.
Le but est d’éviter l’influence des systèmes de chauffage et refroidissement sur la ventilation. Afin d’optimiser l’équilibre entre, d’une part, les extractions ou les entrées d’air et, d’autre part, les changements thermiques qui en résultent, toute l’installation doit être pensée pour compenser ou compléter le système thermique choisi.
4. Le suivi et la maintenance
Tel que nous venons de le voir, l’installation d’un système de ventilation visant à améliorer l’air dans les différentes pièces ne peut se faire qu’en passant par une série d’étapes qui impliquent des aspects aussi bien quantitatifs que qualitatifs. C’est pourquoi tous les acteurs de ce processus se doivent de connaître tous les détails de l’installation une fois terminée.
Installé dans les faux plafonds, occultés derrière des parois ou accessibles via des locaux techniques, le système de ventilation n’est pas toujours accessible à des personnes non compétentes. Parfois, le but est d’éviter aux utilisateurs de modifier l’équilibre savamment calculé par les professionnels du secteur. Ils risqueraient de provoquer des effets indésirables sur le confort, le bien-être et la santé des occupants.
Le concepteur doit donc donner à son client les éléments nécessaires afin qu’il comprenne, surveille, nettoie et entretienne convenablement son installation . Parmi eux, citons entre autres les plans d’exécution, les fiches techniques des matériaux, les rapports d’inspection, de démarrage et les schémas électriques de la ventilation. Une fiche reprenant les coordonnées des entreprises et des responsables doit également être fournie à l’utilisateur final.
Si vous souhaitez aller plus loin dans la gestion de la ventilation afin de prévenir la dispersion d’agents pathogènes , n’hésitez à consulter l’article réalisé en juillet 2020 durant la pandémie du COVID-19.
La démarche des bâtiments zéro carbone n’est ni un label, ni une définition formelle d’objectifs à atteindre mais une démarche globale pour se rapprocher au maximum de la neutralité carbone.
La neutralité carbone : un indiscutable impératif écologique
D’ici 2050, de nombreux défis devront être relevés : d’une part, l’amélioration de la performance énergétique des bâtiments devra s’accompagner d’une amélioration de la performance environnementale, et d’autre part, le secteur de la construction devra se transformer afin d’augmenter le nombre et l’ampleur des rénovations, comme le prévoit le Green Deal européen.
Dans sa stratégie à long terme pour 2050, la Commission européenne reconnaît la nécessité d’une décarbonation quasi complète du secteur du bâtiment pour atteindre ses objectifs climatiques.
Les bâtiments dans le monde représentent jusqu’à 45 % de la consommation totale d’énergie et des émissions de carbone, ce qui indique que les bâtiments sont le principal facteur de changement climatique anthropique. Les bâtiments ont donc été identifiés comme offrant les meilleures possibilités de réduction des émissions de carbone. La construction sans carbone a été considérée comme une approche importante pour réduire les émissions de carbone associées aux bâtiments et a attiré une attention politique importante dans de nombreux pays((PAN W. (2014). System boundaries of zero carbon buildings.)).
Dans le même temps, les citoyens ont beaucoup à gagner de la décarbonation des bâtiments, notamment en termes de santé, d’emploi, de réduction de la facture énergétique des ménages et d’économies sur les coûts du système.
La nécessité d’accélérer des politiques énergétiques actuelles face à l’urgence
Un nouveau rapport publié par l’European Climate Foundation (ECF), préparé par CE Delft, montre que malgré la nécessité, les avantages et l’urgence de décarboner les bâtiments européens, le secteur n’est pas actuellement sur une trajectoire vers le zéro carbone d’ici 2050. Les politiques actuelles axées sur les incitations et l’information ne sont pas suffisantes pour atteindre cet objectif. Selon ce rapport, les politiques actuelles ne seraient capable de réduire les émissions des bâtiments que de 30% d’ici 2050((Kruit, J.Vendrik, P. van Berkel, F. van der Poll & F. Rooijers (2020) Zero carbon buildings 2050 – Background report Delft, CE Delft, june 2020)).
Kruit, J.Vendrik, P. van Berkel, F. van der Poll & F. Rooijers (2020) Zero carbon buildings 2050 – Background report Delft, CE Delft, june 2020.
La neutralité carbone
Nous considérons que la neutralité carbone consiste à atteindre un équilibre entre les émissions de CO₂ d’origine humaine et leur élimination de l’atmosphère. Cependant, dans la pratique, les possibilités d’éliminer le CO₂ de l’atmosphère étant limitées, la neutralité carbone ne sera atteinte qu’en limitant très fortement les émissions, en agissant en faveur d’une multiplication des possibilités d’élimination du CO2 et en compensant les émissions d’un secteur en les réduisant ailleurs, en investissant par exemple dans les énergies renouvelables, l’efficacité énergétique, etc…
En ce qui concerne les bâtiments, une partie des émissions de CO₂ est liée à la consommation d’énergie opérationnelle, c’est-à-dire l’énergie consommée pendant l’utilisation des bâtiments, et une autre partie est due à la fabrication, au transport et à l’application des matériaux. Actuellement, les exigences réglementaires n’incluent pas l’empreinte carbone des matériaux.
Nos Régions ont donc développé l’outil TOTEM (Tool to Optimise the Total Environmental Impact of Materials), qui vise à évaluer les impacts environnementaux de leurs projets de construction à l’aide de 17 indicateurs, dont le CO₂. (voir Les Dossiers du CSTC 2018/2.2).
En effet, on sait que :
l’impact environnemental des bâtiments est bien plus important que la seule énergie qu’ils consomment
Plus la performance énergétique des bâtiments s’améliore, plus la part des émissions de CO₂ liée aux matériaux mis en œuvre augmente (voir schéma).
Deltour., N. Heijmans (2020). Du Nearly Zero Energy Building à la neutralité carbone.
Les deux voies principales pour approcher cette neutralité carbone sont donc :
l’ abandon quasi total des énergies fossiles (gaz, pétrole, charbon, …) car elles émettent massivement du CO₂ lors de leur combustion.
l’ évolution de notre régime en terme de matériaux
processus de fabrication/recyclage des matériaux
processus de construction/déconstruction des bâtiments ((Deltour., N. Heijmans (2020). Du Nearly Zero Energy Building à la neutralité carbone))
Comment approcher concrètement cette neutralité carbone ?
En se concentrant sur trois domaines où le potentiel de réduction des émissions est le plus important, à savoir la performance énergétique de l’enveloppe des bâtiments existants, les vecteurs énergétiques et les matériaux de construction, le rapport publié par l’ECF (préparé par CE Delft et Climact) recommande une toute première feuille de route à long terme des politiques visant à réaliser des réductions essentielles de carbone dans le secteur des bâtiments résidentiels. Celle-ci est, pour une large part, également valable pour les écoles.
Les mesures ont été regroupées en cinq « zones cibles d’émissions » :
L’enveloppe du bâtiment :
Améliorer l’enveloppe des bâtiments existants et nouveaux pour réduire la demande d’énergie pour le chauffage et la climatisation.
Réduire le niveau d’émissions intrinsèques associé aux matériaux de construction utilisés.
Changement de combustible de chauffage :
Décarbonation de la demande résiduelle de chauffage par le passage à des vecteurs énergétiques sans carbone (électricité renouvelable, chauffage urbain, gaz sans carbone, biomasse durable).
Ce changement englobe la décarbonation du vecteur énergétique (combustible) ainsi qu’un système de chauffage différent dans le bâtiment, et souvent aussi une infrastructure énergétique nouvelle ou adaptée.
Efficacité des appareils ménagers :
Remplacement des appareils électriques par des appareils plus efficaces.
Électricité renouvelable :
Décarbonation de l’électricité résiduelle en passant à une électricité 100 % renouvelable.
Matériaux de construction décarbonés :
Utilisation de matériaux recyclés et sans carbone dans la construction et la rénovation et passer à une industrie 100 % décarboné((Kruit, J.Vendrik, P. van Berkel, F. van der Poll & F. Rooijers (2020) Zero carbon buildings 2050 – Background report Delft, CE Delft, june 2020)).
Kruit, J.Vendrik, P. van Berkel, F. van der Poll & F. Rooijers (2020) Zero carbon buildings 2050 – Background report Delft, CE Delft, june 2020.
Nous avons pu également relier cette démarche à une norme déjà active au Canada depuis 2017.
Cependant, contrairement à cette norme, nous voyons la démarche des bâtiments zéro carbone comme quelque chose qui n’est :
ni un label
ni une définition formelle d’objectifs à atteindre
mais une démarche globale pour se rapprocher au maximum de la neutralité carbone.
Les cinq axes de réflexion principaux des bâtiments zéro carbone que nous leur empruntons seraient donc :
la réflexion sur le carbone intrinsèque : reconnaître l’importance des impacts des matériaux du bâtiment sur le cycle de vie
la diminution des émissions de gaz à effet de serre par l’ arrêt de brûler quoi que ce soit, à moins que la source soit locale, durable (biomasse gérée durablement/pompe à chaleur)
la compressions des besoins d’ énergie opérationnelle
chauffage par un travail sur l’enveloppe
électricité par un travail sur les talons de consommations et l’efficacité des appareillages/systèmes/luminaires
la couverture de ces besoins par l’ énergie renouvelable produite sur place au maximum sinon achetée au fournisseur
la réduction de la demande d’ énergie de pointe
Réflexion sur le carbone intrinsèque
L’analyse multicritère des impacts d’un matériau ou d’une solution est un exercice complexe.
Si on privilégie le réemploi et qu’on choisit des matériaux
fabriqués partir de matières premières renouvelables (et renouvelées !) et/ou ou à partir de matières recyclées ;
peu transformés (surtout thermiquement) ;
peu ou pas traité, n’utilisant pas de produits toxiques ;
résistants et réparables ;
issus de filières locales et d’entreprises qui respectent leurs travailleurs ;
Une vision dépassant le seul domaine de la construction : concevoir avec une vision globale pour de meilleurs résultats.
En 2014, un chercheur chinois a tenté de cadrer théoriquement le terme ‘bâtiment zéro-carbone (ZCB)’ afin de pallier les manques de connaissances des fondements théoriques et des limites qu’il identifie dans ses recherches. En effet, pour lui, les ZCB sont des “systèmes sociotechniques complexes qui ne peuvent être examinés efficacement sans définir explicitement leurs limites […] car toutes les stratégies de réduction du carbone impliquent des facteurs politiques, économiques, techniques, sociaux et comportementaux qui relient de multiples parties prenantes telles que les praticiens, les occupants et les chercheurs”. Dès lors, concevoir un ZCB peut parfois s’avérer plus complexe que prévu. ((PAN W – 2014 – System boundaries of zero carbon buildings))
Aujourd’hui, une planification urbaine de plus en plus intelligente maximise les possibilités de conception à faible émission de carbone dans les bâtiments et les infrastructures environnantes.
Lorsque les bâtiments sont considérés, par exemple, comme une source d’énergie pour les véhicules électriques, il est clair que les frontières interdisciplinaires sont franchies. La conception des bâtiments peut donc faire partie d’un ensemble plus vaste qui englobe également les transports et la planification urbaine.
Il est bon de rappeler que la conception de bâtiments à faible émission de carbone tient également compte des scénarios d’utilisation future et de fin de vie, en maximisant le potentiel d’entretien, de réparation, de rénovation et d’adaptation. Une conception intelligente pour le désassemblage et la déconstruction choisit et utilise des matériaux qui peuvent être recyclés, ou qui peuvent être extraits et séparés facilement pour être traités.
Parallèlement, les mesures de performance de dernière génération relèvent le niveau des normes de conception dans les nouvelles constructions, dans le but d’éliminer les émissions de carbone associées aux coûts d’exploitation. Dans ce contexte, l’accent est mis sur le suivi et la mesure des résultats avec une fiabilité et une rigueur accrues, et sur l’utilisation de solutions de conception intégrées pour atteindre des émissions nettes nulles aujourd’hui tout en préparant l’avenir.
On peut distinguer 4 formes d’énergies consommées au sein de l’école :
La consommation énergétique de chauffage : en général par combustion d’une énergie fossile (mazout ou gaz naturel) ou renouvelable (bois, pellet).
La consommation électrique, nécessaire pour l’éclairage, la ventilation des locaux, le fonctionnement des systèmes techniques, les équipements de bureaux (ordinateur, photocopieuse…) etc.
La consommation d’énergie grise, cachée derrière tous les produits consommés dans l’école ou mis en œuvre lors d’une construction ou d’une rénovation des bâtiments.
La consommation liée à la mobilité nécessaire à tous les protagoniste d’une école (élèves avec parents ou non, équipes pédagogiques, équipes techniques et logistique)
Les émissions dues au transport quotidien des occupants d’un bâtiment scolaire sont rarement mesurées et étudiées par les life cycle assessment (LCA), de sorte que la part des émissions liées à la mobilité par rapport aux émissions incorporées et opérationnelles n’est pas bien connue.
Une étude a été menée sur le parc éducatif américain, où il a été constaté que sur les émissions totales de carbone :
le carbone incorporé représentait 6 %.
la phase opérationnelle du bâtiment représentait 70 %
la mobilité représentait 24 % ((FENNER A. E., KIBERT C. J., LI J., RAZKENARI M. A., HAKIM H., LU X., KOUHIROSTAMI M. & SAM M., 2019))
L’isolation des bâtiments, la performance des systèmes de chauffage et des équipements électriques, l’installation d’un système de ventilation, la production d’énergie renouvelable, le choix des matériaux de construction… De nombreuses questions liées à la rénovation ont des répercussions sur la consommation d’énergie de l’école. Il existe donc de nombreux moyens de réduire la consommation d’énergie.
Source : https://www.renovermonecole.be/fr
Pourquoi ?
Pour réduire les impacts de la consommation d’énergie fossile
Pour réduire la dépendance économique de l’école
1) Réduire les impacts de la consommation d’énergie fossile
La part de la consommation énergétique wallonne dont les écoles sont responsables
La consommation d’énergie dans les écoles wallonnes en quelques chiffres :
Selon les données du bilan énergétique wallon, la consommation énergétique du secteur de l’enseignement représente 14% de la consommation du secteur tertiaire, qui représente elle-même 11% de la consommation énergétique globale wallonne. Elle est donc estimée à 1,5% de la consommation énergétique totale de la Wallonie.
Cette consommation varie également d’un réseau d’enseignement à l’autre.
Les grandes variations que l’on peut observer dans le graphique ci-dessus ont plusieurs explications :
Les caractéristiques des bâtiments reliés à chaque réseau.
La manière dont les bâtiments et leur consommation d’énergie sont gérés : contrôle des systèmes de chauffage, impact des coûts énergétiques sur les utilisateurs, contact entre les gestionnaires et les occupants, responsabilisation des occupants, etc.
La situation Bruxelloise telle que décrite par le cadastre réalisée dans le cadre du programme PLAGE 2009-2013 montre que les consommations spécifiques moyennes de combustibles dans l’enseignement dépasse largement les consommations spécifiques moyennes en électricité dans ce secteur, dans l’état du parc au moment de la réalisation de ce cadastre.
La consommation d’énergie dans les écoles représente un budget important et ce budget est en constante augmentation. Réduire ces dépenses est nécessaire pour l’équilibre financier des écoles et permet de développer des projets plus passionnants que la combustion des énergies fossiles.
Il existe mille projets plus intéressants à financer que la consommation d’énergie, dont l’impact sur le climat et la paix mondiale n’est pas vraiment brillant.
Le coût de l’énergie pour l’école dépend de nombreux facteurs tels que les bâtiments, leurs caractéristiques techniques, le nombre d’élèves, les enseignants et leurs habitudes, le type de chauffage, …
Chaque école devrait connaître le coût de sa consommation d’énergie. Pour en savoir plus sur l’évolution des prix de l’énergie : cliquez ici.
Les actions qui améliorent le confort dans l’école ont un impact sur le bien-être, la santé et les performances des élèves et des enseignants.
La ventilation, la lumière naturelle, le confort thermique et acoustique contribuent à réduire l’absentéisme et à augmenter les chances de réussite des élèves. Et cela permet aussi de faire des économies. Si elles ne profitent pas directement à l’école, elles n’en sont pas moins intéressantes au niveau collectif.
Le coût de la scolarité d’un élève à charge de la Fédération Wallonie Bruxelles varie selon le niveau d’enseignement, avec une moyenne de 5097 € par élève et par an en 2011.
La Fédération Wallonie Bruxelles estime qu’en 2010-2011, l’échec scolaire a généré un coût supplémentaire d’environ 421,9 millions d’euros dans l’enseignement obligatoire ordinaire.
PME spécialisée dans l’isolation des toitures et la pose de panneaux PV.
Bâtiment tout juste terminé et occupé.
partie administrative sur deux étages (rez+1) et d’un hall de fabrication :
La partie administrative s’approche du standard
Chauffage sur l’air avec by-pass d’été et chauffage électrique complémentaire
Le hall de production n’est pas particulièrement performant.
Le hall n’est pas chauffé. Seul l’air extrait à partir de la VMC est « balancé » dans l’atelier.
Conclusions de la visite
Surchauffe possible sans screen.
Résultat du Monitoring:
Les températures Nord et Sud du paysager sont assez proches. Cependant, cela reste relativement chaud ;
Le déphasage des températures internes par rapport aux températures externes est important (inertie ?)
Key points:
En hiver ils ont relativement chauds et les occupants sont habillés légèrement
Baisser la consigne
S’habiller plus chaudement pour l’hiver
réduction des consommations
Acoustique moyenne
Chauffage sur l’air semble parfois humide
Trop nouveau bâtiment? à surveiller
Grosses difficultés à la relance ! [CFR courbe]
By-pass d’été insuffisant si >3 jours « chauds », il commence à faire trop chaud. Malgré tout, les plaintes sont limitées (fierté du nouveau bâtiment? Pression hiérarchie? Fenêtres proches rendent acceptable?)
By-pass fonctionnel? Cfr températures au nord ! Inversé?
Screen placé? Probable que oui vu proximité SUD et absence de pics
« Bon lissage des températures » rapporté
Déphasage semble quand même efficace? Quid du monitoring? Consolider !
Hall de fabrication: uniquement appoint gaz manuel, mais satisfaisant !
Conso?!
La gestion du chauffage est manuelle partoutdonc il se lance toujours trop tard
satisfaits néanmoins !
Dans le hall les possibilités d’aérer, rafraichir sont limitées à la porte et l’exutoire de fumée.
Prévoir autre chose qu’une porte pour l’admission d’air?
La VMC tourne dans la salle de réunion vide, en continu
Bruit!
Conso inutile?
La VMC tourne malgré les fenêtres ouvertes
probablement le cas une large partie du temps en été vu les T° !
Conso ?
Rendre débrayable? Auto/manuel
Plus important d’avoir un bâtiment qui fonctionne puis qui consomme peu plutôt qu’un bâtiment technologiquement à jour ou esthétiquement intéressant.
Les occupants trouvent qu’il fait généralement trop froid en hiver et qu’ils manquent de contrôle sur la température.
Selon certains utilisateurs, le taux de renouvellement de l’air est insuffisant. Aux yeux de ces occupants : ceci est rendu difficilement supportable par l’utilisation de produits de nettoyage industriel. Ils ont cependant la possibilité d’ouvrir les fenêtres.
Les occupants sont parfois incommodés par les odeurs provenant des toilettes !
ÉTÉ
Trop chaud en été
Bureau +1
HIVER
En hiver, il fait trop froid et aucune possibilité de contrôle. Ils ont dû ajouter un petit radiateur électrique et malgré cela ils sont parfois obligés de rentrer à la maison.
Ils entendent énormément les bruits dans tous les bureaux.
vue sur la route et sur un toit
Beaucoup d’odeurs dans le bâtiment (toilettes, cuisine..)
ÉTÉ
en été, trop chaud
Enquête sur la saison froide et la production de chaleur
Les utilisateurs du bâtiment rapportent qu’il fait froid à légèrement froid quand le chauffage fonctionne tandis qu’il fait froid à très froid en cas de dysfonctionnement. Des dysfonctionnements auraient « souvent » eu lieu durant l’hiver 2019-2020.
Le froid est décrit comme plus intense le matin ; selon certains le chauffage s’activerait trop tardivement. Ceci est d’autant plus flagrant le lundi après un weekend sans chauffage. Un commentaire suggère que le chauffage se coupe également trop tard.
Ils précisent que le chauffage est « souvent » inactif alors même qu’ils souhaiteraient bénéficier de chaleur.
Un utilisateur rapporte ne pas savoir quand le chauffage se déclenche ou non!
Je ne sais pas quand le chauffage se déclenche ou non! Comment je le sais?
En cas d’inconfort, un utilisateur dit avoir recours à un chauffage électrique d’appoint.
Pour le reste, si les occupants ne trouvent pas l’air produit par les émetteurs de chaleur spécialement agréable, il ne le trouve pas mauvais non plus. Ils critiquent cependant la répartition de cette chaleur dans le bâtiment. Certains jugent l’air vicié pendant la saison froide, mais précisent leur pensée en commentant que ceci doit probablement être dû à un mauvais renouvellement de l’air durant la saison froide.
Enquête sur la saison chaude et la surchauffe
Les utilisateurs relèvent avoir ni chaud, ni froid en été pour la plupart, les quelques autres ayant chaud ou légèrement chaud.
Ils relèvent toutefois ne pas savoir si un système de froid actif est présent dans le bâtiment. Le seul élément à leur disposition à leur connaissance est la possibilité d’ouvrir les fenêtres. Cette possibilité se heurte toutefois à des soucis d’acoustiques (présence de voirie à fort trafic sous les fenêtres).
Enquête sur la ventilation mécanique
Certains manipulent le système de ventilation mécanique tandis que d’autres ne savent pas comment il fonctionne.
Jema est une société de fabrication d’alimentation électrique DC moyenne et haute tension. Ce bâtiment accueille essentiellement des bureaux sur deux étages (bureaux individuels, paysagers, salles de réunion,…) et un atelier classique de montage des alimentations (magasin, salle d’essai, labo test, …). La surface au sol du volume protégé est de l’ordre de 2000 m².
Le bâtiment date de 2019 et est moyennement vitré, orienté nord/sud, sans protection solaire, car les principales baies vitrées sont orientées au nord. La partie administrative est isolée thermiquement.
Constations et rapport de la visite
À première vue, le niveau d’isolation respecte la PEB (pas plus). L’atelier ne semble pas isolé. Des lanterneaux sont présents et probablement générateurs d’inconfort lumineux et de surchauffe en été.
Les apports internes peuvent être très importants (test des alimentations sur batteries résistives, four pour cuire les isolants, cabine de peinture avec compression à pistons, …).
Vu les hauteurs dans l’atelier, la stratification de la chaleur dans l’air est probable (chauffage par convection, lanterneaux et déstratificateurs présents)
Ventilation des bureaux par un groupe double flux avec récupérateur de chaleur à plaque, by-pass d’été probablement présent ;
Chauffage de l’atelier par aérotherme gaz (pas à condensation) ;
Éclairage LED.
Confort des bureaux et de l’atelier
A priori, peu de plainte ! À voir avec l’enquête de terrain. Juste dans le bureau paysager du 1erétage nord-ouest ;
Stratification probablement présente impliquant des surconsommations des aérothermes dans l’atelier ;
Monitoring
Des sondes de température ont été placées pour une durée d’un mois dans différents locaux :
CTA pulsion avant batterie électrique ;
CTA pulsion après batterie électrique ;
CTA air neuf ;
Sous toiture (stratification) ;
Paysager 1erétage ouest ;
Bureau individuel nord.
Résultat monitoring (2 semaines fin mai 2020)
Le bureau du Directeur est au nord correct. Par contre, le paysager + 1 SO est en permanence en surchauffe ;
Sauf erreur, il n’y a pas de by-pass d’été ou, s’il est présent, il n’a pas l’air de fonctionner. Ce qui signifie que l’air pulsé est réchauffé par l’air extrait chaud. Pour autant que le débit d’air hygiénique du paysager SO soit important, il contribue fortement à réchauffer l’air pulsé. C’est, peut-être une des raisons de la surchauffe du paysager (en plus de l’absence de protection solaire externe.
On voit bien l’effet de stratification, mais aussi l’influence des essais de charge résistive de nuit ;
…
Enquête généraliste
Paysager du premier étage
Hiver
Été
Les utilisateurs ont commenté ces résultats suivants :
En hiver il fait généralement bon à trop chaud (différence marquée quand on sort à la fin de la journée), surtout en cas de fort ensoleillement ce qui provoque un sentiment de fatigue et manque de concentration.
En été cela s’empire: pas de possibilité d’évacuer la chaleur en été. (Système de ventilation avec échangeur NON DEBREYABLE.) Pas de fenêtre ouvrable. Aucun réglage vers le bas possible en été. La zone reste très chaude même après une nuit fraîche.
Seule solution de fortune pour rafraichir l’ambiance et été : « […] léger rafraîchissement par ouverture de la porte du local informatique climatisé comme solution de fortune »
En période de chauffe, il y a parfois un conflit entre les vannes thermostatiques et le thermostat centralisé. Génération de vannes variable sur le réseau : « Vanne thermostatique des radiateurs -> très XXème. Régulation de la température avec vanne électronique directement sur le départ près de la chaudière -> trop XXIème?? »
Le côté Nord est entièrement vitré est très lumineux et possibilité d’utiliser des stores manuels pour éviter l’éblouissement.
Éclairage artificiel ON/OFF bon, mais qui pourrait-être moins intense compte tenu de la luminosité plus faible des écrans.
La qualité de l’air en hiver n’est pas bonne, mais quand même plus acceptable qu’en été où là elle est médiocre à « Horrible, sensation que l’air n’est pas renouvelé. Pas de sensation de fraicheur le matin même s’il a fait frais la nuit. Sensation d’air vicié dès le matin. »
Le non-renouvellement de l’air est parfois clairement perceptible et aucun contrôle possible dans la pièce, en tous les cas : aucune idée des possibilités.
L’acoustique est celle d’un paysager -> le voisin râle, tout le monde est au courant. Ils souhaiteraient disposer de moyen pour s’extraire de ces nuisances sonores.
Dans les bureaux individuels au Nord
HIVER
ÉTÉ
Les occupants ont parfois froid en hiver, mais jugent par ailleurs que le radiateur fonctionne bien
Les occupants sont contents de la taille des fenêtres, mais jugent qu’il y a peu de lumière naturelle à cause de l’orientation ; stores présents, mais inutiles. Ceci semble toutefois compensé par un bon éclairageartificiel qui n’est tout de fois pas réglable.
Le double flux ne fonctionne pas de manière optimale, l’air est souvent lourd et parfois pas neutre en termes d’odeurs.
L’acoustique est jugée de « bonne » à Mauvaise. Pour certains il est difficile de rester concentré quand d’autres personnes sont occupées à téléphoner ou discutent entre eux. Certains ont cependant la possibilité de fermer leur porte.
Concernant les vues, certains occupants se plaignent d’être dos à la fenêtre.
En été les températures restent généralement agréables grâce à l’orientation, mais quand les températures extérieures dépassent les 25-30°C pendant plusieurs jours la surchauffe est également présente. Quand les températures montent trop, ils ouvrent les portes, pour créer un léger courant d’air.
Dans les bureaux Ouest
Enquête : Le cas du lanterneau
Cette zone regroupe beaucoup d’équipements électriques, souvent des installations en test de haute puissance ce qui fait bien augmenter la température et surtout pendant les périodes plus chaudes.
Les impressions de la visite sont partiellement confirmées : les températures sont très insatisfaisantes comme attendu, néanmoins la lumière très présente satisfait plutôt les occupants. Il n’y fait pas tellement froid en hiver, car il y a un chauffage à air pulsé (impact sur la consommation à étudier), mais par contre en été il fait très chaud. D’autres notent l’absence d’extraction des puissances dissipées par les machines et lors des tests.
Enquête sur la saison froide et la production de chaleur
Dans le paysager tout semble être ok tandis que dans les bureaux au nord certains bureaux peuvent vite devenir trop chauds. Ce qui induit une surconsommation inutile et un inconfort assez paradoxal en saison froide. Le paysage peut toutefois devenir très froid après plusieurs jours sans chauffage (congés, fermeture annuelle…)
La chaleur est majoritairement ressentie comme agréable. Dans les bureaux au nord cette chaleur peut parfois se faire lourde et non homogène. Dans le paysager, les occupants jugent quasi unanimement que la température est trop variable d’un endroit à l’autre. Probablement en raison de la taille de l’espace, souligne un occupant.
Concernant la programmation de la chauffe, peu de plaintes, certains allument et ferment leur vanne thermostatique en fonction de leur présence dans les petits bureaux. Dans le paysager par contre, certains employés qui arrivent tôt (avant 9h30) trouvent que le système se lance trop tard.
Enquête sur la saison chaude et le refroidissement
Malgré des réponses légèrement différentes, le bâtiment ne dispose pas à proprement parlé d’un système de refroidissement actif. Certains ont néanmoins pensé qu’il est simplement peu ou pas efficace quand il fait trop chaud.
Toujours est-il que la sensation de chaleur en été est aigüe et dépend fort des emplacements dans le bâtiment
±80% des occupants estiment n’avoir aucun moyen d’influencer la température à la baisse en cas de surchauffe. Les ±20% restant disent avoir partiellement des moyens d’agir, citant notamment : la possibilité de fermer les rideaux durant la pause midi, la possibilité de générer des faibles courants d’air internes ou encore d’ouvrir la porte-fenêtre de la cafeteria qui aurait un impact sur les bureaux nord.
Le refroidissement fictif ressentit ou le froid généré avec des systèmes D génère chez les occupants une sensation de mauvaise répartition et d’air de mauvaise qualité probablement liée à la chaleur et l’impossibilité d’ouvrir les fenêtres.
Enquête sur la qualité de l’air
Comme évoqué auparavant, le caractère frais ou vicié de l’air partage les occupants. L’air semble être moins frais dans le paysager. L’impossibilité d’ouvrir les fenêtres pour aérer participe à cette sensation. La distance à la fenêtre ouvrante la plus proche est bien trop importante :
Les mauvaises odeurs ne semblent toucher qu’un bureau nord. L’occupant évoque le double flux comme origine.
L’air est parfois un peu sec en hiver et un peu humide en été dans le paysager, mais rien de rédhibitoire pour les occupants.
Ventilation mécanique
Certains pensent qu’il n’y a pas de ventilation mécanique, qu’on ne sait pas la régler ou encore qu’ils ne savent pas s’en servir, alors qu’une personne dit savoir la régler.
Le fait d’ouvrir les fenêtres ou des portes vers l’extérieur alors que le système fonctionne est justifié par les occupants par une recherche de fraicheur. « À défaut d’un refroidissement suffisant, on ouvre la porte-fenêtre de la cafétéria. »
Au final, seuls 40% des répondants disent comprendre l’intérêt et le fonctionnement général du système. :
« Il devrait être possible de pulser de l’air direct non réchauffé en été. Une aération naturelle serait utile. »
« Dans le principe, oui; dans la pratique, non. »
« oui et non; je comprends l’intérêt du système, mais je suis incapable de le régler moi-même mes collègues s’en chargent »
« En hiver cela semble fonctionner correctement, mais insuffisant pendant les journées chaudes. »
Enquête sur les autres aspects de la vie dans le bâtiment
Les occupants répondants ont également donné une importance élevée à tous ces sujets (important à extrêmement important) mis à part le sujet de la rénovation.
Biion est une société qui réalise le monitoring et l’instrumentation des processus d’entreprise. La surface au sol du volume protégé est de l’ordre de 1600 m².
Le bâtiment est très récent, il date de 2019. Il est moyennement vitré et se présente sous la forme d’une géométrie composée de modules orthogonaux décalés et décrochés les uns des autres. Ceci signifie que le bâtiment n’est pas franchement orienté vers un côté ou l’autre. Cependant, les principales façades vitrées des bureaux sont plutôt orientées sud-est/sud-ouest et nord-est.
Les fenêtres sont sans protection solaire. La partie administrative est isolée thermiquement.
Problématiques potentielles
Un lanterneau est présent au niveau de la cage d’escalier du bloc administratif devant occasionner beaucoup d’inconfort lumineux et de surchauffe en été. Le jour de la visite, la lumière, à ce niveau,
était très aveuglante et la surchauffe perceptible.
Au niveau des techniques spéciales :
Climatisation VRV dans la partie administrative (4 unités externe (33.5kWfr/18.4 kWch par unité) et cassettes 3 tubes dans chaque bureau et salle de réunion ;
Ventilation des bureaux par un groupe double flux Swegon avec roue de récupération de chaleur, by-pass d’été ? ;
Chauffage de l’atelier : inconnu
Éclairage LED. Avec détection de présence/absence (à déterminer) ;
Retours informels des occupants sur place.
Pas beaucoup de retours dans un premier temps. L’atelier n’a pas pu été visité.
D’un point de vue de l’enquête A&C, il serait peut-être intéressant de connaitre le ressenti des occupants avec un système climatisation en chaud/froid.
Monitoring
Mesures effectuées
Des sondes de température ont été placées pour une d’environ deux semaines dans différents locaux :
Paysager 1erétage SO ;
Sous lanterneau de l’escalier ;
Salle de réunion NE ;
Sous toiture (stratification) ;
Paysager rez-de-chaussée SO ;
Extérieur sur la terrasse NE.
Résultats
Conclusions du monitoring
Le système de climatisation VRV tourne à plein régime, car les températures restent relativement constantes ;
Les températures sont fortement constantes : les occupants utilisent-ils les fenêtres ? ajustent-ils le thermostat à leur confort ?
Le paysager +1SO est plus chaud que le paysager RDC SO (delta de l’ordre de 3°C). Si la puissance de climatisation est identique, il se peut que ce soit l’influence de la toiture, car l’occupation pendant le confinement était très faible dans ces bureaux. Mais difficile d’en conclure vraiment quelque chose !
Sous le lanterneau, c’est carrément le four et un inconfort lumineux majeur.
Suivi proposé
Analyse générale sommaire de routine
Analyse du confort thermique dans les locaux équipés de climatisation (degré de liberté d’action par rapport à la plage de variation en + et -, ouverture de fenêtre).
Analyse du confort visuel sous le lanterneau + comparaison avec la mesure d’un luxmètre.
Analyse des consommations électriques. Laisser varier un peu plus les températures dans le paysager permettrait de consommer moins.
Analyser le taux d’occupation de la salle de réunion : faut-il la climatiser en continu ?
Tout d’abord, rappelons-nous que dans un tel système la puissance de chauffage va dépendre du débit de la ventilation et de la température de l’air : plus d’air plus chaud= plus de puissance de chaleur.
Mais attention, dans un bureau type le débit pulsé et nécessaire pour renouveler l’air n’est que de60m3/h d’air neuf.
Sachant que ledelta de T° est limité à 15° en général, car au-delà l’air chaud qui traine dans les conduites génère des odeurs et de l’inconfort…
Avec ce couple « type » et théorique de débit et de Température on peut fournir théoriquement jusqu’à 10-15W/m² (ce sont les ordres de grandeur qu’on retrouve par ailleurs en général dans d’autres ressources, pour ces mêmes raisons).
Ce type de puissances sera suffisant pour maintenir la température d’un bâtiment très performant, mais trop limite pour effectuer une relance après une pause, surtout dans un bâtiment avec une forte inertie.
Pour aider à la relance, il faudra par exemple envisager un recyclage d’air : aujourd’hui cette possibilité est très rarement mise en œuvre. La POE peut permettre, en voici l’exemple, de relever ce genre de nécessité.
Ensuite l’air est pulsé à 35°C dans tous les locaux d’une zone généralement large. L’équilibrage d’un tel réseau est complexe, car le renouvellement de l’air neuf en dépend également.
« Si je suis seul dans le paysager, j’ai besoin de plus de puissance de chauffage et en même temps de moins de renouvellement d’air, comment faire? »
Premièrement, si la méthode est standardisée, la même pour tous, l’évaluateur gagne du temps pour préparer sa POE.
Ensuite, il peut considérablement accélérer son flux de travail, car la structure de ses données est toujours la même, ses rapports ont la même structure…
Finalement, les besoins de formation pour les évaluateurs sont réduits, car le degré de liberté, d’initiative et d’indépendance de ces derniers est réduit.
Ce qui nous amène à la première conclusion : standardiser permet de disposer d’une méthode plus rapide, sans ambiguïtés et donc moins couteuse à mettre en Œuvre.
Le second atout d’une telle approche uniformisée est de pouvoir étudier les phénomènes à une échelle plus large dans le temps et dans l’espace. Un rapport de l’année passée pourra être superposé sur le nouveau et la comparaison sera rapide et évidente ! De la même manière, mes résultats pourront-être comparés à ceux d’autres bâtiments similaires en Wallonie, en Belgique, en Europe….
C’est par exemple ce que propose la méthode du CIBSE :
Dans cet extrait de rapport nous observons combien il est facile et intéressant de pouvoir comparer la position de son bâtiment [triangle vert] par rapport la moyenne des bâtiments nationaux [triangle noir].
Dans cette même logique, il sera intéressant de comparer son bâtiment avec des bâtiments comparables :
Avec des systèmes techniques comparables
Avec des ambitions et exigences de départ similaires (HPE, Breeam, Qzen…)
Avec des dimensions proches…
Etc. …
Inconvénients et limites de la standardisation
Alors, si c’est si bien la standardisation pourquoi ne pas l’adopter à 100% dès aujourd’hui ?
Il y a plusieurs raisons qui doivent nous pousser à faire un pas en arrière et conserver un regard critique sur cette approche.
1/ Tous les bâtiments sont différents, les enjeux seront fondamentalement différents en fonction du niveau d’isolation, de la présence de telle ou telle technique, de la disposition des espaces… Si la méthode, les choses mesurées et les enquêtes sont les mêmes pour tous, on imagine rapidement que des questions n’auront aucun sens : vous n’avez pas de ventilation mécanique et la méthode vous demande si elle fait du bruit… Ce type de questions inutiles rendra les questionnaires et les méthodes extrêmement lourds et longs à remplir.
2/ Dans des bâtiments identiques, en fonction des occupants, de leurs modes de vie et de leurs activités, de l’usure et du vécu des bâtiments, les enjeux et les problématiques pourraient être complètement différentes. Il n’y a donc pas, a priori, de raison d’aborder les mêmes sujets de la même façon.
3/ La méthode développée aura beau être la plus complète, elle ne pourra jamais embrasser la diversité de nos architectures, de nos solutions techniques et de nos activités qui s’y déroulent…
Finalement, les seuls éléments communs à tous nos bâtiments qui importent dans tous les cas de figure et toutes les utilisations du bâti sont ceux relatifs au ressenti des ambiances par les occupants. La satisfaction vis-à-vis de la lumière naturelle, de la température, de la qualité de l’air, des courants d’air, des odeurs, de l’acoustique…sont des notions qui vont au-delà des techniques et des architectures, elles en sont le résultat.
Ces notions peuvent-être regroupées sous l’acronyme IEQ (indoor environmental quality) ou qualité environnementale intérieure qui caractérise globalement les conditions et l’ambiance à l’intérieur du bâtiment.
Ainsi, la standardisation trouve ses limites dans toutes les questions et mesures de la méthode qui visent à comprendre comment les spécificités du bâtiment (son orientation, ses techniques, son occupation…) influent sur cette qualité de l’environnement intérieure.
Conclusions
Comme dans bien des cas, il n’y a pas une seule et unique approche qui puisse être érigée en modèle. De cette analyse il ressort que :
D’une part le cœur de la méthode, celle qui s’intéresse à l’IEQ, pourrait et gagnerait à être standardisée(enquête, méthode de mesure…)
Mais ensuite, une intervention sensible de l’évaluateur semble nécessaire pour s’imprégner des spécificités du cas, via la visite, le brainstorming et son expertise afin de proposer une méthode sur mesure. Méthode qui permettra de faire le lien entre le bâtiment, son architecture, ses techniques, sa consommation et la satisfaction ou non de ses occupants : tant sur l’IEQ que sur d’autres aspects spécifiques, au cas par cas : l’esthétique, l’environnement du bâtiment, l’accessibilité, les efforts faits pour limiter l’impact environnemental, la gestion des déchets, l’ambiance entre les personnes….
D’un point de vue des apprentissages pour le client, mais aussi pour le secteur en général cette façon de faire nous parait être la plus complète.
L’enquête est à ce jour la méthode la plus utilisée pour recueillir un feedback rapide, subjectif et à moindre coût sur la satisfaction des occupants et la qualité des ambiances intérieures.
Il n’existe à ce jour pas de document type à l’échelle régionale ou fédérale. Seules certaines organisations et groupes de recherche, principalement anglo-saxons, ont mis en place des protocoles d’enquêtes avec des focus variés.
Si la réalisation d’un protocole unique relève de l’utopie tant la variété de bâtiment est immense, la définition d’un tronc commun, standardisé par famille de bâtiments (logements, écoles, hôpitaux…) semble quant à elle beaucoup plus réaliste. Un tel tronc commun standardisé permet également d’étudier des tendances à des échelles plus larges : par type de bâtiment, par territoire…
Les modèles existants
À l’international, certains se sont lancés dans la réalisation de méthode POE et par la force des choses ils ont mis sur le marché des modèles d’enquêtes (et parfois de méthode de POE plus large).
Chaque entreprise/labo aura son focus et son public type. Les enquêtes sont plus ou moins orientées vers une série d’aspects. À l’heure actuelle, la plupart des méthodes visent l’évaluation des bâtiments de bureau.
La liste varie donc d’un prestataire de service à l’autre et le choix doit s’effectuer en fonction de chaque cas.
Le modèle utilisé pour les cas d’étude énergie +
Dans le cadre de sa mission pour la Région wallonne, l’équipe E+ a élaboré un modèle d’enquête type pour les bureaux. Cette enquête a été éprouvée et améliorée de façon itérative auprès de 5 sociétés de la Région wallonne afin de trouver le meilleur compromis entre rapidité de complétion et richesse des informations recueillies.
Energie+ vous propose ce modèle d’enquête au téléchargement !
Ce modèle est le plus généraliste possible, utilisez-le à bon escient et n’hésitez pas le compléter en fonction des enjeux spécifiques du projet ! Par ailleurs, l’équipe E+ est toujours à l’écoute des retours sur l’utilisation de ses outils via son adresse email !
La POE peut être ressentie comme intrusive ou une forme de contrôle, voire de test de la part de sa hiérarchie. Pour que la démarche soit réussie, il est primordial que la neutralité et l’absence de pression soit de mise. Il est également essentiel que la démarche soit introduite, présentée et suggérée plutôt qu’imposé au sein de l’établissement.
La POE aura dès lors de bonnes chances d’être un processus riche et enthousiasmant pour tous si :
Avant la réalisation de la POE :
chacun a été informé du sens de la démarche
chacun a pu s’exprimer sur les thématiques qu’il veut intégrer dans l’évaluation.
Pendant la réalisation de la POE :
Chacun peut s’exprimer,
Les enquêtes sont rendues anonymes pour celles et ceux qui le souhaitent
Aucune prise de mesure intrusive non souhaitée n’est réalisée (respect de la vie privée…)
Après la POE :
Les données brutes sont converties en infographies circonstanciées, claires et lisibles.
Des actions sont listées et prises en réaction aux résultats de la POE.
Une date ultérieure de réévaluation est définie.
Un rapport final comprenant les infographies, les actions prises et la date de réévaluation est diffusé à chacun le plus rapidement possible.
Pour qu’une démarche de POE soit la plus efficiente possible, celle-ci devrait :
Être reconduite à intervalles réguliers: en effet, tous les problèmes ne peuvent être identifiés ou expliqués du premier coup. Il faudra mettre en place de nouvelles actions puis relancer une campagne d’évaluation plus tard pour savoir si les actions vont dans le bon sens. De plus, l’activité pratiquée dans le bâtiment et les occupants changent avec les temps, c’est pourquoi l’opération gagne à être répétée régulièrement. Dans l’idéal, le feedback devrait s’effectuer en continu et être compilé régulièrement à la suite des campagnes de POE.
Être le plus détaillé et « sur-mesure » possible: des informations brutes riches et précises permettent une interprétation plus fine des résultats. Un équilibre est bien entendu à trouver pour limiter le niveau d’intrusion, respecter la vie privée et ne pas induire une charge de travail trop importante pour la réalisation de la POE. Il faudra donc veiller à calibrer le niveau de détail en fonction de l’intérêt et de l’implication qu’il implique.
Une bonne pratique consiste à commencer par une première campagne un peu plus généraliste qui permettra de cerner les grands enjeux. Les campagnes suivantes pourront alors s’attarder sur les détails, mais uniquement sur les sujets qui posent des soucis.
Être sans équivoques et pratique à réaliser pour les occupants : des enquêtes difficiles à remplir, des questions floues avec des doubles/triples négations, des questions identiques, mais simplement reformulées dans un même questionnaire sont autant d’éléments qui suscitent le désintérêt et parfois la méfiance envers la démarche. Là aussi il faudra faire court, clair et convivial.
Permettre une visualisation des résultats rapide et parlante pour les propriétaires et les occupants afin de maintenir la dynamique en marche.
Faire partie intégrante de la gestion générale du bâtiment. Plus la démarche fait l’objet de mesures quotidiennes et s’intègre aux pratiques habituelles déjà en place plus la POE pourra être un outil disponible et réactif pour l’ensemble des parties prenantes.
Comment recueillir l’information ?
Il existe beaucoup de moyens différents pour évaluer le bon fonctionnement de son édifice.
Chaque technique aura des avantages et des inconvénients et sera plus ou moins adapté à un type d’information que l’on souhaitera recueillir. Il faudra alors évaluer au cas par cas la ou les- méthodes les plus adaptées. Dans la plupart des cas il faudra combiner plusieurs méthodes.
De façon générale on tendra à brasser large au début pour très rapidement se concentrer sur les thématiques essentielles. Rien ne sert de rentrer dans les détails lorsque tout va bien. De la même manière, on cherchera à recueillir l’avis de tous sur tout dans un premier temps puis on se concentrera sur les zones, les individus et les problèmes qui méritent d’être investigués plus en profondeur.
Pour que la POE soit efficace, il faut que l’ensemble des occupants adhèrent avec la démarche et soient proactifs. Il faut donc à tout prix éviter de les bombarder avec des questionnaires et des interviews interminables sur des sujets peu intéressants.
On tentera donc d’être rapide, to-the-point et d’éviter les répétitions.
Les différentes façons d’obtenir de l’information sont présentées dans un ordre chronologique, méthodique, comme des étapes successives, mais rien n’empêche de sauter des étapes, de les intervertir ou de n’en réaliser que l’une ou l’autre.
POE – Recueillir des informations : La visite
La façon la plus rapide et qui ne demande aucun effort de la part des occupants est la visite. La visite se fait idéalement en présence d’une responsable ou gestionnaire des aspects techniques du bâtiment, mais aussi de la personne en charge des occupants (RH…). En faisant le tour du bâtiment, la personne en charge de l’évaluation peut déjà de façon informelle préparer et expliquer la démarche en cours aux occupants curieux, mais également et surtout prendre connaissance du lieu et d’un grand nombre de données bien utiles pour se faire une idée des problèmes potentiels et ajuster une éventuelle future enquête, interview… :
La localisation et l’orientation du bâtiment,
La disposition des espaces,
Les installations techniques présentes, leur état, leur répartition,
Récupérer au vol des commentaires d’occupants en circulant dans le bâtiment, Ressentir ou relever rapidement les ambiances en se munissant d’un thermomètre, luxmètre, anémomètre…
La visite permet également de s’entretenir avec les personnes en charge de la gestion techniqueet humaine pour relever l’historique du bâtiment, ses défauts connus et tout simplement laisser l’opportunité aux responsables de s’exprimer et pointer les points qui lui semblent importants pour la suite.
À ce stade, les seules personnes impliquées sont l’évaluateur et les personnes en charge des techniques et du personnel (RH…). En plus des précieuses données obtenues, cette visite permettra à l’évaluateur de mieux mettre en contexte les futures informations qu’il recevra.
POE – informer TOUS les occupants concernés par la démarche : la brochure
Pour diverses raisons (télétravail, temps-partiel, absence, réunion…), la visite ne permet pas de prévenir/sensibiliser/toucher, même informellement, l’ensemble des occupants du bâtiment.
Or, pour mobiliser le maximum de personne pour les prochaines étapes, il est plus qu’utile de réaliser une courte brochure explicative de l’intérêt pour tout un chacun.
À cet égard, undocument type a été réalisé. Celui-ci pourra servir de base à l’élaboration de votre document informatif ! C’est cadeau. 😉
Cette brochure, permettra aussi d’alimenter les discussions autour de la machine à café dans les jours suivants : parler du bâtiment, ses atouts et défauts et, qui sait, déjà permettre aux occupants de découvrir au fil de leurs échanges des choses qu’ils ne savaient pas sur le fonctionnement du bâtiment ou encore des choses plus anodines au premier regard « Mais au fond, qui mets systématiquement les vannes thermostatiques sur 2 le matin ? ».
La brochure est aussi l’occasion de mettre des mots et un contexte autour de la démarche. Ceci devrait éveiller la curiosité de certains qui pourraient être tentés de d’ores et déjà se renseigner et préparer leur feedback.
Via la brochure, les occupants obtiennent également un lien de contact direct vers le prestataire externe à la société (téléphone ou Email) ce qui est de nature à rassurer et favoriser l’adhésion des occupants. En effet, si la démarche est positive, externe et neutre, l’employé de bureau, parfois moins à l’aise avec sa hiérarchie, pourra s’exprimer plus librement, éventuellement anonymement. Il y verra une vraie opportunité d’être acteur de l’amélioration de son cadre de travail.
Rappelons toutefois qu’au moment d’écrire ses lignes, ce marché est presque inexistant et que cette démarche peut tout à fait se dérouler en interne à condition que le processus puisse avoir lieu sereinement, sans générer de tensions, ce qui serait un échec. Les chances d’échec sont toutefois très faibles, car tout le monde sort gagnant d’une POE : un employé épanoui, bien au bureau et en bonne santé dans un bâtiment qui consomme moins est un employé productif dans un bâtiment aux charges réduites !
POE – Recueillir des informations : Le brainstorming
Le brainstorming est rapide et dynamique. Il permet de monter une petite délégation d’occupants que désire s’impliquer dans le processus évaluatif. Leur intégration permet ensuite de faciliter l’adhésion au processus pour les autres occupants. Le brainstorming est principalement utile avant et après l’enquête.
Avant, il permet à un nombre limité d’occupants volontaires, gestionnaires et responsables de s’exprimer librement et suggérer des questions supplémentaires et pertinentes à poser lors de l’enquête générale que l’évaluateur leur aura préalablement présentée. L’évaluateur profite également de cette première rencontre physique avec les occupants pour réexpliquer le sens et le but de la démarche ainsi que répondre aux éventuelles questions.
Le Brainstorming est également un outil génial d’analyse participative. Après l’enquête, l’évaluateur peut présenter les résultats bruts au groupe (éventuellement complétée par des interviews). En dévoilant les résultats, il permet de confronter les expériences et les expertises diverses d’un nombre limité de volontaires afin de comprendre les raisons et les causes de certains résultats de l’enquête. Cet outil permet ensuite de fixer collégialement de nouveaux objectifs à atteindre pour le futur en réaction au bilan de la POE.
POE – Recueillir des informations : L’enquête
L’enquête est la méthode la plus systématiquement utilisée pour obtenir le feedback des occupants dans le cadre de la POE. L’enquête permet d’interroger un public large avec une panoplie de questions très variées pour un coût relativement réduit. Ce type de méthode permet en outre de comparer facilement les réponses des répondants entre eux dans le cas de questions fermées tout en laissant le champ libre aux commentaires là où une explication complémentaire est souhaitable.
POE – Recueillir des informations : le relevé, la mesure ponctuelle
Le relevé consiste à mesurer à un moment précis, à un ou plusieurs endroits, plusieurs grandeurs qui suite à la visite, aux premiers échanges ou à l’enquête semblent pertinentes. (Qualité de l’air, humidité, qualité de l’éclairage…)
La mesure instantanée permet de récolter une information objective très rapidement, pour un coût réduit tout en étant beaucoup moins intrusive qu’un monitoring sur le long court.
Relever ou mesurer les données objectives du bâtiment à un instant « T » permet:
De limiter la durée, l’intrusion et les sollicitations auprès des occupants.
De mettre en regard le ressenti des occupants avec une mesure
De détecter des anomalies ou des irrégularités importantes
De cibler les éléments à monitorer plus en profondeur
De conforter ou confronter l’occupant par rapport à son ressenti
Mais ne permets pas de comprendre l’enchaînement de certains phénomènes, ou d’avoir une vision générale sur les 4 saisons. La mesure ne vaut en effet que pour un certain instant, à un certain endroit, dans certaines conditions précises ; éventuellement biaisée par la présence de l’évaluateur (le gestionnaire qui remonte en vitesse le thermostat, l’employé que retire fissa le t-shirt qu’il avait coincé dans la ventilation ou encore le chauffage électrique d’appoint qu’il branche en cachette… (Véridique !).
POE – Recueillir des informations : Le monitoring
Contrairement au relevé ponctuel, le monitoring consiste à enregistrer un ou plusieurs types de mesures, dans un ou plusieurs endroits, à intervalles réguliers durant une période plus ou moins longue. Plus la durée est longue, plus l’intérêt et l’apprentissage que l’on pourra tirer des mesures seront importants.
Avec des mesures sur une semaine, on peut déjà se faire une idée :
De l’inertie du bâtiment
De la capacité de relance des systèmes après un weekend au ralenti
Avec des mesures sur un mois à trois moins on pourra en plus :
Mieux comprendre l’évolution des ambiances au fil de la journée pour différentes conditions météo (ensoleillées, pluvieuses, venteuses, plus chaudes, plus froides)
Détecter ce qu’il se passe les jours fériés
Et pour les monitorings d’un an ou plus, nous pourrons finalement :
Découvrir ce qu’il se passe lors d’évènements plus exceptionnels (canicule, vague de froid, tempête…)
Découvrir la vie du bâtiment selon les saisons
Observer l’adéquation ou non du fonctionnement du bâtiment durant les périodes de moindre occupation (grandes vacances…)
Remarquer des tendances générales du bâtiment : la qualité de l’air se dégrade avec le temps (filtres ?), le bâtiment ne se met plus en régime réduit le weekend depuis une certaine date (réglage ?), les radiateurs peinent de plus en plus à atteindre la température souhaitée (entretien ? Panne ?)
Cette source riche d’information est plus complexe à mettre en place, demande une certaine préparation et un temps d’installation plus important.
Les instruments sont parfois visibles et enregistrent en « continu » les paramètres, ce qui peut parfois être ressenti comme intrusif par les occupants, et peut également biaiser leurs comportements. Ne se comporte-t-on pas différemment devant une caméra ? Et bien… Il en va de même face à un thermomètre qui enregistre nos petits excès !
Le principal défaut de cette méthode est donc son coût élevé et son caractère parfois intrusif. Il n’en demeure pas moins que cette méthode est extrêmement efficace.
Relever ou mesurer les données objectives du bâtiment en continu pendant une période plus ou moins longue permet:
De ne pas passer à côté d’un évènement spécifique
De mettre en regard le ressenti des occupants à chaque instant avec des mesures
De détecter plus finement des anomalies ou des irrégularités
D’identifier des moments critiques pendant l’année (canicule…), les tendances générales et les enchaînements. Ce qui aide beaucoup dans le diagnostic.
De fournir plus d’information sur la cause éventuelle d’un problème de confort, de surconsommation…
De permettre dans certains cas à l’occupant qui ressentirait une gêne ou un inconfort de (demander à) consulter ce que disent les instruments afin de l’aider à construire sa propre compréhension du bâtiment et de ses sensations. Cette compréhension sera utile pour poursuivre la démarche d’amélioration du bâtiment lors de prochains brainstormings, interviews, enquêtes…
POE – Recueillir des informations : L’interview
L’interview d’occupants et autres acteurs de la vie du bâtiment est également un excellent outil pour aider l’évaluateur à mettre en contexte les résultats obtenus.
Elle permet principalement de donner la parole à certaines personnes sur des sujets précis après la réalisation de l’enquête afin de nuancer et de mieux comprendre ce qui se cache derrière certains résultats peu détaillés. Bien que les champs libres de l’enquête permettent déjà de mettre les réponses en perspective, l’enquête – en raison de son format – n’est pas toujours le support le plus propice pour apporter des éléments de contexte et de la nuance.
En fonction des résultats de l’enquête et des présuppositions de l’interviewer sur les réponses à chercher, l’interview peut-être plus ou moins dirigée. Soit le fil des questions est rigoureusement préparé et on s’y tient, soit l’interviewer dispose d’une liste de question sans ordre précis pour nourrir le débat ; il se contente alors de rebondir en fonction des réponses reçues. Cette dernière façon de faire permet à l’interlocuteur de se sentir libre dans son expression tandis que l’interview plus rigoureuse permet à l’évaluateur d’obtenir une réponse claire et structurée à ses questions.
De façon moins dogmatique, dans la plupart des cas, une interview en deux phase : d’abord cadrée puis libre permet d’offrir le meilleur des deux mondes. Mais il vaut mieux respecter cet ordre sous peine de ne pas arriver à recadrer l’interview.
De cette façon, l’évaluateur se concentre d’abord sur ses questions préparées et permet à l’interlocuteur d’être guider, de trouver ses marques dans la discussion, se mettre à l’aise. Quand l’évaluateur à l’esprit libéré de ses questions et que l’interlocuteur a pris ses repères, l’interview peut alors, et seulement à ce moment-là, sortir de son cadre et évoluer naturellement, plus informellement en fonction des préoccupations de l’occupant sur lesquels l’évaluateur ne manquera pas de réagir.
Dans tous les cas, une interview :
Permet d’obtenir une information précise, circonstanciée et complète.
Prends énormément de temps : entre la préparation, l’interview, la retranscription, la synthèse…
Est sujette à plus d’émotion, implication et donc des éventuelles minimisations ou exagérations.
Ne permet pas un feedback représentatif : Tout le monde n’est pas égal face à ce type d’échange, certains prendront plus de place que d’autre ou pourraient se montrer plus persuasifs que d’autres.
POE – Recueillir des informations subjectives en continu : Le journal de bord de l’occupant
De la même façon que pour les relevés des sondes : le ressenti des occupants peut se recueillir : soit à un moment précis en faisant éventuellement appel aux souvenirs pour parler de ressentis passés (dans le cas d’une enquête ou d’une interview), soit en continu, tout au long de l’année.
Pour se faire, le support peut varier : en ligne via un document ou une application ou sur papier dans un agenda ou un cahier dédié. Éventuellement, si des réunions d’équipe régulière intègrent la démarche, le rapportage pourrait être oral avant d’être retranscrit dans un PV.
La dynamique peut quant à elle être de deux natures : soit l’occupant le fait de son côté lorsqu’il a des choses à noter [« Jeudi 28/01/2020 à 14h32 : il fait vraiment chaud dans les couloirs, pourtant dehors il gèle »] et en fin de trimestre ou d’année, au passage de l’évaluateur ou d’un groupe d’occupants qui assure le relais vers l’évaluateur, ces notes sont partagées. Soit ce rapportage fait partie de la dynamique de groupe et est systématiquement mis à l’ordre du jour des réunions d’équipe régulières avant de finir dans des PVs.
Le choix de la manière dépendra fortement d’un établissement à l’autre, en fonction de la philosophie et des dynamiques internes. La méthode individuelle demande plus de travail, mais permet de conserver des informations plus brutes et personnelles des sensations. À l’inverse, la méthode de groupe demande moins de travail, mais le regard des autres peut tronquer notre façon de restituer ou non notre (in)satisfaction. L’influence de la manière avec laquelle le rédacteur du PV va résumer, paraphraser et agréger ces informations n’est également pas à négliger.
Il reste que cette méthode propose un coût réduit et permet d’obtenir des informations très précises tout au long de l’année. Le revers de la médaille est évidemment la forte sollicitation demandée aux occupants et/ou au rédacteur des PVs. Cette forte sollicitation devra être souhaitée par les occupants au risque de perdre l’adhésion et la motivation pour le processus entier.
Pour conserver une bonne dynamique, il faudra, et c’est primordial que les occupants qui partagent régulièrement leur ressenti aient des feedbacks réguliers.
Pour résumer : demander aux occupants de noter à intervalles réguliers ou à chaque « évènement » son ressenti sur divers aspects permet à moindre coût de récupérer une information précieuse. Cela permet:
De ne pas passer à côté d’un évènement spécifique
D’éviter d’être biaisé par ses souvenirs, mais de s’en tenir à la somme des ressentis du moment.
D’impliquer les occupants, mais attention à la surcharge.
La mise en regard de ces informations avec un monitoring des ambiances et des installations est la méthode la plus complète et précise pour évaluer le bon fonctionnement de l’occupation d’un bâtiment … Mais aussi la plus difficile à mettre en place.
Quand on parle de POE peu importe ce quel l’on souhaite évaluer, deux grands types d’approches sont possibles et combinables.
Basée sur des relevés instantanés et des souvenirs tous récoltés sur le moment même
En prenant un « instantané » de la situation, on rate beaucoup d’information sur ce qui précède… Dans cette méthode on demandera tout de même de rapporter sa satisfaction sur les jours et les mois précédents. Mais le souvenir d’une sensation peut-être biaisé (adouci ou au contraire exagéré) et les liens entre les mesures dans le bâtiment et le souvenir d’une sensation sont plus durs à établir. Cette approche est la plus répandue, car elle permet une réduction des coûts, mais également une moindre sollicitation des occupants.
Basée sur un suivi des évènements en continu
Plutôt que de relever toute l’information sur un seul jour, ici le monitoring des mesures objectives du bâtiment est continu (toutes les heures, tous les jours…) on dispose ainsi d’un historique complet des ambiances du bâtiment pour le sujet qui nous intéresse (exemple de monitoring : le bâtiment OXIRA). De la même façon, les utilisateurs peuvent régulièrement faire part de leur ressenti via un carnet de bord, les réunions hebdomadaires ou autres système mis en place.
Les informations sont plus robustes, bien datées et superposables.
Cette approche permet un travail d’analyse précis et détaillé. Les coûts sont néanmoins plus élevés. La sollicitation des occupants est également plus importante.
De façon hybride, rien n’empêche de comparer des données récoltées en continu via des capteurs avec une enquête annuelle de satisfaction, mais dans ce cas il faudra faire preuve de prudence et de contextualisation dans l’interprétation des résultats.
Par exemple : Si les occupants se souviennent d’un éblouissement à de multiples reprises. Il faudra pouvoir retrouver ces moments dans les mesures effectuées en continu pour retrouver la météo, l’heure… et pouvoir extrapoler ou non cette information et en déduire plus de choses.
Que fait-on de ces informations ?
La confrontation de ces indications factuelles va ensuite servir de base pour :
identifier les problématiques que rencontre le bâtiment,
investiguer ensuite plus en détail cette problématique en confrontant le relevé des données objectives et le ressenti subjectif des occupants ; en cas de doute, comparer ces données aux valeurs de référence,
diagnostiquer l’origine du problème afin de le solutionner,
programmer des actions pour améliorer le fonctionnement,
communiquer les résultats de l’évaluation et les actions futures,
éduquer et conscientiser tous les acteurs pour améliorer la vie dans le bâtiment et réduire son impact environnemental.
La récolte de ces informations permet donc de repérer les maladies de jeunesses, les mauvaises utilisations, les mauvais réglages, les dysfonctionnements et/ou des erreurs de conception, mais permet également au gestionnaire du bâtiment de réagir en conséquence (réparations, prévention, rappels, réglage des systèmes…)
Ces informations vont donc alimenter un outil d’évaluation qui vise à améliorer la performance et le confort d’utilisation des bâtiments tout au long de leurs utilisations.
Il n’existe à ce jour aucune méthode standardisée et unique pour mener à bien ce processus tant les bâtiments et les besoins des occupants sont différents d’un cas à l’autre.
Nous tâcherons tout de même – via nos études de cas et le contenu de cette thématique de vous donner toutes les cartes en main pour entamer les démarches dans ce sens.
De façon générique, une POE visera toujours à recueillir des informations de 3 grandes familles afin de pouvoir étudier leurs interactions. Ces 3 types d’informations sont les suivantes :
Les feedbacks subjectifs des utilisateurs : Satisfaction, confort, attentes, idées, commentaires, vécu, bien-être, Importance accordée à certains aspects…
Les données objectives du bâtiment : relevé des consommations, historique des températures, niveau sonore des installations, dimensions des fenêtres…
Les intentions, labels et attentes théoriques du projet à la conception : études / attentes / simulations des performances en matière de consommation, de confort, d’acoustique, de qualité de l’air et autres attentes générales sur le confort d’occupation…
La POE se compose donc d’une accumulation d’échanges et de données de natures diverses sur le bâtiment et ses occupants qui sont de nature à permettre une compréhension du fonctionnement réel du bâtiment en usage, de la satisfaction de ses utilisateurs, et du lien entre ces deux aspects.
Si nous souhaitons spécifiquement étudier la surchauffe dans un local : nous allons par exemple récolter :
Des données subjectives : les occupants ont trop chaud : à quelle intensité, quand et à quelle fréquence ? Comment utilisent-ils les stores et la ventilation ? comprennent-ils son fonctionnement ? Que font-ils et pourquoi quand cela arrive ? Peuvent-ils ouvrir les fenêtres ?
Des données objectives : Quelle température fait-il ? Quelles sont les installations présentes ? Quelles sont les dimensions et l’orientation des fenêtres ? Quand, comment et pourquoi les stores sont-ils fermés ? Quelle météo fait-il ces jours-là ? Quel est le facteur g du vitrage ?
Les intentions de l’équipe de conception : comment tout cela était-il censé fonctionner ? Que disaient les simulations ? Quelles étaient les puissances prévues et sur base de quelles données ?
Avec ces 3 catégories de données, un évaluateur aguerri pourra comprendre beaucoup de choses sur le problème rencontré, l’expliquer aux occupants et trouver des pistes pertinentes pour solutionner le problème.
Quelles évaluations dois-je réaliser ?
Qu’elles concernent la surchauffe, l’acoustique ou encore l’éblouissement, les indications qui seront recueillies lors d’une POE sont variables d’un cas à l’autre en fonction du but recherché et du type d’activité pratiquée dans le bâtiment.
Généralement, ce sont surtout et prioritairement les informations concernant la satisfaction des occupants et leurs interactions avec les installations techniques qui sont collectées, car elles permettent d’isoler le ou les problèmes ; puis, en fonction des priorités nous pouvons récolter les informations concernant l’IEQ, la consommation d’énergie, les espaces et finalement les installations techniques.L’ensemble de la chaîne allant de l’énergie jusqu’au confort de l’occupant en passant par la conception des installations et des espaces peut être inspectée et évaluée dans le cadre d’une POE.
Il n’existe à ce jour aucune démarche standardisée qui définirait en détail les enquêtes et mesures à réaliser, cependant, l’analyse de l’état de l’art réalisée par Li P, Froese TM et Brager G ((Li P, Froese TM, Brager G, Post-occupancy evaluation: State-of-theart analysis and state-of-the-practice review, Building and Environment (2018), doi: 10.1016/j.buildenv.2018.02.024.)) nous aide à lister et classer les données généralement recueillies en fonction du but poursuivi.
Les thématiques sont classées en deux grandes familles : les objectifs directs et les objectifs indirects. Les objectifs directs bénéficient au client « directement » tandis que les objectifs indirects participent plutôt à une amélioration des connaissances générales du secteur ce qui profite plus indirectement aux participants.
Chaque donnée recueillie comme indicateur sera intéressante en soi, mais devrait également être mise en relation avec les autres, par exemple : quelle corrélation peut-on observer entre une baisse de température et la satisfaction des occupants ; et par rapport à la productivité ?
Dans le tableau ci-dessous sont repris, par thématique, les différents objectifs que l’on peut se fixer dans le cadre d’une démarche de POE. En fonction des situations, on choisira les objectifs adéquats. Cette liste vise à donner une idée la plus large possible de ce qui peut être évalué par ce processus, mais n’a pas vocation à être exhaustive.
Les objectifs directs :
Thématiques
Objectif
LES ESPACES
Évaluer spécifiquement les espaces à caractères innovants :
· espaces expérimentaux.
· espaces non-conventionnels.
· espaces résultants de contraintes locales.
Évaluer la conformité des espaces aux spécificités de certains groupes d’occupants:
· PMR
· Mal voyant
· Mal entendant
· Sourd et muet
· Handicapé mental
· Bébé
· Enfant
· Senior
Évaluer le processus de conception du projet
LES OCCUPANTS
Évaluer le confort thermique
Évaluer le confort lumineux
Évaluer la qualité de l’air ressentie
Évaluer la qualité de l’acoustique
Évaluer la satisfaction générale
Évaluer le bien-être
Évaluer et enquêter sur la santé des utilisateurs du bâtiment
Enquêter sur les facteurs qui génèrent de l’insatisfaction
Comprendre les expériences spatiales et l’opinion de chaque occupant sur les espaces du bâtiment
Évaluer la productivité
Comprendre le comportement des occupants
Évaluer l’opinion des occupants sur les critères de notation pour les bâtiments « verts » ou labélisés (WELL/BREEAM…)
Évaluer la sociabilité des occupants
Évaluer la facilité et la qualité des interactions des occupants avec les installations et les équipements techniques :
· Informatique
· Régulation de la chaleur
· Régulation de la ventilation
· Régulation du refroidissement
· Régulation de l’Éclairage
· Utilisation des équipements sanitaires
· Utilisation des équipements de la cafeteria
· Équipement incendie (sorties de secours, dévidoirs, extincteurs…)
· Équipement d’infirmerie (DAE, trousse de soins…)
· Contrôle d’accès, sécurité anti-intrusion
· Gestion des déchets
· Ascenseurs
LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE
Comprendre sa consommation d’énergie
Évaluer l’impact d’une nouvelle mesure :
· Rénovation énergétique
· Autre Rénovation (extension, démolition…)
· Implémentation d’une stratégie énergétique dans le but de réduire la consommation ou améliorer le confort.
La POE [Post-Occupancy Evaluation] d’un bâtiment que l’on pourrait traduire par « évaluation après un cycle d’occupation » est l’acte qui consiste à :
recueillir des informations sur le bâtiment et le vécu de ses occupants après une période d’utilisation d’au moins un an et d’au moins un cycle d’occupation ;
puis d’utiliser ces informations pour améliorer le fonctionnement, l’efficacité et la vie dans le bâtiment au bénéfice des :
a. utilisateur (confort, bien-être, fluidité d’interaction),
b. gestionnaire (feedback, entretien, diagnostique),
c. propriétaire (coûts, consommation, durabilité),
On parle alors d’objectifs « directs » car ils bénéficient de façon évidente et rapide au client.
Mais la POE peut aussi permettre d’améliorer INDIRECTEMENT le fonctionnement, l’efficacité et la vie dans le bâtiment en développant les connaissances et la pratique du secteur dans sa globalité en impliquant dans la démarche :
a. les concepteurs du projet (feedback, amélioration de la pratique…),
b. des chercheurs du secteur (données réelles de terrain, création de savoir, amélioration de modèles prédictifs…).
On parle alors d’objectifs « indirects » car ils participent plutôt à une amélioration de fond. Par exemple des connaissances générales du secteur: ce qui profite indirectement aux utilisateurs du bâtiment.
Le contexte d’émergence de la POE
« Buildings don’t use energy, people do ! » Vous avez probablement déjà entendu cette phrase et si ce n’est pas le cas, c’est chose faite !
En effet, une fois construits, les bâtiments que nous occupons consomment principalement de l’énergie pour assurer les activités, le bien-être et le confort de ses occupants. Ce sont donc bien ces derniers qui commandent la consommation d’énergie en fonction de leurs besoins. Le bâtiment y répond ensuite de façon plus ou moins efficace et conforme à la volonté des occupants.
Les bâtiments sont conçus, agencés et équipés pour répondre aux mieux aux besoins et activités propres à chaque groupe d’occupants tout en consommant le moins d’énergie possible et générant le moins de risques pour ces derniers.
Les bâtiments sont donc construits, rénovés ou choisis (en cas de location) par un groupe d’occupant pour être en adéquation la plus parfaite possible avec leurs activités et leurs attentes. Sauf que cela est bien théorique…
D’une, les contraintes comme le manque de temps, des limites budgétaires, matérielles, humaines, urbanistiques ou légales… mais aussi : l’impossibilité pour l’équipe de conception d’avoir une connaissance totale et complète des besoins et des activités ne permettent jamais d’atteindre une adéquation parfaite.
De deux, les attentes, les comportements, les activités et les occupants ne sont pas figés mais évoluent dans le temps. Les équipements eux s’usent, sont remplacés par des nouveaux modèles au fil du temps…
L’harmonie idéale entre les occupants et leurs besoins d’un côté et le bâtiment et ses techniques de l’autre est en constant glissement vers plus ou moins de (dés)équilibre.
« S’il y a plusieurs siècles un monastère accueillait une vie très réglée, figée dans le temps et a permis l’émergence d’un type architectural relativement figé et complètement adapté à sa fonction ; de nos jours le monde est en constante mutation et l’harmonie entre les occupants en perpétuelle recherche de nouveauté, de changement et des bâtiments toujours plus technologique peine parfois à s’établir. »
S’ajoutent à cela, les exigences du secteur de la construction (thermique, incendie, accessibilité, acoustique, RGPT…) qui contraignent nos bâtiments à d’autres impératifs que la satisfaction pure et simple ; et c’est une bonne chose de façon générale. Il demeure toutefois que cela a rendu nos bâtiments parfois plus complexes avec pour conséquence une perte de naturel et de facilité pour interagir avec le bâtiment afin d’adapter l’ambiance générale à ses besoins.
Cette complexité n’est pas en soi une mauvaise chose, elle permet parfois plus de flexibilité, une finesse de réglage mais elle peut aussi devenir une « machine à gaz » difficile à régler correctement si elle n’a pas été conçue par et pour les occupants.
Dans un tel contexte, il n’est pas étonnant de constater qu’en l’absence d’évaluation, de médiation et d’ajustement réguliers et parfois mutuels entre les occupants et le bâtiment, une fracture peut se créer et générer de l’insatisfaction des occupants et/ou une surconsommation compensatrice.
C’est pourquoi une nouvelle branche du secteur de la construction, jusqu’il y a peu limité au monde de la recherche, commence ces dernières années à bourgeonner dans le monde réel, public et privé : La POE, Post Occupancy Evaluation que l’on traduira par « évaluation après un cycle d’occupation ».
Via cette démarche, on s’assure peu après la construction ou l’emménagement puis à intervalles réguliers que les occupants arrivent à interagir facilement avec le bâtiment pour générer des ambiances satisfaisantes pour tous, de façon efficace et sans générer de surconsommations.
Pourquoi devrais-je réaliser une POE dans mon bâtiment ?
Evaluer un bâtiment après un cycle d’occupation permet de se rendre compte de la qualité fonctionnelle réelle d’un édifice.
Architectes et Ingénieurs auront beau multiplier les réunions avec le client, retourner les plans dans tous les sens, enchainer les simulations et prendre toutes les précautions pour assurer un séjour agréable, pratique, « user-friendly » et économe en énergie dans leur projets, ils ne pourront jamais tout savoir et tout anticiper. Les outils de conception évoluent en permanence et pour autant, les insatisfactions, imprévus et légers dysfonctionnements sont toujours présents. Il faut dès lors accepter qu’on ne puisse pas tout régler dès la conception, même avec la meilleure volonté du monde.
En effet, la chaine météorologique, énergétique, technique et surtout humaine qui génère nos ambiances intérieures pour nous satisfaire, ou pas, est complexe, dynamique et évolutive.
Bien que tout soit conçu et préréglé pour que tout fonctionne au mieux, une période de rodage, un « warm-up » reste nécessaire pour parfaire le fonctionnement et l’utilisation du bâtiment après la livraison de celui-ci. En contrôlant régulièrement son bon fonctionnement et en l’améliorant continuellement, nous nous assurons qu’il puisse répondre au mieux à nos besoins du moment. Ce suivi est d’autant plus important quand ces besoins évoluent ou que le bâtiment fait l’objet de modifications.
Ceci est d’autant plus crucial qu’un bâtiment représente un coût financier et environnemental important dans lequel nous passons plus de 90% de notre temps. Il importe donc de s’assurer que la débauche de matériaux, d’énergie et d’argent que représente un bâtiment soit réellement vecteur de satisfaction, de confort, de productivité et de bien-être pendant toute sa durée de vie.
Quand devrais-je avoir recours à la POE ?
La POE est un outil auquel nous pouvons avoir recours à plusieurs moments de la vie d’un bâtiment et de ses occupants. La réalisation d’une POE est tout particulièrement indiquée:
Suite à un premier cycle d’occupation (que ce soit dans un bâtiment neuf on non)
Avant et après des travaux de rénovation*,
Après un remaniement de l’espace et/ou des activités*,
A intervalles réguliers (tous les 1 à 5 ans par exemple) en fonction du type de projet et de sa dynamique d’évolution.
*Dans ce cas, la réalisation d’une POE avant et après le changement est spécialement indiquée afin de pouvoir mesurer l’impact de ces transformations indépendamment mais également pour profiter du changement et des travaux pour améliorer la situation générale.
Il faudra dans tous les cas respecter une certaine période d’occupation avant de se lancer dans la réalisation d’une POE. Il ne s’agit donc en aucun cas de se hâter après deux semaines d’occupation pour tirer des conclusions au sujet de la satisfaction des occupants ou la consommation énergétique du bâtiment.
Dans le cadre de la POE, il est souhaitable qu’un « cycle » complet d’occupation soit effectué afin d’évaluer le bâtiment avec un recul suffisant et une vision équilibrée.
Ce que nous entendons par cycle peut varier d’un cas à l’autre.
Généralement il s’agira d’une année ; ceci permet de traverser les 4 saisons, des jours fériés, des jours de semaine, des weekends, l’un ou l’autre évènement ponctuel (fête annuelle, Noël, une vague de froid, une vague de chaleur…).
Dans d’autres cas, ce cycle pourrait-être différent : une chambre d’hôpital ou d’hôtel pourrait faire l’objet d’une POE avec des cycles plus cours (admission, occupation, check-out…) mais répétés à différents moments de l’année ; Il ne faut pas attendre le 40ième client insatisfait pour entreprendre une évaluation. La réalisation d’une POE après une année reste néanmoins pertinente dans ce cas pour évaluer la qualité d’occupation au fil des saisons.
Inversement, certains bâtiments pourraient également vivre selon des cycles plus longs qu’un an comme certains édifices publics vivant aux rythmes des mandats politiques ou les bâtiments sportifs rythmés par des compétitions qui ont parfois lieu tous les 2 ou 4 ans et pourraient être utilisés différemment chaque année en fonction de l’approche de la compétition. Néanmoins ces cas seront rares et il y aura généralement peu d’intérêt à attendre plus d’une année avant de réaliser l’évaluation.
Notons tout de même que si cette période est nécessaire pour mener à bien la POE, il ne faut en aucun cas attendre un an pour prendre note et réagir aux dysfonctionnements et inconforts qui seraient soulevés indépendamment de la POE.
En fonction des caractéristiques nombreuses et variables de bois, sa valorisation est destinée soit à la fabrication des matériaux de construction ou pour la production d’énergie.
La chaîne de valorisation de bois-énergie est un processus complexe intégrant plusieurs procédés de valorisation pouvant donner à la fois de l’énergie, des produits principaux et des coproduits en parallèle ou vers la fin de la chaîne de valorisation.
En effet, nous pouvons distinguer trois sources capitales de bois-énergie :
La biomasse issue de la sylviculture consacrée entièrement à la valorisation du bois-énergie;
Les coproduits et dérivés secondaires issus de la transformation primaire et secondaire du bois ;
La biomasse qui est récupérée à partir du bois en fin de vie.
Quels sont les procédés de conversion de la biomasse solide en énergie ?
Les technologies de conversion de la biomasse solide en énergie sont diverses et nombreuses. Toutefois, l’objectif final de chaque technologie est la production d’énergie sous forme de chaleur ou d’électricité.
En fonction des besoins énergétiques, une technologie de production, de conversion, de stockage et de transportation d’énergie s’impose plutôt qu’une autre. Voici les procédés technologiques de conversion de la biomasse solide en énergie les plus connus et utilisés:
Combustion
Dans une réaction de combustion, et en présence d’oxygène, la biomasse est complètement transformée en gaz qui s’enflamme en émettant par conversion de la chaleur.
Pyrolyse
La pyrolyse est une réaction de décomposition de la biomasse sous l’effet de la chaleur dans un milieu plus ou moins faible en oxygène. Dans ce procès, la biomasse solide se décompose et donne comme résultantes trois produits:
Un solide riche en carbone (le charbon);
Un gaz composé de CO2, CO, H2 et CH4 ;
Un complexe d’huile pyrolytique.
Carbonisation
La carbonisation ne diffère pas beaucoup de la pyrolyse, mais le procédé est optimisée davantage pour la production de charbon de bois. En effet, la carbonisation vise à soumettre le bois sous une température aux alentours de 450°C durant quelques heures ou jours et dans un milieu faiblement alimenté en oxygène. En conséquence, ce procédé permet de récupérer jusqu’à 30% de charbon concentré et 65% d’énergie((Panorama des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom – 2018)).
Gazéification
La gazéification transforme 80% de la biomasse en un gaz composé selon un procédé thermochimique. Le mélange de gaz issu est appelé syngaz et est composé jusqu’à 75% d’anhydride contenu dans la biomasse. Nous pouvons considérer que la gazéification est une voie intermédiaire entre la pyrolyse et la combustion.
En Wallonie, la gazéification est une solution prometteuse lorsqu’elle vise à la fois la production de chaleur et d’électricité dans des gammes de puissance comprises entre 300 et 1.000 kW((Panorama des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom – 2018)). Ce procédé est utilisé dans les systèmes de cogénération.
Les technologies pour la production de chaleur
En fonction des besoins d’utilisation, nous distinguons deux types de technologies de combustion pour la production de chaleur :
Une gamme de petite puissance destinée pour le chauffage domestique regroupant, d’une part, les systèmes centralisés qui produisent de la chaleur pour le logement en entier (cheminées, poêles-chaudières, inserts, etc.), d’autre part, les systèmes d’appoint destinés au chauffage à destination des particuliers (chaudières à bûches, chaudières à pellets et à plaquettes, chaudières polycombustibles pour agrocombustibles).
Une gamme de grande puissance par l’augmentation des dimensions du foyer. En effet, quand les besoins en puissance énergétique sont importants (jusqu’à plusieurs dizaines de Mégawatts), les chaudières de petite puissance ne peuvent pas répondre à la demande croissante en chaleur. En effet, dans les processus industriels, l’approvisionnement en chaleur est une nécessité capitale dans les procédés de production, transformation et transportation.
Les technologies pour la production d’électricité
La production de chaleur à partir de la biomasse solide peut se faire selon deux procédés: la combustion-vaporisation ou la gazéification.
Quand il s’agit de l’électricité produite selon une technologie de combustion-valorisation, cette dernière génère une force motrice à travers la vapeur sous pression produite par une chaudière biomasse. À la manière d’une dynamo, cette force engendre une puissance électrique quand elle est couplée à un alternateur. Nous parlons donc des générateurs d’électricité à turbines-vapeur (aubages) ou à des moteurs à vapeur (pistons).
En ce qui concerne les technologies à gazéification, la production de l’électricité repose sur le principe de la gazéification du bois. Ce processus refroidit les gaz pour les utiliser dans un moteur qui permet de transférer une force motrice à un alternateur, qui produira de l’électricité.
Conclusion
Les projets de production, de valorisation et de consommation des combustibles biomasse sont aujourd’hui largement répandu. Ils répondent aux évolutions technologiques de valorisation de la biomasse. L’efficacité des appareils de combustion et la haute rentabilité du bois-énergie ont impacté l’évolution de cette filière et impose sa structuration sur tous les plans.
Au niveau du prix de revient, en fonction de divers facteurs comme la location de la terre ou le cout du matériel, en 2017, la consommation d’agrocombustibles autoproduits permet d’atteindre un prix oscillant entre 7 et 14 c€/litre équivalent mazout((Panorama des filières bois-énergie et agrocombustibles en Wallonie – Valbiom – 2018)).
Le site Energie+ va lancer prochainement (second trimestre 2021) une offre dédié aux entreprises. Les entreprises actives dans le domaine énergétique en Belgique pourront prochainement se faire connaitre via le site Energie+.
N’hésitez pas à nous contacter afin d’obtenir plus d’informations à ce sujet : energieplus@uclouvain.be
L’institut scolaire de La Providence de Herve a mis en place un nouveau bâtiment équipé de systèmes de ventilation double flux avec récupération de chaleur.
Nous avons passé sous la loupe les nouvelles installations avec l’aide des différentes personnes concernées, occupants et spécialistes. La régulation simultanée de la température et du taux de CO2 pose problème…
Vous découvrirez dans la vidéo ci-dessous les résultats de notre enquête et les leçons à tirer pour un futur éventuel projet. Suivant les locaux (classes, salle de réfectoire, …), des solutions différentes apparaissent.
Cet article résume les grands principes de la certification PEB des bâtiments publics en Wallonie. Il s’adresse aux responsables énergies, aux gestionnaires de bâtiments actifs dans une administration publique en Région wallonne ainsi qu’aux autorités publiques concernées.
Les bâtiments ou parties de bâtiments dont une superficie utile totale de plus de 250 m² est occupée par une autorité publique ET fréquemment visitée par le public doivent être certifiés.
Vous trouverez toutes les informations et outils concernant cette certification sur le portail de l’Energie.
Notamment :
Pour déterminer si votre bâtiment est concerné par cette certification il est conseillé d’utiliser l’outil d’aide à la décision et une liste non exhaustive des autorités publiques telles que définies par l’Arrêté du Gouvernement Wallon, afin de savoir si vous êtes concernés par la certification PEB des bâtiments publics,
Une Foire aux questions (FAQ) regroupant les questions les plus fréquemment posées permettant d’éclaircir les notions de bâtiments, autorités publiques, superficie utile totale, fréquemment visités par le public…,
Si cette FAQ ne répond pas à vos questions, vous pouvez poser vos questions au moyen des formulaires en ligne ,
Vous y trouverez également une série de documents d’aide à destination des autorités publiques,
L’ensemble des textes réglementaires applicables à la certification PEB des bâtiments publics sont également mis à disposition (en bas de page).
Qui est concerné par cette certification ?
En premier lieu, il est nécessaire de savoir si on répond à la définition d’autorité publique autrement dit : « Suis-je une autorité publique ? ».
En second lieu, l’outil d’aide à la décision mis en ligne sur le site Portail de l’Energie, vous permettra de savoir si vous êtes concernés par l’obligation de certification PEB BP.
L’autorité publique répondant à l’obligation de certification PEB BP (voir outil d’aide à la décision et liste non exhaustive des autorités publiques) devra afficher son certificat PEB de bâtiments publics mettant en évidence son impact énergétique ainsi que son rôle d’exemplarité en matière d’énergie. Seule la première page du certificat doit être affichée par l’autorité publique de manière lisible et visible par le public dans la ou les entrées principales (ex : accueil, valves…).
Quand doit-on établir un certificat PEB de bâtiments publics et l’afficher ?
L’article 87 de l’arrêté du Gouvernement wallon du 20 septembre 2018 précise ces échéances :
Échéance
Bâtiment
1er Janvier 2021
Pour les bâtiments répondants à la 1° de l’art. 50 de l’AGW du 15/05/2014*
⚠ Dérogation : bâtiments destinés à l’enseignement ou à l’accueil de la petite enfance :
-> Echéance : 1er Janvier 2022
1er Janvier 2022
Pour les bâtiments répondants à la 2° de l’art. 50 de l’AGW du 15/05/2014**
2 ans pour se mettre en ordre
Pour toute nouvelle occupation
*AGW du 15/05/2014 – Article 50 – point 1° : Les institutions européennes et internationales, les autorités fédérales, régionales, communautaires, provinciales et communales.
**AGW du 15/05/2014 – Article 50 – point 2° : Tout organisme répondant aux conditions suivantes :
a) être créé ou agréé par les autorités visées au 1°;
b) être chargé d’un service public;
c) ne pas être partie du pouvoir législatif ou judiciaire;
d) être contrôlé ou déterminé dans son fonctionnement par les autorités visées au 1°.
Qui peut réaliser la certification PEB des bâtiments publics ?
La personne qui établit le certificat PEB de bâtiments publics doit être agréée. Il existe deux types de certificateurs : les certificateurs internes ou externes à une autorité publique.
Le certificateur interne fait déjà partie de l’autorité publique où il est employé et ne peut s’occuper que de la certification des bâtiments de son employeur.
Le certificateur externe exerce son activité comme indépendant et n’est pas employé par une autorité publique.
Pour information, toute institution qui possède en son sein au moins un certificateur PEB BP (interne ou externe) peut faire une demande d’agrément en tant que personne morale.
Quelle est la validité du certificat PEB de bâtiment public ?
Le certificat de performance énergétique de bâtiment public est valable 5 ans.
Néanmoins, les indicateurs de consommation, de production ainsi que les données relatives à l’occupation doivent être actualisés de manière annuelle. Ainsi, la première page du certificat regroupant ces indicateurs devra être remplacée lors de chaque actualisation des données énergétiques.
Quelle différence y a-t-il entre la certification PEB résidentielle et la certification PEB des bâtiments publics ?
Contrairement à la certification PEB pour les bâtiments résidentiels, la certification PEB des bâtiments publics intègre les données de consommations réelles pour chaque bâtiment. Elle prend en compte les consommations d’énergie (électricité, gaz, mazout, propane, …) et/ou la production d’électricité et de chaleur. Ainsi, consommations et productions d’énergie, surface de plancher chauffée pondérée et volumes protégés, photos du bâtiment et graphiques représentant les indicateurs de consommations et de productions apparaissent sur le certificat.
Conclusion
La certification PEB des bâtiments publics n’est pas seulement un constat en termes énergétiques. Il est aussi une façon de mettre en évidence les faiblesses éventuelles d’un bâtiment dit « énergivore ». Le but est de sensibiliser les autorités publiques à propos de leur impact sur l’environnement.
Parmi les recommandations qui peuvent être mises en évidence, on retrouve les thématiques suivantes :
Sensibilisation à l’utilisation rationnelle de l’énergie (à destination des décideurs mais aussi des occupants et utilisateurs,…) au moyen d’un carnet de bord, d’un projet de sensibilisation,…
Gestion et maintenances dont notamment :
la mise en place d’une comptabilité énergétique,
la mise en place d’un carnet de gestion qui reprend l’ensemble des évènements se rapportant aux installations (entretiens, remplacement d’éléments, pannes, modifications de paramètres de régulations des installations,…),
la réalisation des attestations de contrôle périodique,
L’établissement d’un contrat de maintenance qui assure un entretien régulier des installations techniques,….
Les investissements et travaux d’amélioration énergétiques au moyen de la réalisation d’un audit énergétique, réaliser un plan d’investissement des travaux recommandés,…
L’empreinte écologique des panneaux solaires est très souvent remise en question, notamment quand ils arrivent en fin de vie. L’idée selon laquelle les panneaux photovoltaïques ne sont pas recyclables est très répandue. Or, plus de 95 % des panneaux solaires dans le monde utilisent le silicium comme matériau semi-conducteur, le principal constituant du sable. Aussi, oui, il est tout à fait possible de recycler des panneaux solaires et nous allons aborder certains points ensemble.
Est-ce que les panneaux solaires sont recyclables ?
Les panneaux photovoltaïques recyclables sont ceux composés de silicium cristallin avec un cadre en aluminium. Plus précisément, ils sont recyclables à 94,7 % (source : PV-Cycle).
Ces modules photovoltaïques sont composés de plusieurs matériaux différents qui sont recyclables à 94,7% :
Un cadre en aluminium, dont la matière est 100 % recyclable ;
Du verre (composant les trois quart du panneau) recyclable à l’infini ;
Des conducteurs en cuivre ou en argent qui ont un traitement bien particulier car ils sont séparés mécaniquement et chimiquement, puis fondus pour être réutilisés ;
Des cellules en silicium, composant principal du sable, qui sont réutilisables pour le photovoltaïque ou refondus jusqu’à quatre fois pour en faire de nouveaux wafers ;
Un film plastique transparent est soit recyclé soit transformé en granulés qui seront brûlés en centrale thermique ;
Un boîtier de jonction : hormis la connectique, les circuits imprimés et les câbles sont recyclables tout comme les câbles.
Les 10 % des panneaux solaires restants sont ceux à “couches minces”, composés de silicium amorphe ou bien d’autres matériaux semi-conducteurs tels que le sélénium, gallium, indium, etc. Ces technologies de pointe ne sont pas utilisées pour les centrales solaires ou pour les installations sur bâtiment mais plutôt dans le cadre de la recherche et de l’utilisation spatiale.
Concernant la durée de vie des panneaux solaires, elle est estimée entre 30 et 40 ans, en moyenne. Cependant, les technologies s’améliorant, il est très probable que les panneaux photovoltaïques nouvelle génération durent plus longtemps.
Comment est recyclé un panneau solaire ?
Ce type de recyclage consistent à séparer les différents constituants qui font la composition d’un panneau solaire. C’est un processus complexe étant donné l’enchevêtrement des matériaux.
Il existe 6 étapes dans le recyclage des panneaux photovoltaïques :
Etape 1 : Le cadre en aluminium est d’abord retiré du panneau mécaniquement.
Etape 2 : C’est ensuite au tour de la connectique, le boîtier électrique et des câbles en cuivre. Ils sont récupérés et envoyés vers les lignes de traitement des Déchets d’Équipements Électriques et Électroniques (DEEE).
Etape 3 : À ce stade, les panneaux sont découpés en lamelles et passés dans différents broyeurs.
Etape 4 : Durant le passage des panneaux dans l’un des broyeurs, on retire le laminé photovoltaïque : c’est-à-dire que l’on doit séparer le silicium, le verre qui le protège ainsi que la face en polyester à l’arrière du panneau.
Etape 5 : Vient le tour des électrodes métalliques présents à la surface des cellules qui sont décapés selon le métal utilisé.
Etape 6 : Enfin, il reste les plaquettes de silicium (aussi appelées wafers) qui peuvent être réutilisées pour la production de nouveaux panneaux solaires ou envoyées vers une filière de recyclage.
Pour les panneaux solaires à couches minces, cette fois, le processus de recyclage s’effectue avec un traitement chimique. Le traitement fait, les panneaux sont alors broyés afin d’en extraire tous les matériaux. Ces derniers sont retraités pour obtenir des matériaux secondaires.
Qui recycle les panneaux solaires en France et en Belgique ?
Au sein de l’Union Européenne, le recyclage des panneaux solaires est encadré notamment par la directive européenne pour les Déchets d’Equipements Electriques et Electroniques (DEEE).
Cette directive impose aux vendeurs le recyclage des panneaux dont ils ont la vente. Pour s’acquitter de cette mission, un réseau européen a été misen place pour assurer la collecte des panneaux solaires usagés, récupérer le plus possible de composants des panneaux solaires et gérer les filières de recyclage.
Ce réseau est géré par l’organisme à but non lucratif PV Cycle, présent notamment en France (PV Cycle France) et en Belgique (PV Cycle Belgium). Il collecte tous les panneaux usagés sans distinction de marque, de technologie ou d’année de mise sur le marché.
Ce réseau est financé par le paiement d’une éco-contribution, sous forme d’éco-taxe, payée par chaque acteur de la filière (industriels, importateurs, installateurs ou propriétaires). Cette éco-participation doit d’ailleurs obligatoirement figurer sur la facture de vente de la société qui installe les panneaux. Du côté de la filière française du recyclage des panneaux solaires, elle s’élève à 0,60 euro par panneau de moins de 10 kg en 2020. Tandis qu’en Belgique, elle est de 4 euros par panneau solaire.
Pour un enlèvement sans frais des panneaux usagés, vous devez vous rendre sur le site de PV Cycle afin d’identifier la solution de collecte adaptée selon votre pays. En France, PV Cycle met à disposition près de 200 points de collecte de panneaux solaires usagés (en Métropole comme dans les collectivités d’outre-mer) et une dizaine en Belgique.
En résumé, un panneau solaire utilise 100% de sa puissance les 20 premières années puis 80%. C’est pour cela qu’ils sont en général garanti 25 ans au vu de leur performance stable. Ajoutez à cela qu’on estime qu’il faut en général entre 1 à 5 ans pour que des panneaux photovoltaïques produisent autant d’énergie qu’il en a fallu pour le fabriquer. Enfin avec la donnée que 94,7% du panneau est recyclage, on peut considérer que les panneaux solaires ont un très faible impact environnemental de par leur longévité et leur recyclage optimal.
Parmi les normes prises en compte dans la certification de la PEB, se retrouve celle qui concerne la ventilation des bâtiments résidentiels et non résidentiels.
Quelle est cette norme ?
Le document intitulé Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6) est le fruit d’une réflexion au niveau européen qui part du constat que la consommation énergétique d’un bâtiment dépend aussi de son ambiance intérieure. Lorsque celle-ci n’est pas au niveau requis, elle peut avoir des conséquences sur la santé et le bien-être des occupants, sur le budget des employeurs, des propriétaires et de la société. Au contraire, lorsque les normes sont respectées, le confort des occupants, travailleurs ou visiteurs leur permet d’être plus productifs et en bonne santé.
Elle spécifie les paramètres sur lesquels se baser pour définir et évaluer la qualité de l’ambiance intérieure d’un bâtiment. Suite au passage d’un auditeur, des prescriptions seront à prendre en compte afin de concevoir, améliorer ou maintenir la qualité de l’ambiance intérieure. Les critères servent à calculer le dimensionnement des systèmes à mettre en place, concevoir ou changer.
Pour mesurer la qualité de l’ambiance intérieure et, par conséquent, améliorer la performance énergétique d’un bâtiment, cette norme dépend de critères et d’unités de mesure afin d’évaluer objectivement la qualité de la ventilation des bâtiments.
Quels sont ses critères ?
La norme sur la ventilation des bâtiments :
inclut des critères liés au dimensionnement des systèmes des bâtiments et leur inconfort thermique
s’applique à des bâtiments
où il y a occupation humaine
dont les horaires d’occupation sont pris en compte
Dans le cadre de cette norme sur la ventilation des bâtiments, interviennent les critères suivants :
la qualité de l’air intérieur
l’ambiance thermique
l’éclairage
l’acoustique
l’humidité
Nous allons développer chacun de ces cinq critères. Nous verrons comment ils sont analysés et quelles sont les valeurs par défaut requises dans le texte au niveau européen en 2019. Le texte a été pensé pour s’adapter à des valeurs nationales ou régionales. Des documents juridiques mis en place par chaque état et/ou région rendent cette norme européenne flexible et composée de deux annexes qui distinguent :
les valeurs par défaut (Annexe B) qui seront illustrées pour chaque critère
des tableaux vides de valeurs à adapter (Annexe A) par l’auditeur en fonction de ce qui est prescrit au niveau local (national ou régional).
A qui cette norme est-elle destinée ?
La documentation à laquelle nous ferons référence ici est à la disposition :
Des autorités de réglementation qui se baseront sur des choix obligatoires prescrits au niveau national ou régional
Des architectes, des ingénieurs
Une terminologie spécifique disponible en début du document de référence est définie pour chacun des postes propre à chaque critère.
La qualité de l’air intérieur
Pour juger de la qualité de l’air intérieur des bâtiments, les auditeurs devront se baser sur :
Le contrôle de la source non humaine de polluants de l’air à diminuer, éliminer ou atténuer grâce à des systèmes de ventilation adaptés.
La ventilation (mécanique, naturelle ou hybride) qui est analysée sur base de son débit et de son dimensionnement.
Les périodes d’occupation des lieux qui définiront le dimensionnement du débit de ventilation.
Les dommages du bâtiment qui seront également pris en compte pour évaluer si la ventilation est suffisante ou pas pour limiter les conséquences de la condensation (des surfaces, des matériaux et de la structure) par exemple, sur la qualité de l’air.
L’auditeur sera tenu d’indiquer dans son rapport :
la méthode de dimensionnement
les sources de polluants identifiées et le type de ventilation nécessaire à leur réduction ou élimination.
la méthode qui sert à établir le débit d’air en fonction de l’occupation
Pour définir le dimensionnement de la ventilation nécessaire, il existe trois méthodes :
La méthode de la qualité de l’air perçue permettra d’identifier le potentiel polluant ambiant et les normes requises pour le diluer via une ventilation adéquate. Le tableau[1] ci-dessous reprend les catégories de qualité d’air attendues dans les bâtiments non-résidentiels pour personnes « non adaptés » (personnes au faible métabolisme et régulation moins efficace de la température corporelle telles que les personnes âgées) et dans les bâtiments résidentiels pour personnes adaptées.
Tableau 4 – Catégories de qualité d’ambiance intérieure
Catégorie
Niveau attendu
QAII
Haute
QAIII
Moyenne
QAIIII
Modérée
QAIIV
Faible
NOTE : Dans les tableaux, seuls les numéros de catégorie sont utilisés sans le symbole QAIx
Selon l’annexe B et ses valeurs par défaut, le renouvellement de l’air s’exprime en litre par seconde par personne et la valeur ne peut jamais être en-dessous de 4 l / s par personne.
La ventilation dilue ou élimine les polluants :
émis par les personnes (bio-effluents)
émis par le bâtiment et les systèmes
Sa capacité sera établie dans un rapport entre les deux (nombre d’occupants et type de bâtiment).
Voici deux tableaux[2] avec les valeurs par défaut pour les deux sources de polluants :
Tableau B6 – Débits de ventilation de dimensionnement pour des personnes sédentaires, adultes, non adaptées, pour diluer les émissions (bio-effluents) dues aux personnes, pour différentes catégories
Catégorie
Pourcentage attendu d’insatisfaits
Débit d’air par personne non adaptée
I / (s par personne)
I
15
10
II
20
7
III
30
4
IV
40
2,5
Tableau B7 – Débits de ventilation de dimensionnement pour diluer les émissions dues aux différents types de bâtiments
Catégorie
Bâtiment très peu polluant, LPB-1
I/(s m²)
Bâtiment peu polluant, LPB-2
I/(s m²)
Bâtiment non faiblement polluant, LPB-3
I/(s m²)
I
0,5
1,0
2,0
II
0,35
0,7
1,4
III
0,2
0,4
0,8
IV
0,15
0,3
0,6
La méthode des valeurs limites de substances polluantes et le débit de ventilation nécessaire à sa dilution se basent sur la formule suivante[3]:
Qh : est le débit de ventilation requis pour la dilution, en m² par seconde ;
Gh : est le débit de génération de la substance, en microgrammes par seconde ;
Ch,i : est la valeur guide de la substance, en microgrammes par m² ;
Ch,o : est la concentration en substances de l’ait fourni, en microgrammes par m² ;
εv : est l’efficacité de la ventilation.
Cette deuxième méthode de calcul se base sur la concentration des substances polluantes émises sous forme de CO2 et présentes dans le tableau[4] des valeurs par défaut ci-dessous.
Tableau B.9 – Concentrations en CO2 de dimensionnement par défaut au-dessus de la concentration extérieure en supposant une émission de CO2 normalisée de 20 L/(h/personne)
Catégorie
Concentration correspondante en CO2 au-dessus de celle extérieure, en PPM, pour des personnes non adaptées
I
550 (10)
II
800 (7)
III
1 350 (4)
IV
1 350 (4)
La méthode du débit minimum d’air de ventilation est ici défini pour satisfaire aux exigences de la qualité de l’air perçue et à la santé des personnes dans la pièce occupée.
Elle implique une distinction entre bâtiments résidentiels et non-résidentiels.
Les méthodes énumérées ci-dessus sont prescrites pour les bâtiments non-résidentiels si aucune norme nationale n’a été définie.
Pour les bâtiments résidentiels, le débit de ventilation se base sur un taux horaire à appliquer pour le renouvellement de l’air.
La certification et les normes concernant la qualité de l’air impliquent enfin une analyse de l’accès aux fenêtres ouvrables par les personnes occupants le bâtiment et de la filtration et épuration de l’air qui permettent de réduire
la quantité de substances polluantes dans l’air via des prises d’air extérieures
les odeurs et contaminants gazeux grâce à un système d’épuration circulaire
la pollution de l’air intérieur via un système de filtration secondaire.
Cette troisième méthode se base sur le débit d’air de ventilation selon la superficie de la pièce en mètres carrés. Elle diffère selon qu’il s’agisse de bâtiment résidentiels ou pas. Voici un tableau[5] de valeurs par défaut pour un bureau.
Tableau B10 – débits d’air de ventilation de dimensionnement prédéfinis par défaut pour un bureau (personne non adaptée)
Catégorie
Débit total d’air de ventilation de dimensionnement pour la pièce
I/(s par personne)
I/(sec.m²)
I
20
2
II
14
1,4
III
8
0,8
IV
5,5
0,55
l’ambiance thermique
Pour les bâtiments chauffés ou refroidis mécaniquement, l’auditeur objectivera son évaluation sur base du type d’activité et l’isolation thermique des vêtements des occupants selon les saisons. Le dimensionnement des systèmes de refroidissement devra donc être calculé en fonction de valeurs de confort maximale pour le refroidissement (en été) et minimale pour le chauffage (en hiver).
Pour évaluer l’ambiance thermique du bâtiment, les critères utilisés concernent :
la conception du bâtiment tels que le dimensionnement de ses fenêtres, la protection solaire ou sa masse, entre autres.
les systèmes de chauffage, ventilation et conditionnement d’air (CVCA).
Les valeurs de référence par défaut pour estimer une ambiance thermique requise diffèrent selon :
le type de bâtiment (résidentiels et non-résidentiels)
le type d’espace où l’activité peut être
sédentaire, comme dans une salle de séjour
active, en déplacement ou debout tel que les locaux de service et de stockage.
le type de travail qui allie sédentarité et activité tels que des bureaux individuels, cafétérias, salles de classe ou de réunion.
Ces valeurs servent au dimensionnement des bâtiments avec systèmes mécaniques de chauffage et de refroidissement utilisés durant les saisons correspondantes.
Pour les bâtiments sans systèmes mécaniques mais dotés uniquement d’ouvertures de type fenêtres ou lanterneaux, la valeur de référence se base sur des recommandations qui dépendent de la température extérieure.
Dans le cadre d’une activité sédentaire où les occupants sont en mesure d’adapter leurs tenues vestimentaires :
En été, ce sont des critères adaptatifs qui régissent la certification thermique.
En hiver, l’auditeur se basera sur les valeurs par défaut au même titre qu’un bâtiment avec système de chauffage mécanique.
Aussi, l’augmentation de la vitesse de l’air en été pour ce type de bâtiment accepte les systèmes artificiels tels que des ventilateurs à condition que ceux-ci soient sous le contrôle des occupants.
Chaque bâtiment, zone, pièce et catégories d’occupant sont pris en compte pour définir l’ambiance thermique constatée et les températures requises à atteindre. Par conséquent, l’inconfort thermique est quantifiable par des catégories représentées dans l’annexe B et les valeurs par défaut au niveau européen dans le tableau[6] ci-dessous :
Pour les bâtiments sans systèmes mécaniques, les critères d’évaluation sont les mêmes que ci-dessus. Une exception est faite pour des immeubles de bureaux ou similaires où aucune tenue n’est imposée et où l’occupation est relativement sédentaire. Le fait que les occupants aient accès à des ouvertures tels que fenêtres, volets ou lanterneaux doit être intégré dans le rapport.
Enfin, des calculs saisonniers, mensuels et horaires sont à intégrer dans le calcul énergétique de l’ambiance thermique requise.
L’éclairage
Dans la certification de la PEB, l’éclairage est un autre critère à évaluer. En effet, une luminosité adéquate est requise afin que les occupants puissent effectuer leurs tâches visuelles dans un confort défini. Les types de tâches serviront de critères pour définir des niveaux d’éclairement. Une différence entre les bâtiments résidentiels et non-résidentiels est à prendre en compte dans l’évaluation :
Bâtiments non-résidentiels : il faut qu’un niveau de lumière du jour soit atteint pour le confort des travailleurs. Des exceptions sont faites telles que pour les infrastructures sportives. Les niveaux à atteindre sont repris dans le tableau[7] suivant :
Tableau B.1B – exemples de critères pour certains bâtiments et espaces selon la série EN 12464
N° de réf. selon
l’EN 12464-1:2011
Type d’espace, de tâche ou d’activité
Em
lx
5.26.2
5.26.5
Bureaux – Ecriture, saisie, lecture, traitement de données.
Salles de conférence et de réunion.
500
5.36-5.36.3
Bâtiments d’enseignement, salles de classe, salles de travaux dirigés, salles de classe pour cours du soir et formation des adulters, auditoriums, amphithéâtre.
500
5.36.24
Locaux scolaires, bâtiments d’enseignement, salles de sport, gymnases, piscines.
300
NOTE : Utilisation spécifique de tâches visuelles non encore identifiée. Pour un éclairage spécifique de dimensionnement détaillé, des normes telles que l’EN 12464-1 sont nécessaires.
Bâtiment résidentiels : Lumière du jour, lumière électrique et combinaison des deux doivent être prises en compte. Notons que, même si un minimum d’éclairage naturel est requis, il ne faut pas qu’il provoque l’éblouissement ou la surchauffe.
L’acoustique
Lorsqu’elle parle d’acoustique, la norme inclut le bruit provoqué par les systèmes de ventilation, filtration, refroidissement ou chauffage. Les niveaux sonores sont évalués sur base de la pression acoustique, sa réverbération et son absorption.
Elle prend en compte que le son émanant des systèmes de ventilation, par exemple, peut servir à masquer d’autres sources de bruit et maintenir une confidentialité acoustique.
Les sons venant de l’extérieur sont compris dans le rapport. Mais des prescriptions en termes d’isolation acoustique peuvent être imposées sur base du bruit des équipements techniques et la limitation de leur pression acoustique mais pas sur base du bruit extérieur. Ceci dit, la certification de performance énergétique ne validera pas forcément des ouvertures de type fenêtres comme unique ventilation si le bruit extérieur est trop élevé par rapport au niveau acoustique imposé.
Le tableau ci-dessous comporte des valeurs qui ne concernent que le bruit présent à l’intérieur du local et provoqué par les systèmes de ventilation et de chauffage, par exemple.[8]
Tableau B.20 – Exemple de niveau sonore continu équivalent de dimensionnement LAeq,nT [DB(A)] pour des sources continues
Bâtiment
Type d’espace
Niveau sonore continu équivalent Leq,nT,A [DB(A)]
I
II
III
Résidentiel
Salle de séjour
< 30
< 35
< 40
Chambres
< 25
< 30
< 35
Lieux publics
Auditoriums
< 24
< 28
< 32
Bibliothèques
< 25
< 30
< 35
Cinémas
< 24
< 28
< 32
Musées
< 28
< 32
< 36
Lieux commerciaux
Magasins de détail
< 35
< 40
< 45
Grands magasins, supermarchés
< 40
< 45
< 50
Hôpitaux
Chambres
< 25
< 30
< 35
Salles de consultation
< 32
< 36
< 40
Salles d’opération
< 35
< 40
< 45
Hôtels
Chambres d’hôtel
< 25
< 30
< 35
Réception, halls d’entrée
< 30
< 35
< 40
Bureaux
Petits bureaux
< 30
< 35
< 40
Bureaux paysagés
< 35
< 40
< 45
Salle de réunion
< 30
< 35
< 40
5. L’humidité
Deux types de critères influent sur le taux d’humidité requis pour un bâtiment
le confort thermique et la qualité de l’air intérieur
les exigences physiques pour le bâtiment (condensations, développement de moisissures, etc.).
Des exceptions pour des bâtiments de type musées, monuments historiques ou églises sont à signaler. Des exigences additionnelles relatives à l’humidité doivent être prises en compte.
Il est rare que l’humidification ou la déshumidification de l’air d’une pièce soit demandée. Cependant, le fait qu’elles soient préexistantes à l’excès doit être évité.
Des limites sont imposées et doivent être indiquées dans le rapport. Comme pour les autres critères, l’occupation ou l’inoccupation du bâtiment entrent en jeu. Même si les bâtiments non occupés ne sont pas censés être humidifiés (sauf pour les musées, par exemple), ils peuvent, en revanche être tenus d’être déshumidifiés afin d’éviter sa détérioration.
Voici un tableau[9] reprenant les critères utilisés pour prescrire une conception et un dimensionnement en adéquation avec les calculs énergétiques.
Tableau B.16 – Exemple de critères de dimensionnement recommandés pour l’humidité dans des espaces occupés si des dispositifs d’humidification ou de déshumidification sont installés
Types de bâtiment / espace
Catégorie
Humidité relative de dimensionnement pour la déshumidification %
Humidité relative de dimensionnement pour l’humidification %
Espaces dans lesquels les critères d’humidité sont liés à l’occupation humaine.
Des espaces particuliers (musées, églises, etc.) peuvent nécessiter d’autres limites.
I
50
30
II
60
25
III
70
20
Conclusion
Via cette norme, nous aurons compris que les valeurs par défaut ne peuvent pas toujours s’adapter à tous les pays européens vu la différence de nos climats et nos habitudes de consommation thermique, notamment. La flexibilité de cette norme belge permet d’adapter les valeurs sur base de textes juridiques adaptés par nos autorités.
Si vraiment aucune valeur (par défaut ou d’adaptation) n’était présente dans la version européenne ou nationale, l’Organisation Mondiale de la Santé constitue un guide des références à suivre. C’est le cas des valeurs concernant les polluants intervenant sur la qualité de l’air intérieur tels que le benzène, les hydrocarbures, l’ozone ou les particules en suspension dans l’air.
Nous avons vu que l’évaluation concernant la ventilation des bâtiments s’intègre dans la prise un compte d’une série de critères indirects qui semblent aller de soi telle que l’humidité, la qualité de l’air ou le confort thermique. Mais l’intégration des critères acoustiques et lumineux n’est pas négligeable une fois que nous relisons leur implication en termes de bien-être et de santé publique.
Une fois chaque critère analysé pour la ventilation des bâtiments, des améliorations sont parfois à envisager afin d’optimiser la santé des occupants des bâtiments concernés. Une fois les améliorations ou les conceptions de nouveaux systèmes de ventilation installés, c’est non seulement l’occupant, le visiteur, le travailleur ou le propriétaire qui seront impactés mais aussi toute la société qui, indirectement, se voit affectée positivement par les actions mises en place au niveau national, européen voire mondial.
De la productivité des travailleurs en passant par l’économie énergétique et environnementale, la norme a pour objectif d’optimiser notre rapport à l’humain et à la nature.
[1] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6), Tableau 4 — Catégories de qualité d’ambiance intérieure, page 18
[2] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6)
Tableau B.6 — Débits de ventilation de dimensionnement pour des personnes sédentaires, adultes, non adaptées, pour diluer les émissions (bio‐effluents) dues aux personnes, pour différentes catégories
Tableau B.7 — Débits de ventilation de dimensionnement pour diluer les émissions dues aux différents types bâtiments, page 54
Tableau B.9 – Concentrations en CO2 de dimensionnement par défaut au‐dessus de la concentration extérieure en supposant une émission de CO2 normalisée de 20 L/(h par personne), page 55
[3] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6), Formule (2), page 22
[4] Idem, Tableau B.9 — Concentrations en CO2 de dimensionnement par défaut au‐dessus de la concentration extérieure en supposant une émission de CO2 normalisée de 20 L/(h par personne), page 55
[5] Idem, Tableau B.10 — Débits d’air de ventilation de dimensionnement prédéfinis par défaut pour un
bureau (personne non adaptée), page 55
[6] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6), Tableau B.3 — Critères de dimensionnement d’inconfort thermique local, page 48
[7] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6), Tableau B.18 — Exemples de critères pour certains bâtiments et espaces selon la série EN 12464, page 60
[8] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6), Tableau B.20 — Exemples de niveau sonore continu équivalent de dimensionnement, LAeq,nT [dB(A)] pour des sources continues, page 61
[9] Performance énergétique des bâtiments – Ventilation des bâtiments – Partie 1 : Données d’entrées d’ambiance intérieure pour la conception et l’évaluation de la performance énergétique des bâtiments couvrant la qualité de l’air intérieur, l’ambiance thermique, l’éclairage et l’acoustique (Module M1-6), Tableau B.16 — Exemple de critères de dimensionnement recommandés pour l’humidité dans des espaces occupés si des dispositifs d’humidification ou de déshumidification sont installés, page 59
L’épidémie liée au coronavirus SARS-CoV2 est l’occasion de faire le point sur la dispersion des agents pathogènes dans les bâtiments, et le rôle des réseaux de ventilation.
A l’évidence, les espaces confinés et mal ventilés sont favorables à la transmission des infections respiratoires. La durée de l’exposition à ce type d’environnement semble jouer un rôle (dans ce type d’espaces, les transmissions se font de deux façons : par gouttelettes, expulsées lorsque l’on parle, éternue ou tousse, et par aérosols).
La différence entre gouttelettes et aérosols tient en leur taille et, par conséquence, leur capacité à rester plus ou moins longtemps en suspension dans l’air et à éventuellement se disperser dans un réseau de ventilation. Certaines maladies, notamment liées au coronavirus SARS-CoV2, se transmettent également par le contact de surfaces infectées. Il s’agit là d’un mode de transmission qui n’est pas lié aux aspects techniques du bâtiment et que nous n’aborderons pas.
Les gouttelettes (> 10 micron) sont relativement lourdes et tombent à 1 ou 2 mètres de la personne qui les émets en toussant ou éternuant. La transmission se fait dès lors largement par le contact des mains avec des surfaces ou objets préalablement contaminées, puis le transfert des mains vers les yeux ou le système respiratoire. Une transmission directe par inhalation est néanmoins possible entre deux personnes proches (1 à 2 mètres).
Les aérosols sont formés par l’évaporation et dessiccation de gouttelettes. Il a été montré que les particules SARS-CoV-2 peuvent rester actives près de 3 heures dans l’air après leur production ((REHVA, REHVA COVID-19 guidance document, April 3, 2020, disponible sur : https://www.rehva.eu/fileadmin/user_upload/REHVA_COVID-19_guidance_document_ver2_20200403_1.pdf)).Des particules si petites peuvent facilement être portées sur de longueurs distances par des mouvements d’air tels que présents dans les bâtiments. La contamination se produit alors par inhalation sans contact rapproché.
Modes de transmissions des coronavirus (inspiré de publications de l’OMS).
Recommandations
Rapidement après le début de l’épidémie de COVID19, la Fédération des Associations Européennes de Chauffage, Ventilation et Air-conditionnée (REHVA) a publié des recommandations destinées à prévenir la transmission de la maladie. Ces recommandations n’étant pas, à ce moment, appuyées par des preuves scientifiques suffisantes, il s’agissait de recommandations de prudence pour les bâtiments tertiaires, à l’exclusions des bâtiments de soins.
Il est à noter qu’au moment de la publication des recommandations du REHVA, il était supposé que la transmission du SARS-CoV2 ce faisant par gouttelettes et contact uniquement. La transmission par aérosols n’avait pas encore été mise en évidence.
Les études scientifiques avançant, le European Center for Disease prevention and Control (ECDC) a publié en juin 2020 des recommandations concernant les systèmes de ventilation dans le cadre de la prévention du COVID19. Celles-ci sont globalement cohérentes, bien que moins détaillées, que celles du REHVA.
Globalement, ces recommandations portent principalement sur le maintien de taux de renouvellement d’air élevés.
Dans ce qui suit, sauf mention contraire, les recommandations pointées sont celles du REHVA.
Garantir des débits de ventilation élevés
L’objectif est d’assurer le plus haut taux de ventilation possible par personne, grâce à :
L’élargissement des plages de ventilation : commencer la ventilation hygiénique 2 heures avant l’occupation du bâtiment, et l’interrompre deux heures après.
La continuation d’une ventilation non-nulle en-dehors des périodes d’occupation.
L’adaptation des consignes de modulations, par exemple en réduisant les valeurs cibles des régulations sur base de CO2 à 400 ppm, de sorte que le débit nominal de l’installation soit assuré en permanence.
En mi-saison, ces recommandations ont un impact énergétique limité. En plein été ou hiver par contre, elles risquent d’augmenter significativement les charges thermiques. Il faut donc rester vigilant et veiller à revenir à un fonctionnement « normal » dès que la situation sanitaire le permet.
D’autres recommandations liées sont :
D’utiliser autant que possible de l’air extérieur, notamment par l’ouverture des fenêtres, même dans les bâtiment équipés de systèmes de ventilation mécaniques. Cela revient à valoriser les solutions de ventilation intensive mécanique ou naturelle, comme on le fait pour éviter les surchauffes estivales.
De garantir la dépression dans les locaux sanitaires pour limiter les risques de transmission fécale-orale. Cela implique de ne pas y ouvrir les fenêtres lorsqu’une évacuation mécanique par cheminée est prévue, pour ne pas risques des inversions de flux d’air.
A ce jour (juillet 2020), il n’y a pas de preuve de cas de contamination COVID19 liées à des réseaux de ventilation ((ECDC, Heating, ventilation and air-conditioning systems in the context of COVID-19, juin 2020,
disponible sur : https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/files/documents/Ventilation-in-the-context-of-COVID-19.pdf)). Néanmoins, les aérosols sont plus fins que les filtres classiquement utilisés et peuvent donc être distribués dans un bâtiment par un système de ventilation avec recyclage d’air. Ces systèmes doivent donc être absolument évités en période d’épidémie.
La présence de filtres en amont des clapets de mélange ne change pas cette recommandation, dans la mesure où ils ne sont pas assez fins que pour éviter le passage de particules de type aérosols.
Des systèmes de refroidissement à détente directe, tels que les climatiseurs, entrainent également des mouvements d’air important dans un local, ce qui peut favoriser la dispersion des aérosols. L’usage de ceux-ci doit également être évité. Par contre, si ces climatiseurs ne peuvent être arrêtés complètement, il est recommandé de laisser tourner leurs ventilateurs en continu, de façon à éviter une sédimentation de particules au niveau des filtres et un apport important de particules dans l’air au moment du réenclenchement.
Dans le même esprit, on évitera les pulsions d’air directement sur les personnes pour éviter que ce jet ne devienne vecteur de transmission si la personne qui se trouve dans le flux est infectée.
Utilisation sûre de la récupération de chaleur
Des inétanchéités au sein du dispositif de récupération de chaleur peuvent engendrer des contaminations, comme le ferait un recyclage.
C’est particulièrement sensible pour les échangeurs à régénération. En théorie, et lorsque l’installation est bien réalisée et entretenue, les inétanchéité de ces échangeurs sont de l’ordre de 1 à 2% du débit passant, similaire à celles des échangeurs à plaques. Des inétanchéités de l’ordre de 20% sont par contre possibles en cas de défaut, typiquement à cause de déséquilibres entre les débits entrant et sortant.
Pour résoudre cela à court terme, une augmentation des débits globaux est recommandée, les déséquilibres étant relativement plus important à petits débits. Un by-pass de l’échangeur de chaleur et également possible, sans conséquence énergétique importante en mi-saison.
Eventuellement prévoir une filtration spécifique
Les particules liées à la transmission du SARS-CoV2 sont dans la gamme 70-120 nm. Pour cette gamme de particule, les filtres de type HEPA ont montré leur efficacité. Il s’agit des filtres dit « absolus », ou classes H10 à H14 selon la norme EN779, à savoir les filtres généralement utilisés dans les laboratoires, salles d’opérations, industries pharmaceutiques, … bien plus fins que ceux présents habituellement dans les bâtiments tertiaires.
Néanmoins, des systèmes de filtrations autonomes spécifiques peuvent être temporairement ajouté dans les locaux, pour peu qu’ils soient équipés de filtres HEPA. Leur efficacité a été démontrée, avec des réductions de concentration d’aérosols allant jusqu’à 90% ((J. Curtius, M. Granzin & J. Schrod (2021) Testing mobile air purifiers in a school classroom: Reducing the airborne transmission risk for SARS-CoV-2, Aerosol Science and Technology, DOI: 10.1080/02786826.2021.1877257)). Attention cependant à correctement les dimensionner. Leur efficacité dépendra de leur capacité à gérer le volume d’une classe. Un outil d’aide au dimensionnement est disponible.
Les systèmes portables de filtration électrostatique ou de désinfection par ultra-violet peuvent également être efficaces, lorsqu’il n’est pas possible d’assurer un apport d’air neuf important ((Hogeling, Jaap, et al. How Can Airborne Transmission of Covid-19 Indoors Be Minimised ? Disponible sur https://scholar.colorado.edu/concern/articles/8w32r666s)). Mais dû au faible débit que ces systèmes peuvent traiter, ils ne purifieront que des petites zones et doivent donc être placés à proximité immédiate des occupants. Attention cependant aux émissions d’ozone que ces types de purificateurs d’air engendrent. Un rapport présentant les différentes technologies de purificateurs d’air est indiqué en bibliographie ((Kirkman, Sophie, et al. Effectiveness of Air Cleaners for Removal of Virus-Containing Respiratory Droplets: Recommendations for Air Cleaner Selection for Campus Spaces, May 2020, disponible sur https://shellym80304.files.wordpress.com/2020/06/air-cleaner-report.pdf)).
L’arrêté ministériel du 12 mai 2021 relatif aux conditions de mises sur la marché de produits purificateurs d’air donne des indications précieuses sur quelles technologies éviter et privilégier. Bien que limité dans sa durée d’application et lié au contexte spécifique de la pandémie SARS-CoV-2, nous estimons que ces règles peuvent servir de cadre plus général dans le choix des systèmes de purification. Cet arrêté rappelle la priorité à donner à l’aération des espaces sur la purification d’air, et précise dans son article 5 qu’est interdite la mise sur la marché des produits mobiles et non mobiles de purification d’air destinés à être installés dans les locaux fréquentés par le public et qui se composent d’une ou plusieurs des techniques suivantes couplées ou non à une ventilation :
de l’ozone, les systèmes à plasma froid ;
les systèmes qui utilisent des UV-C et qui ne suivent pas les conditions fixées à l’article 3, 7° et à l’article 4, 8° ;
la combinaison d’UV et de solides photo-catalytiques (principalement le TiO2) ;
l’ionisation de l’air sans capture des précipités ;
brumisation au peroxyde d’hydrogène.
Le même arrêté encadre les performances attendues des systèmes de purification autorisés (voir le texte de l’arrêté pour les détail des exigences) :
Filtres : filtres répondent aux normes HEPA de la classe H13 (efficacité de rétention de 99,95%), HEPA de la classe H14 et EPA de la classe E12 (efficacité de rétention de 99,95%, de 99,995% et 99,5% respectivement, selon les normes NBN EN 1822:2019 et EN ISO 29463). Les filtres doivent être intégrés dans un boitier au système de ventilation pour prévenir toute fuite possible de sorte que l’efficacité totale du système est égale à l’efficacité du filtre seul.
Précipitateur électrostatiques : l’efficacité des précipitateurs électrostatiques est au minimum celle des filtres EPA de la classe H13. Le système de collecteur de précipités doit être remplaçable et la production d’ozone affichée sur l’appareil, les lampes doivent être placées dans un boîtier d’où aucune lumière ne peut s’échapper, ou le système de purification d’air non mobile doit être conforme aux normes de sécurité EN ISO 15858.
lampes UVC : la longueur d’onde des lampes UVC doit être garantie, par le fabricant ou le responsable de la mise sur le marché selon leur utilisation : entre 185 et 240 nm pour générer de l’ozone et entre 220 et 280 nm pour inactiver le SARS-CoV-2, avec une efficacité au moins équivalente à celle des filtres EPA de la classe E12. Les lampes doivent être placées dans un boîtier d’où aucune lumière ne peut s’échapper et conformes aux normes de sécurité reconnues EN IEC 60335-2-65 dans le cas d’un système fermé, ou aux normes de sécurité reconnues EN IEC 62471 et IEC PAS 63313 dans le cas d’un système ouvert.
Efficacité des différents systèmes de filtration
Pour la plupart des techniques, leur efficacité n’est prouvée qu’en laboratoire. Or, les conditions réelles influent largement sur la circulation de l’air et des particules par les mouvements des personnes. L’efficacité de tous les purificateurs dépend aussi de leur CADR.
Le CADR pour « Clean Air Delivery Rate » correspond au débit d’air purifié par un appareil en m3/heure. Certains systèmes sont dotés de plusieurs positions de CADR. Dans ce cas, elles doivent être mentionnées par le fabricant, soit sur l’appareil lui-même, soit dans son manuel technique.
En conclusion, les chercheurs et les autorités se rejoignent pour dire que l’usage des purificateurs d’air est fortement conseillé, particulièrement dans les lieux où une aération régulière n’est pas possible. Il est sûr que ces appareils ne garantissent pas un air totalement sain. Dans les recommandations principales en matière de protection contre le SARS-CoV-2 dans les lieux clos, les autorités insistent sur l’aération des pièces. Aucun dispositif de purification d’air présent sur le marché ne peut se substituer au renouvellement de l’air par aération. Au niveau français, le Haut Conseil Supérieur de la Santé (HCSP) insiste aussi sur la nécessité du respect des gestes barrières, ils réduisent fortement le risque de transmission du SARS-CoV-2((Haut Conseil de la santé publique – Avis relatif au recours à des unités mobiles de purification de l’air dans le cadre de la maitrise de la diffusion du SARS-CoV-2 dans les espaces clos – 14 mai 2021)).
Afin de compléter notre propos concernant la filtration, voici également un article portant sur la classification des filtres à air.
Prendre ses précautions lors des entretiens
Les entretient normaux d’équipement techniques tels que les filtres ou ventilateurs doivent être maintenus en période d’épidémie, pour assurer leur bon fonctionnement, en particulier garantir que les débits d’air souhaités sont effectivement obtenus.
Cependant, il faut veiller à la santé des personnes qui effectuent ces entretiens. On partira donc du principe de sécurité que les équipements faisant l’objet de l’entretien son contaminés, en particulier les filtres liés au réseau d’extraction d’air, dans des bâtiments où des cas de contamination ont été identifiés.
Le personnel interviendra dans une installation à l’arrêt, pour ne pas se trouver dans un flux d’air potentiellement contaminé, sera équipé de gants et d’une protection faciale, et les filtres usagés seront placés dans des sacs scellés.
Les fausses bonnes idées
Contrairement à d’autres transmissions par virus, jouer sur les conditions d’ambiance hydrique et thermique n’a pas d’impact sur les coronavirus. Ceux-ci résistent sans difficultés jusqu’à des humidités au-delà de 80% et des températures au-delà de 30°C, soit au-delà des zones de confort. L’humidification et le traitement d’air ne sont donc pas des moyens de prévention efficaces, et il n’y a pas lieu de modifier les consignes habituelles. Néanmoins, l’ASHRAE recommande de maintenir une humidité relative supérieure à 40%, notamment pour limiter le stress au niveau des systèmes respiratoires des occupants ((ASHRAE, COVID-19 (CORONAVIRUS) PREPAREDNESS RESOURCES, juin 2020,
disponible sur https://www.ashrae.org/technical-resources/resources)).
De la même façon, le nettoyage des conduits de ventilation ne limite pas les risques de contamination. Les particules sont soit trop lourdes pour être aspirées dans les conduits, soit trop légères (aérosols) que pour se déposer à leur surface. Il n’est donc pas recommandé d’augmenter la fréquence d’entretien normale.
Enfin, les remplacement de filtres au niveau des prises d’air extérieur ne doivent pas être fait plus fréquemment qu’à l’accoutumée. Ces filtres ne sont pas considérés comme des sources de contamination, et l’air extérieur est supposé sain.
Afin d’aller plus loin dans votre démarche de sensibilisation et en particulier dans les écoles, nous vous avons compilé les sites de références en la matière :
Le bâtiment demeure l’un des plus importants postes de consommation d’énergie en Belgique et plus généralement en Europe. Aujourd’hui plus de 80% des coûts d’exploitation du bâtiment sont liés aux personnes qui les occupent et environ 30% des coûts opérationnels d’un bâtiment sont consacrés à l’énergie. La maîtrise de l’efficacité énergétique des bâtiments permettant de réduire substantiellement la consommation énergétique et les émissions de CO2 est donc un facteur indispensable au développement du bâtiment et plus généralement de la ville de demain.
Dans ce contexte, les bâtiments tertiaires possèdent indéniablement le plus grand potentiel d’économie d’énergie de tous les secteurs d’activités. Les nouvelles technologies de l’Information et de la Communication (NTIC) offrent notamment de nouvelles perspectives par une amélioration du contrôle et de la gestion de l’énergie. La possibilité d’accéder directement à des données interconnectées au sein d’un même bâtiment permet d’intervenir rapidement sur les installations et équipements afin de corriger un dysfonctionnement ou une surconsommation détectée. Dans un futur très proche, le développement d’une maintenance prédictive permettra par ailleurs, grâce à l’analyse des données, de prévoir ces dysfonctionnements et d’agir en amont, avant que l’équipement ne tombe en panne, réduisant ainsi les coûts de maintenance et la consommation énergétique globale des bâtiments. Ces principes ont pour ambition de transformer le bâtiment, tant dans sa conception que dans la façon d’y vivre ou d’en gérer la consommation. Cet écosystème ouvert s’articule aujourd’hui autour du concept de « SmartBuilding ».
La passerelle est un élément du réseau de communication qui permet de lier des branches utilisant des protocoles différents. Ces éléments sont extrêmement importants dans la réalisation d’un Smartbuilding car ils permettent à différents écosystèmes de fonctionner ensemble en assurant la traduction d’un protocole vers l’autre.
En plus d’assurer la continuité du réseau, la passerelle analyse l’ensemble des données qui transitent. Tout d’abord pour pouvoir les traduire mais également pour les filtrer. Si une requête ne rentre pas dans le cadre fixé par l’intégrateur, cet évènement sera filtré et n’aura pas lieu mais sera tout de même consigné dans un historique. Les passerelles assurent donc un niveau supplémentaire de sécurité au réseau.
SRI (Smart Readiness Indicator) ou Indicateur de Potentiel d’Intelligence.
Ce nouveau paramètre facultatif introduit par la directive européenne 2018/884 sur la performance énergétique des bâtiments vise à quantifier la capacité d’un bâtiment à intégrer et utiliser les nouvelles technologies et systèmes électroniques pour répondre aux besoins des occupants, optimiser les performances et interagir avec le réseau.
À l’instar des certificats PEB, le SRI (Smart Readiness Indicator) a également pour objectif de permettre aux occupants (locataires et propriétaires) de rendre palpable, tangible l’intelligence d’un bâtiment.
L’indicateur vise donc à conscientiser les acteurs de la construction, propriétaires et occupants des bénéfices des technologies dites intelligentes mais aussi à accélérer le déploiement de ces dernières, particulièrement dans la perspective de la performance énergétique en utilisant le SRI comme vecteur de plus-value.
La méthode d’évaluation du SRI est basée sur une inspection des services « smart ready » qui sont présents dans le bâtiment. Par exemple, pour l’éclairage, cela peut aller du simple interrupteur on/off jusqu’aux systèmes qui peuvent moduler l’intensité lumineuse artificiel en fonction de la disponibilité en éclairage naturel.
Pour commencer, le SRI concerne tous les domaines du bâtiment :
Le chauffage,
Le refroidissement,
L’ECS,
La ventilation,
L’éclairage,
Les parties mobiles de l’enveloppe,
L’intégration du renouvelable local,
La flexibilité et la gestion de la demande,
L’intégration du chargement de véhicules électriques dans le système du bâtiment
Le monitoring et le contrôle du bâtiment…
Chaque domaine comprend des sous-domaines appelés services, par exemple, pour les véhicules électriques :
Capacité de recharge
Information à l’occupant et connectivité
Capacité à équilibrer le réseau (peut se charger/décharger sur le bâtiment)
…
Pour chaque service, un degré d’intelligence ou de fonctionnalité devra être donné, par exemple, pour la capacité de recharge :
0 : absente
1 : faible capacité
2 : capacité moyenne
3 : grande capacité
Et pour chaque degré d’intelligence de chaque service, le(s) impact(s) positif(s) seront quantifiés et pondérés en fonction de plusieurs critères comme :
L’économie d’énergie,
La flexibilité énergétique vis-à-vis du réseau,
L’intégration d’énergie renouvelable,
Le confort,
La commodité, ergonomie,
Le bien-être et santé,
La maintenance et la prévention des pannes
L’information des occupants
Exemple :
Pour le domaine chauffage, 12 services sont proposés :
Contrôle des émissions de chaleur
Contrôle des émissions pour les TABS (mode de chauffe)
Contrôle du réseau de distribution d’eau chaude
Contrôle des pompes de distribution en réseau
Contrôle intermittent des émissions et/ou de la distribution – Un contrôleur peut contrôler différentes pièces/zones
Stockage d’énergie thermique pour le chauffage
Contrôle de la préchauffe du bâtiment
Contrôle du générateur de chaleur (combustion)
Contrôle du générateur de chaleur (pompes à chaleur)
Mise en séquence de différentes sources de chaleur
Contrôle du système de chaleur en fonction de signaux extérieurs (prix des énergies, charge réseau…)
Systèmes de récupération de chaleur
Pour le service 1 : contrôle des émissions de chaleur, plusieurs niveaux d’intelligences/fonctionnalités sont possibles :
Pas de contrôle automatisé ;
Thermostat central ;
Contrôle pièce par pièce (vanne thermostatique ou contrôleur électronique) ;
Contrôle pièce par pièce et communication entre les vannes/contrôleurs et le système centralisé de contrôle et d’automatisation « BACS » (building automation and control system) ;
Contrôle pièce par pièce avec communication et détection de présence.
En fonction du niveau choisi, les points suivants seront par exemple considérés pour chaque impact dans le calcul :
Niveau d’intelligence/fonctionnalité
Impacts
Économies d’énergie
Flexibilité pour le réseau et le stockage
Favorise les énergies renouvelables
Confort
Commodité Ergonomie/ Facilité
Santé et bien-être
Entretien et prédiction des pannes
Affichage des informations pour l’occupant
0
Pas de contrôle automatisé
0
0
0
0
0
0
0
0
1
Thermostat central
1
0
0
1
1
0
0
0
2
Contrôle pièce par pièce (vanne thermostatique ou contrôleur électronique)
2
0
0
2
2
0
0
0
3
Contrôle pièce par pièce et communication entre les vannes/contrôleurs et le système centralisé de contrôle et d’automatisation « BACS » (building automation and control system)
2
0
0
2
3
0
1
0
4
Contrôle pièce par pièce avec communication et détection de présence
3
0
0
2
3
0
1
0
Pour chaque domaine (somme de ses services), le score obtenu sera comparé au score maximal pouvant être obtenu par le bâtiment et donnera une valeur en %. Par exemple, pour un bâtiment de logement sans ventilation, sans refroidissement, sans enveloppe mobile et sans renouvelable :
Publiée le 19 juin 2018 : Directive (UE) 2018/844 du Parlement européen et du Conseil du 30 mai 2018 modifiant la directive
La version PDF complète de la directive 2018/844 est disponible sur le site eur-lex.europa !
Cette nouvelle directive intervient dans le cadre des engagements européens relatifs à « l’instauration d’un système énergétique durable, concurrentiel, sûr et décarboné d’ici 2050 ».
Pour rappel, l’Union européenne s’est engagée à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de -40% pour 2030 (par rapport au niveau de 1990) et à décarboner complètement le parc immobilier à l’horizon 2050.
Le Parlement wallon a par ailleurs adopté un décret annonçant l’entrée en vigueur au niveau wallon des exigences sur l’électromobilité au 11 mars 2021. A partir de cette date, en cas de rénovation important ou de nouvelle construction, des exigences de pré-raccordement et/ou d’installation de bornes de recharge pour véhicules électriques doivent être respectées.
Pour les professionnels, toutes les informations concernant les nouvelles exigences PEB sont accessibles via la rubrique « La réglementation wallonne – PEB ».
Amendements principaux
L’évolution majeure apportée par la directive concerne la prise en compte des systèmes d’automatisation et de contrôle aussi appelés « BACS » (Building Automation and Control System) comme un nouveau domaine technique du bâtiment. Le domaine de l’automatisation et du contrôle des bâtiments est donc considéré comme un système technique à part entière et la définition suivante en est donnée :
« Un système comprenant tous les produits, logiciels et services d’ingénierie à même de soutenir le fonctionnement efficace sur le plan énergétique, économique et sûr des systèmes techniques du bâtiment au moyen de commandes automatiques et en facilitant la gestion manuelle de ces systèmes techniques du bâtiment » [Directive PEB 2018/884]
Les états membres exigent également que « les bâtiments neufs, lorsque cela est techniquement et économiquement réalisable, soient équipés de dispositifs d’autorégulation qui régulent séparément la température de chaque pièce ou, si cela est justifié, d’une zone chauffée déterminée de l’unité du bâtiment. Dans les bâtiments existants, l’installation de ce dispositif d’autorégulation est exigé lors du remplacement de générateurs de chaleur, lorsque cela est techniquement et économiquement réalisable ».
Dans ce cadre, un indicateur de potentiel d’intelligence optionnel (SRI pour Smart Readiness Indicator) fait son apparition et vise à « mesurer la capacité des bâtiments à se prêter à l’utilisation des technologies de l’informations et de la communication et des systèmes électroniques pour en adapter le fonctionnement aux besoins des occupants et du réseau et en améliorer l’efficacité énergétique et la performance globale. » [Directive PEB 2018/884]
La directive intègre également l’électromobilité comme un système intégré au bâtiment (pour plus de détails, consultez le site de la région wallonne à ce sujet). Les VE (véhicules électriques) sont donc pris en comptes notamment pour répondre aux enjeux du stockage d’énergie et améliorer la flexibilité électrique. Des exigences concernant le nombre minimal de points de recharges ou de dispositifs de précablages sont prévues :
Pour les bâtiments non résidentiels neufs et en rénovation importante disposant de plus de dix emplacements de stationnement, un minimum d’un dispositif de recharge sera installé et 1 place sur 5 au moins sera pourvue d’un conduit pour le passage des câbles électriques afin de permettre la mise en œuvre ultérieure d’un point de recharge ;
Pour les bâtiments non résidentiels existants disposant de plus de vingt emplacements de stationnement, un nombre minimal de point de recharge devra être prescrit et installé en œuvre pour 2025
Pour les bâtiments résidentiels neufs et en rénovation importante disposant de plus de dix emplacements de stationnement, toutes les places de parking seront pourvues d’un conduit pour le passage des câbles électriques afin de permettre la mise en œuvre ultérieure d’un point de recharge.
Lorsque cela est techniquement et économiquement réalisable, les bâtiments non résidentiels ayant des installations de chauffage ou des systèmes de chauffage/climatisation et de ventilation des locaux combinés d’une puissance nominale utile est supérieure à 290kW, la directive exige que ces systèmes soient équipés d’un système d’automatisation et de contrôle en 2025. Ces systèmes devront-être capable de :
Suivre, enregistrer, analyser et ajuster la consommation ;
Mesurer l’efficacité des systèmes et détecter les pertes d’efficacité ;
Informer le responsable ou le gestionnaire des possibilités d’amélioration de l’efficacité des systèmes ;
Communiquer avec les autres systèmes du bâtiment, être interopérable ;
Dans le secteur résidentiel, les États membres peuvent exiger que les bâtiments soient pourvus d’un système de suivi de l’efficacité pouvant informer les propriétaires en cas de perte d’efficacité et détecter quand un entretien du système s’impose. Le contrôle de la production, de la distribution, du stockage et de l’utilisation optimale de l’énergie par un système automatisé peut également être exigé.
La directive prévoit que ces systèmes d’automatisation et de contrôle puissent remplacer avantageusement les inspections des systèmes techniques.
Par ailleurs, l’accent est également mis sur la lutte contre la précarité énergétique et une meilleure considération des impacts de l’environnement bâti sur la santé et le bien-être dans les bâtiments.
Le principal représentant de ce type de stockage est l’électrolyse de l’eau qui permet de produire de l’hydrogène.
Contrairement au stockage thermique ou en accumulateurs, ce type de système permet une conservation plus longue, inter-saisonnière, de l’énergie sous forme d’hydrogène.
L’hydrogène comme carburant peut ensuite être valorisé de différentes manières :
Comme carburant combustible directement via le réseau de gaz,
Soit dans une centrale à gaz adaptée. Dans ce cas, in fine, de l’électricité sera reproduite à partir du carburant.
Par production de méthane : en faisant réagir 4 molécules de H2 avec du CO2 du méthane et de l’eau sont produits.
Via une pile à combustible qui fera réagir 2 molécules de H2 avec une molécule de dioxygène pour produire de l’électricité avec un rendement de ±60% et rejeter de l’eau. Ce rendement sera meilleur si la pile à combustible est utilisée en cogénération pour valoriser le dégagement de chaleur.
Les batteries ou accumulateurs électrochimiques sont les moyens de stockage les plus connus. Nous en avons dans nos smartphones, nos appareils photos et de plus en plus souvent dans nos bâtiments.
Les accumulateurs de ce type profitent des propriétés électrochimiques de certains matériaux, notamment des couples oxydant-réducteur comme le Nickel et le Cadmium.
Lors de la phase de charge, l’électricité induit un flux d’électron entre les bornes qui va polariser les électrodes. La borne négative va alors attirer les protons (+) d’un côté de la membrane. Ces protons vont s’accumuler et l’électrolyte qui était initialement neutre et homogène va se polariser: un côté va se charger positivement et l’autre, orphelin de ses protons(+), négativement.
Lorsque tous les protons (+) ont migré d’un côté, l’accumulateur est chargé à 100%.
Dans la phase de décharge (utilisation de l’énergie stockée), cette différence de polarité est utilisée pour mettre des électrons en mouvement dans le sens inverse et produire de l’électricité. Cette circulation en sens inverse des protons va progressivement rétablir l’équilibre de polarité entre les parties chargées positivement et négativement. À partir d’un moment, la tension électrique induite deviendra trop faible et l’accumulateur sera considéré comme « vide ».
Plusieurs matériaux sont utilisables pour réaliser ce principe. En fonction du type d’anode, de cathode et d’électrolyte la densité énergétique, la vitesse de charge, le coût et la stabilité seront variables.
Parmi les technologies les plus courantes, les densités énergétiques sont les suivantes :
Les autres caractéristiques principales de différentes technologies:
Vitesse de charge
Vitesse de décharge naturelle
Nombre de cycles
EFFET mémoire*
Recyclabilité
Coût
Commentaire
Plomb-acide
–
Moyenne
±500
Extrêmementfaible
Très bonne
faible
Supporte mal les cycles trop amples
Ni-Cd
±
rapide
±2000
Oui
Toxique
NiMH
±
rapide
±1000
Oui mais faible
Peu polluant
Li-Ion
++
négligeable
±750
Extrêmementfaible
Mauvaise, coûteuse
Ni-Zn
+
rapide
±300
Oui mais faible
correcte
Moyen
Li-po
++
négligeable
±300
L’effet mémoire est un phénomène physique et chimique qui se manifeste dans certaines technologies d’accumulateurs plus que dans d’autres. S’il se manifeste, ces derniers doivent être déchargés complètement avant d’être rechargés sous peine d’observer une réduction de la capacité de la batterie difficilement récupérable.
Le stockage thermique
Le stockage d’électricité sous forme de chaleur est généralement utilisé tel quel sous forme d’énergie thermique pour l’eau chaude sanitaire ou le chauffage mais peut également être reconvertie et restituée sous forme d’électricité par l’intermédiaire d’une turbine.
Le principe général consiste à chauffer un matériau à haute densité calorifique (de l’eau, de la pierre réfractaire, un matériau à changement de phase, …) dans un milieu clos fortement isolé thermiquement. Le chauffage de la masse à lieu lorsqu’il y a surplus d’électricité.
À l’inverse lorsque l’électricité vient à manquer, la chaleur est libérée et va produire de la vapeur qui continuera son chemin dans une turbine haute température, comme dans une centrale TGV. La turbine va alors se mettre en mouvement et alimenter un alternateur qui pourra injecter du courant alternatif sur le réseau ou dans le bâtiment une fois qu’il sera passé par le transformateur adéquat.
Le stockage En « STEP »
Il s’agit probablement du système de stockage à grand échelle le plus connu. La STEP (Station de transfert d’énergie par pompage) fonctionne par pompage-turbinage. Lorsque le réseau ou le bâtiment est en état de surproduction, pour ne pas gaspiller cette précieuse énergie, une pompe sera actionnée. La pompe élevera alors de l’eau pour la stocker dans un bassin en hauteur (sur la toiture, en haut d’une coline, …).
Cette eau située en hauteur réprésente une énergie potentielle considérable. Ensuite, le fonctionnement est le même que pour un barrage hydroélectrique : au moment opportun, l’eau sera libérée et turbinée pour produire de l’électricité avant de rejoindre le bassin inférieur.
L’énergie disponible est alors égale à :
[La masse] x [la gravité] x [la hauteur de la masse]
Soit, pour un bassin de 1000 m³ (un cube de 10 mètres de côté) situé sur terre (g=9,81 m/s²) à une hauteur moyenne de 20 m par rapport au bassin bas :
1.000.000 kg x 9,81 m/s² x 20 m = 196.200.000 Joules
Soit 54 kWh
Autres systèmes de stockage
Le stockage d’électricité est probablement le Graal du XXIème siècle. C’est pourquoi les ingénieurs rivalisent de créativité pour inventer la solution la plus abordable, verte et performante.
Parmi les solutions que nous rencontrons aujourd’hui, citons le stockage par air comprimé.
Le principe est simple : on profite d’une cavité étanche existante ou on en crée une. Cette cavité sert alors d’espace de stockage pour notre air comprimé. Lorsqu’il y a surproduction, l’électricité va actionner un compresseur, ce dernier va alors faire monter la pression dans notre cavité. Si celle-ci est parfaitement étanche, l’énergie potentielle contenue dans la haute pression peut être conservée très longtemps. Seule la chaleur produite lors de la compression sera perdue en cours de route.
Ensuite, lorsque le bâtiment ou le réseau a besoin d’électricité, cette pression sera libérée et turbinée afin de produire de l’électricité.
Ce système est à la fois relativement simple et compact (l’essentiel se passant en sous-sol) mais nécessite la présence d’une cavité suffisamment grande, étanche, solide et profonde pour résister aux fortes pressions sans se déformer de manière sensible, ce qui provoquerait des désordres à l’installation et son environnement.
Un autre système qui a de beaux jours devant lui dans le secteur des transports et des énergies renouvelables notamment est celui du stockage d’électricité par volant d’inertie. Ici, le système est encore plus simple. L’électricité OU un mouvement rotatif (roue de voiture, éolienne, …) entraine à la rotation un cylindre extrêmement lourd. Ce surplus d’énergie va accélérer la rotation du cylindre à des vitesses pouvant atteindre les 10.000 tours par minute ! Afin de limiter les frottements et donc l’auto-décharge, ce cylindre est monté sur des roulements performants et confiné sous vide.
Ensuite, lorsque le réseau aura besoin d’énergie, le moteur va se transformer en générateur (une dynamo) et produire de l’électricité en freinant électromagnétiquement le volant d’inertie.
Ce type de système est notamment utilisé dans les autobus et certaines voitures hybrides afin de récupérer l’énergie de freinage. Plutôt que de freiner les roues par frottement, les roues sont embrayées progressivement au volant d’inertie. L’inertie du bus en mouvement est alors transmise au volant d’inertie qui prend de la vitesse et ralenti le bus jusqu’à son arrêt complet. À ce moment, le volant est débrayé et le cylindre tourne à vive allure avec peu de frottement. Lorsque les passagers sont tous à bord, le volant d’inertie va être progressivement ré-embrayé au système de traction du bus et lui restituer la quasi-totalité de son énergie de freinage mais sous forme d’accélération cette fois-ci.
Dans le cadre des énergies renouvelables, ce type de système est envisagé comme stockage tampon entre le dispositif de production renouvelable et le bâtiment afin d’éviter que, nous n’ayons à rebasculer sur le réseau au moindre nuage ou manque de vent.
Dans les années à venir, la densité de bornes de recharge pour les VEs devrait drastiquement augmenter sous la pression de l’Europe via la directive EPBD 2018/884. En 2025, les nouvelles constructions et les rénovations lourdes (non-résidentielles) dont le parking fait plus de 10 emplacements devront être équipé d’une borne de recharge et 1 emplacement sur 5 pré-câblée pour pouvoir accueillir une borne dans le futur. Pour les bâtiments existants, la Belgique est invitée par l’Europe à fixer un nombre minimal de points de recharge pour les parkings non résidentiels de plus de 20 emplacements.
Les différentes puissances disponibles
D’un point de vue technique, les bornes de recharge et prises murales les plus courantes des constructeurs sont disponibles en : monophasé et en triphasé, en 16A, 32A et 64 Ampères pour des puissances allant jusqu’à 43 kW pour les bornes rapides.
Les puissances généralement disponibles sont donc les suivantes :
Type de borne
Monophasé
Triphasé
10A (prise classique)
2.3 kW [pour dépanner]
16A
3.7 kW [très lent : +15 à 25 km/hcharge]
11 kW
32A
7.4 kW [Lent : +30 à 45 km/hcharge]
22 kW [Moyen : +60 à 80 km/hcharge]
62A
43 kW [Rapide : +100 à 140 km/hcharge]
Remarque 1 : certaines voitures ont une limite de vitesse de chargement
Remarque 2 : en hiver, la charge peut être ralentie si la batterie est froide
Des « superchargers » voient également le jour sur les aires d’autoroutes. Dans ce cas, les puissances dépassent déjà les 100 kW !
Pour avoir un ordre de grandeur, un véhicule électrique consomme autour de 20 kWh/100 km et leurs batteries ont une capacité allant de ± 20 kWh pour les micro-citadines à 40 kWh pour les petites citadines et jusqu’à 100 kWh pour les plus grosses berlines. Ces « super-chargeurs » sont donc capables de prolonger l’autonomie des VEs compatibles de plus de 200 km en moins de 20 minutes, soit le temps d’une pause-café !
Il est également bon de savoir que les derniers 20-30 % de la charge d’un VE s’effectuent jusqu’à 2 fois plus lentement.
Comme le coût de l’installation d’une borne est proportionnel à sa puissance, le choix de la puissance devra être judicieux. La décision d’opter pour une borne plutôt qu’une autre dépendra du temps de charge disponible et de l’autonomie attendue après recharge (dans les limites de la capacité de la batterie).
EXEMPLE : Quelle puissance mettre en place dans le cas de bornes à destination des employés d’une grande entreprise dont la durée du chargement sera étalée sur 8 heures (de 9 h à 17 h) ?
Comme les employés de cette entreprise travaillent à moins de 100 km de leur domicile mais que tous n’ont pas la possibilité de charger leur véhicule au domicile, une autonomie de 200 km peut, par exemple, être prévue pour assurer le retour au domicile le soir mais également le trajet vers le bureau le lendemain matin. Dans ce cas, les bornes lentes de 7,4 kW sont déjà largement suffisantes. Néanmoins, un électricien avisé pourrait favoriser le triphasé pour des puissances si importantes afin de réduire le courant pour une puissance similaire en augmentant la tension (de 230 v à 400 v). Le choix de la borne triphasé de 11 kW est donc également un bon choix.
Si l’entreprise emploie des consultants devant réaliser une série d’aller-retours sur la journée, quelques bornes rapides de 43 kW pourront s’avérer nécessaire mais uniquement pour cette flotte de véhicules-là !
Les types de connecteurs côté point de charge
Pour raccorder le véhicule à la borne, plusieurs types de fiches de raccordement existent. Pour les recharges lentes et normales (≤ 43 kW), côté borne, ce sont les fiches domestiques et les fiches de « type 2 » qui sont présentes. Tandis que pour les charges rapides (> 50 kW), celle-ci s’effectuent en courant continu avec prises spécifiques.
Les fiches et prises domestique permettent une puissance de 2,3 kW, ce sont celles que nous retrouvons couramment dans nos bâtiments :
Prise domestique. <
Source : Zeplug.com
Dans ce cas-là, pas besoin de borne en tant que tel mais attention tout de même, pour utiliser ce type de prise murale pour le chargement il est impératif d’avoir une installation pouvant supporter 16 ampères au moins sur ce circuit. Il ne faudra également pas utiliser des rallonges en cascade ou un câble trop long ou de section faible sous peine de courir un dangereux risque d’échauffement.
Les fiches de types 2 correspondent au standard Européen et sont les plus courantes. Elles sont utilisées pour les puissances courantes de 3,7 kW à 43 kW, en mono et triphasé, elles se présentent comme ceci :
Prise type 2.
Source : Zeplug.com
En ce qui concerne les bornes rapides, il existe trois autres types de connecteurs.
À partir de 2025, les bornes rapides devront être équipées de connecteurs CCS Combo (pour fonctionner avec les voitures européennes) et CHAdeMO (pour les voitures asiatiques et TESLA avec un adaptateur)
Prise et connecteur CCS Combo.
Source : engie-electrabel.be
Prise et connecteur CHAdeMO.
Source : engie-electrabel.be
Enfin, en dehors des standards Européens, il existe également la prise propriétaire TESLA SuperCharger
Prise et borne TESLA SUPERCHARGER.
Source : engie-electrabel.be
Une des méthodes pour moduler et contrôler le débit du système de ventilation est de mesurer le taux de CO2 d’un local ou d’une zone. En faisant cela, le système peut se faire une idée de l’occupation de l’espace et adapter le taux de renouvellement de l’air. Le CO2 est ici utilisé comme un marqueur de l’occupation en quantité et en intensité. Si le niveau de CO2 dépasse une limite préconfigurée, le système de ventilation augmentera le débit d’arrivé d’air frais pour cet espace.
Détection de l’inoccupation
Quand une inoccupation est détectée dans un espace (information provenant du système d’éclairage ou de détecteurs de présence), le débit de ventilation est rapidement fortement réduit ou complètement mis à l’arrêt pour éviter les pertes d’énergie (ventilation, chauffage et refroidissement). Cette stratégie est généralement destinée aux locaux dont l’utilisation est intermittente par nature (cafétérias, salles de réunions, …).
La valorisation de l’air extérieur
Lorsque l’air extérieur est plus froid que celui de l’espace devant être conditionné et que cette fraicheur est recherchée, le système de gestion du bâtiment pourra ouvrir les ouvertures de ventilation, grilles et autres fenêtres pour valoriser ce refroidissement gratuit et décharger partiellement ou complètement les systèmes mécaniques.
La programmation de plage horaire permet principalement de couper les appareils et systèmes aux moments où ceux-ci sont inutiles. C’est de cette manière et avec peu d’efforts que des économies peuvent être réalisées. Mais cela, une GTC classique peut également s’en charger.
Un Smartbuilding va plus loin, des consignes beaucoup plus précises peuvent être attribuées pour chaque tranche horaire (éclairage à 100% pendant les cours, éclairage à 80% pendant les pauses, …). Mais, surtout, la programmation « de base » s’auto-adapte en fonction de l’information remontée par les capteurs :
Déduction de l’absence/présence par :
Géolocalisation des smartphones des utilisateurs,
État du système d’alarme,
Détection de présence,
Activation d’équipements
Généralement le système de gestion permet la mise en place d’un planning différent pour chaque jour de la semaine, peut tenir compte des vacances et, éventuellement, d’évènements ponctuels (portes-ouvertes le weekend, réception le soir, …). Pratiquement, l’utilisateur définit une série de journées types (couramment de 5 à 7), comme sur l’exemple ci-dessous. Il décide des horaires et des régimes pour chaque sous-système pilotable par le centre de gestion.
Dans un second temps, il spécifie quel jour de la semaine correspond à quel planning journalier type. Plusieurs « semaines types » peuvent ainsi être paramétrées.
Une fois que la semaine type est planifiée, la gestion dite « calendrier » permet ensuite de corriger manuellement pour les exceptions (vacances, évènements, …).
Mais, comme l’humain est imprévisible, il arrive que les heures s’allongent ou qu’un samedi puisse servir pour rattraper un cours ou son retard dans la remise d’un dossier. Pour éviter de se retrouver dans des locaux froids, sans éclairage et avec un pc qui refuse de s’allumer (et oui, toutes les charges sur les prises et appareils en veille sont chassées !), il existe généralement une fonction permettant d’introduire une exception pour une certaine période grâce à laquelle il n’est pas nécessaire de modifier le réglage normal et risquer d’oublier de le rétablir.
La programmation des consignes et des niveaux
Jouer avec les consignes de température ou les niveaux d’éclairement (pour ne citer qu’eux) pour réaliser des économies d’énergie est souvent un énorme défi si l’on ne veut pas affecter le confort des occupants. Dans un bâtiment classique mono-zone ou insuffisamment zoné, disposant de peu de points de mesure et d’une seule température de consigne générale, la marge de manœuvre pour réaliser des économies d’énergie est très faible si l’on veut éviter les plaintes.
Heureusement, dans un smartbuilding, le nombre de zones peut être très élevé, évolutif et leur dimension réduite permettant une détermination plus adaptée des niveaux et une gestion plus fine de la régulation.
Grâce à cela ainsi qu’à la multitude de capteurs et au centre de gestion, les consignes pourront évoluer et dépendre, entre autres, du :
Moment de la journée (voir « programmation des plages horaires »),
La présence et le nombre d’occupant dans une zone,
L’activité des occupants (mesurée ou planifiée),
L’humidité,
La dimension de la zone,
L’exposition solaire de la zone,
L’inertie et la latence à la relance spécifique de la zone,
Les charges internes de la zone…
D’un éventuel contrôleur local d’ajustement pour chaque zone (par exemple, pour déroger de ±2°C à la température prévue par le système)
Grâce à ces nouvelles possibilités, la régulation pourra s’adapter afin que chaque occupant de chaque espace soit dans une situation de confort adaptée à son activité et sa localisation dans le bâtiment. Par ailleurs, l’inoccupation sera planifiée ou détectée et les consignes seront adaptées (extinction de la lumière, réduction du taux de renouvellement horaire de la ventilation hygiénique, …)
Dans certains bâtiments, les plus intelligents, l’historique des mesures et des actions est conservé et analysé par le centre de gestion pour s’ajuster continuellement. Ainsi, si les occupants d’un local diminuent systématiquement la température de leur zone dans certaines conditions (une plage horaire, un type d’ensoleillement, un certain jour de la semaine, …), le centre de gestion, s’il est suffisamment « smart », s’auto-adaptera progressivement en diminuant la température de consigne lorsque ces conditions sont réunies ou, encore mieux, lorsqu’elles sont sur le point d’être réunies.
Les alarmes sont un des aspects les plus importants concernant les fonctionnalités des smartbuilding. Une alarme dans le monde de la domotique, du smart building ou objets connectés n’est pas à comprendre uniquement comme l’expression un problème mais dans un sens plus large comme un « évènement » pouvant déclencher une ou des actions.
Les alarmes sont des dérogations automatisées (préprogrammées) qui vont temporairement produire des exceptions autonomes dans le déroulement planifié des choses en fonction d’évènements.
Bien sûr il s’agit aussi de reporter les suspicions d’avarie d’un système (coupure, baisse de rendement, …), les capteurs défaillants, les ruptures de communication/connexion entre appareils …
Mais une avarie reste un évènement au sens large avec des actions conséquentes, par exemple :
Compte tenu des conditions climatiques et de la puissance demandée à la chaufferie, le système détecte que la température des locaux monte anormalement lentement pendant plus d’une heure. Il y a donc un problème, l’alarme X est déclenchée.
L’Alarme X déclenche des actions :
Action Y1 : coupure de protection des organes de chauffe
Action Y2 : notification au gestionnaire
Action Y3 : affichage du message d’erreur adéquat
Action Y4 : activation d’un système de dépannage si présent
Cet aspect est fondamental et c’est par ce système d’alarme que des systèmes différents peuvent avoir des relations du type « si X alors Y ». Ceci pouvant être agrémenté de conditions de manière quasiment illimitée.
Par exemple, une alarme peut être programmée de la manière suivante : si le taux de CO2 excède 1500ppm dans une pièce, alors, lors du déclenchement de cette alarme, l’ordre est donné à la ventilation de doubler le débit d’air. Une seconde alarme pourra être programmée : Si le niveau de CO2 repasse sous les 1000ppm, alors, le débit peut retrouver son niveau normal. Lorsque le système est plus perfectionné, plutôt que de fonctionner par paliers, celui-ci aura la possibilité de moduler le débit en continu.
Pour enrichir notre chaîne, nous pourrions, en cas de dépassement de 2000ppm, demander au système de l’inscrire dans un registre accompagné de l’heure, du lieu et de la durée, par exemple. Nous pourrions également paramétrer le système pour qu’il envoie une notification au gestionnaire du bâtiment lors du dépassement de ce seuil pendant une durée supérieure à 2 heures.
Ce type de logique peut s’appliquer à pratiquement toutes les sondes et tous les systèmes. Ce n’est plus qu’une affaire d’imagination.
Pour conclure et résumer, le flux d’informations traitées par le centre de gestion ne peut être suivi par le gestionnaire du bâtiment ou son responsable énergie. Comme il ne peut pas être partout, il lui est très pratique de placer des alarmes pour une série de conditions (valeur(s) supérieures à, statut(s) de certains appareils, …). De cette manière, le système n’attire son attention qu’en cas de situation anormale ou le notifie d’une dérogation automatique.
Les sécurités
Les sécurités sont des actions déclenchées automatiquement conséquemment à des alarmes pour protéger les équipements, les appareils, le bâtiment ou les occupants.
Monitoring et analyse des tendances
Pour assurer leur bon fonctionnement et fournir une information suffisante à la mise en place d’automatisme et d’alarmes, les smartbuildings sont dotés d’un grand nombre de sondes diverses. En analysant leur tendance et la manière dont les données évoluent en fonction des actions, le centre de gestion peut vérifier le fonctionnement des équipements et les performances de ceux-ci.
Idéalement, les informations suivantes sont mesurées et enregistrées :
Températures (de l’air dans chaque zone, des circuits d’eau, de l’extérieur, …),
Pression (par exemple, des circuits d’eau),
La position de certaines équipements (clapet ou valve ouverte/fermée, interrupteurs, …)
Statut allumé/éteint
Statut des alarmes
Et, plus rarement car ces sondes sont plus chères :
Débits,
La consommation,
La puissance,
Le nombre de tours par minute (ventilateur, moteur, compresseur, …)
Avec ces données, il y a deux solutions pour l’enregistrement :
Soit, systématiquement, chaque paramètre sera enregistré à une fréquence définie (utile pour les températures de l’air, par exemple),
Soit ce sont les variations entre la donnée mesurée et la donnée mesurée à l’intervalle de temps précédent qui sont calculées. Dans ce cas, nous pourrons choisir de n’enregistrer que les variations excédant un seuil défini. Ces évènements seront également accompagnés d’un horodatage. Ce type d’enregistrement est notamment pratique pour des mesures comme le taux de CO2 ou la pression atmosphérique car elle permet, par exemple, de détecter indirectement l’ouverture d’une fenêtre.
Toutes ces données peuvent servir à conserver une mémoire du bâtiment mais également, régulièrement, elles pourront être affichées sous forme de graphique et analysées par le gestionnaire pour détecter d’éventuelles anomalies évitables ou consommations anormales.
La modulation de la demande
Un smartbuilding peut parfois se résumer à des consignes, des plages horaires, des paramètres et des séquences d’actions qui vont déterminer le succès ou non de l’ensemble pour améliorer le confort, la santé, la sécurité et l’efficacité énergétique.
Mais, dans un smartbuilding, tout n’est pas ON/OFF, tout ou rien … Le système est également capable de moduler la puissance demandée (chauffage, refroidissement, ventilation) de la manière la plus adaptée et économe en énergie possible.
Un tel système sera capable d’optimiser les cas suivants :
La coupure (ou réduction) nocturne ou du weekend
Trouver le bon équilibre entre d’une part, une réduction forte de la température de consigne la nuit ou le weekend pour économiser de l’énergie et d’autre part, le besoin de ne pas trop la baisser pour éviter une relance difficile et consommatrice d’énergie le matin
La relance
Matinale
Cette relance sera optimisée en tenant compte de la température intérieure de chaque zone et la température extérieure. Le but sera alors d’atteindre la température de consigne à l’heure prévue avec le moins d’énergie possible. Ceci est rendu possible en évitant le dépassement de la consigne dû à une mauvaise modulation (les chaudières se coupent quand la température est atteinte mais malgré tout l’eau reste chaude dans les canalisations et les chauffages continuent à chauffer l’espace.
Pour encore améliorer les performances à la relance, pendant que le bâtiment n’est pas encore occupé, le système de gestion peut fermer les clapets de ventilation entre l’intérieur et l’extérieur et activer une circulation de l’air à l’intérieur du bâtiment (mode air recyclé) de manière à ne pas perdre d’énergie par la ventilation hygiénique (inutile, car les occupants ne sont pas encore là) tout en faisant circuler l’air et la chaleur dans l’ensemble du bâtiment !
La coupure (ou réduction) en soirée
Le système de gestion détermine le moment optimal (le plus précoce) pour couper ou baisser le régime des systèmes et tirer profit de l’inertie du bâtiment pour conserver un niveau de confort acceptable.
Ceci concerne dans une moindre mesure les systèmes de ventilation qui ne disposent pas d’autant d’inertie. En effet, si l’air est maintenu à un taux confortable de 800ppm de CO2 durant la journée et qu’on estime que le taux acceptable maximal est de 1000 ppm, alors, en fonction du taux d’occupation lors de la coupure des systèmes de ventilation, il faudra parfois moins de 10 minutes pour que la concentration en CO2 passe de 800ppm à 1000ppm dans les locaux ! Il en va de même, et c’est évident, avec l’éclairage.
Adaptation en continu
En fonction des informations fournies par les différents capteurs et systèmes, le centre de gestion peut adapter la puissance des systèmes. Par exemple, si le taux de CO2 est bas, on peut supposer que l’occupation est plus faible (ou nulle) ou encore que des fenêtres ont été ouvertes (des capteurs pouvant éventuellement le confirmer).
Quelle qu’en soit la raison, le débit de la ventilation hygiénique pourra alors être réduit. Rien ne sert en effet de climatiser de l’air neuf et de le pulser dans un local si l’air de celui-ci est déjà sain, à bonne température et ne se dégrade pas.
Bien qu’il n’existe pas réellement de règle pour déterminer où commence le smartbuilding (une simple ampoule avec détection de présence suffirait-elle à rendre une pièce ou un bâtiment « smart » ?) et où finit son champ d’application, une série de fonctions de « base » sont presque universelles et concernent presque tous les systèmes connectés du bâtiment intelligent :
Programmation des plages horaires,
Programmation des consignes,
Définition des alarmes,
Mise en place de sécurités,
Monitoring et analyse des tendances,
Contrôle et optimisation des énergies et de la demande,
La structure du marché de l’électricité en Belgique
Le marché du gros à court terme
Il existe plusieurs types de marché du gros à court terme sur la bourse européenne des marchés de l’électricité (EPEX SPOT). Ces marchés sont réservés aux responsables d’équilibres. Il y a :
le « Day-Ahead-Market»
C’est le marché qui a lieu jusqu’à 14h30 la veille du jour de la livraison,
La commande se fait heure par heure,
L’intraday
Le marché ouvre deux heures après la fermeture du Day-Ahead-Market et se clôture jusqu’à 5 minutes avant la livraison physique.
C’est un marché d’ajustement qui permet de faire face à d’éventuels prévisions erronées ou pannes techniques.
Le marché du gros à long terme
Le marché du gros à long terme en Belgique se joue sur l’ICE ENDEX (power BE).
Sur ce marché, plusieurs types de contrats sont possibles mais ceux-ci sont inflexibles. Ils offrent l’avantage de connaitre à l’avance le prix que l’on va payer dans les mois et les années à venir mais les prix sont souvent plus chers que sur le marché à court terme. Les contrats possibles sont :
Month Ahead : on achète 1 mois à l’avance
Quarter Ahead : on achète 3 mois à l’avance
Year Ahead : on achète 1 à 3 années à l’avance
Le balancing
Le balancing est un marché à part entière. Le balancing intervient en cas de déséquilibre des responsables d’équilibre.
Prenons par exemple deux Responsables :
Le Responsable A et le Responsable B ont tous deux acheté 10MWh la veille pour ce jour entre 14h et 15h. Mais, voilà, les clients de A n’ont pas tourné à plein régime à cause de la pluie et d’une grève sauvage tandis que les clients de B, eux, ont fait tourner plus de lignes de production car de grosses commandes sont tombés pendant la nuit.
Les deux responsables vont donc se retrouver en situation de déséquilibre (positif ou négatif) et devoir acheter ou vendre cette l’électricité en dernière minute à ELIA au tarif du déséquilibre. Ce tarif est plafonné mais n’est connu que ¼ d’heure après !
Comme les tarifs du déséquilibre ne sont pas connus, ils peuvent in fine, s’avérer être intéressant :
Si on doit racheter et qu’ils sont moins chers que lors de l’achat (par exemple, si l’éolien produit plus que prévu).
Si on doit vendre et que l’électricité vaut plus que lors de l’achat (panne dans une centrale, manque de soleil, …)
ou pénalisant dans le cas contraire.
Le marché du détail
Ce marché peut fonctionner selon trois types de contrats entre le fournisseur et le client :
Contrat à prix fixe
Le prix évolue en principe mensuellement mais une fois le contrat signé, le prix ne change pas sur la durée du contrat.
Ce contrat est sécurisant car il permet de savoir à l’avance combien nous allons payer le kWh d’électricité.
En cas de baisse des prix du marché, le consommateur n’en profite pas mais il pourra rompre son contrat et le renégocier avec le fournisseur de son choix.
Contrat à prix variable
Dans ce cas, le prix de l’énergie payé suit les prix du marché et évolue trimestriellement.
Le risque de voir les prix s’envoler existe.
Il peut influencer le comportement du consommateur vers plus d’adéquation avec la situation du réseau.
Contrats « clicks »
Pour les clients un peu plus joueurs, un type original de contrat existe. Entre les moments de la signature et celui de la fourniture, le client à l’occasion de « clicker » plusieurs fois sur le prix du forward de l’ENDEX. Se faisant, il détermine le prix de la fourniture.
Le prix est calculé de la manière suivante : PRIX= a + b.x
a et b étant des constantes définies à la signature du contrat
x étant la valeur moyenne des clicks
Si le client effectue ses « click » aux bons moments (quand le prix du forward est bas), alors il pourra obtenir un prix inférieur à la moyenne de prix de l’année.
Dans l’exemple ci-dessus, le client A a effectué de meilleurs « clicks » que le client B.
Si nos deux clients avaient contracté pour les mêmes coefficients A et B, alors le client A aura une facture plus douce que son homologue.
La facturation électrique est le résultat de 3 postes :
La production
Négociable,
Tarif ouvert à la concurrence
le transport (GRT) et la distribution (GRD)
Fixes,
Mais diffèrent d’un lieu à l’autre.
Les tarifs applicables sont approuvés par la CREG
et les redevances, les taxes
Comprends les prélèvements régionaux et fédéraux.
Redevance régionale Art. 26 : finance la politique URE régionale.
Redevance voirie régionale
Obligation de service public : finance l’éclairage public communal et les tarifs réduits pour les clients protégés
Cotisation fédérale : finance notamment la CREG
Pour les personnes assujetties : la TVA (21% en 2019)
La facturation basse tension
Cette tarification s’applique, comme l’indique son nom, aux clients raccordés au réseau BT (basse tension). C’est le cas de la plupart des bâtiments résidentiels et tertiaires de petite et moyenne dimension avec une puissance inférieure à 56 kVA. Dans ce cas, la facturation est annuelle mais une provision mensuelle est demandée par le fournisseur d’énergie.
La Facturation haute tension
On passera sous ce régime de tarification lorsque la puissance des installations dépasse les 56kVA ou qu’une cabine HT (haute tension) est présente sur site.
Dans certain cas, la cabine n’est pas directement sur site mais une connexion alimente directement le site à partir d’une cabine haute tension proche.
Dans ce cas, le relevé des consommations et la facturation est mensuelle ou trimestrielle.
Un stockage logistique est l’ensemble des systèmes spatial, mobilier, technique et/ou organisationnel permettant à un processus ou une activité de ne pas s’effectuer en flux tendu grâce à l’ajout d’un stockage tampon à l’interface de plusieurs processus.
Sans cela, le produit qui passe par la ligne de production A devrait directement être envoyé sur la ligne de production B sous peine de bloquer la ligne de production A. Ceci imposerait un fonctionnement continu des deux lignes pour assurer le bon fonctionnement de l’ensemble.
Le stockage logistique permet au processus A de fonctionner même si le processus B ne suit pas derrière en stockant les produits entre les processus A et B. À l’inverse, si le processus A doit être arrêté, le processus B peut continuer en puisant dans le stock à l’interface de lignes A et B.
La présence d’un tel stockage permet une plus grande flexibilité dans la gestion énergétique et logistique. Les processus pouvant dès lors être lancés indépendamment aux moments opportuns sans impacter la performance globale de la production.
Le stockage logistique se fait partout et tout le temps, que ce soit votre vendeur de sandwich qui prépare à la chaine des clubs jambon fromage le matin et profite d’un large frigo comme stockage logistique ou encore votre postier qui utilise votre boîte aux lettres pour ne pas avoir à attendre votre venue pour effectuer sa tâche.
Avec la nécessité croissante de flexibilité électrique : la planification des activités consommatrice d’énergie et le stockage logistique entre la consommation énergétique et l’utilisation du service énergétique devrait tendre à se généraliser.
Demain, qui sait, peut-être que notre café du matin sera préparé la nuit quand l’électricité est propre et abondante puis stocké dans des ballons de café chaud pour être savouré toute la journée !
Le changement de vecteur énergétique représente un levier important de flexibilité électrique pour un certain nombre d’industrie. Par exemple, si, dans votre entreprise, vous utilisez un sécheur, celui-ci peut fonctionner grâce à de la chaleur issue de gaz naturel combinée au courant d’air provenant de ventilateurs électriques. Le pouvoir séchant dépendant de la combinaison chaleur asséchante + débit d’air, le gestionnaire peut, à la demande et pour un même pouvoir séchant, faire varier cette combinaison :
Si l’électricité est abondante et peu chère, il pourra faire tourner les ventilateurs à pleine puissance et réduire la puissance thermique pour une consommation de gaz naturel moindre.
À l’inverse, si l’électricité manque et coûte cher, il aura tout intérêt à réduire au minimum la puissance des ventilateurs et compenser en augmentant la puissance des bruleurs au gaz.
Cette technique présente l’avantage de n’avoir aucun impact sur l’organisation de l’entreprise et la gestion des processus. Elle est également automatisable et donc peu contraignante au quotidien. En revanche, elle nécessite un processus adapté et un système technique redondant et capable de réaliser cette modulation ou ce basculement entre différents vecteurs. Il faudra néanmoins évaluer le bilan environnemental final d’une telle redondance des systèmes. De plus, l’utilisation d’énergies fossiles dans le cadre d’une volonté de décarbonisation de nos sociétés à l’horizon 2050 doit faire l’objet d’un regard critique.
Cette logique peut, par exemple, être transposée, avec ses qualités et ses défauts précités, au chauffage tertiaire que nous pourrions imaginer combiné et/ou switchable entre une chaudière à gaz et une pompe à chaleur.
Les entreprises disposant d’activités ou de processus pouvant être interchangés ou disposant d’un stockage logistique le permettant ont la possibilité d’adapter la planification de leurs processus consommateurs d’électricité pour optimiser leur facture (en cas de tarification ¼ horaire) et participer à l’équilibre des charges sur le réseau.
L’effacement énergétique consiste, pour un utilisateur du réseau (dans une plus forte mesure les industries), à réduire sa consommation en fonction de l’offre énergétique.
Ceci se traduit par la mise en sous-régime ou hors tension d’un équipement et/ou d’une activité en réponse à une baisse de la production énergétique. La baisse de régime ou l’extinction de l’équipement est effectuée :
Indirectement, via un message (e-mail, appel, sms) envoyé à l’entreprise détaillant le délai, la durée et la puissance à réduire. L’entreprise agissant ensuite en fonction de ces instructions,
Directement, à distance pour le gestionnaire du réseau par l’intermédiaire d’un boitier installé sur site permettant de moduler la consommation d’un ou plusieurs équipements.
Cette source de flexibilité sur le réseau, contrairement aux autres, ne demande que peu de moyens techniques et financiers. Elle peut même baisser la facture et être source de recettes supplémentaires pour les entreprises participantes.
Le système NextFlex permet à votre entreprise de prendre part à la flexibilisation du réseau !
En Belgique, le potentiel de charges flexibles a été estimé à 1,56 GW (2013).
Pour avoir quelques références en Belgique (2017) :
la puissance installée est de ± 22 GW
la puissance pic demandée en hiver est de l’ordre de 13 à 14 GW
la puissance moyenne demandée est de 9 à 10 GW.
Ce potentiel de charge flexible est réparti comme suit :
Potentiel de charges flexibles en Belgique (SOURCE : SIA Partners, 2013)
Nous pourrions donc flexibiliser jusqu’à 15 % de notre demande !
Tous secteurs confondus, l’installation de compteurs intelligents (permettant une tarification variable de quarts d’heures en quarts d’heure) devrait rendre techniquement possible d’inciter les consommateurs d’énergie à s’adapter à la disponibilité énergétique du moment.
Le développement concomitant des technologies de la communication dans le secteur de l’énergie (smartgrid) et dans le secteur du bâtiment (smartbuilding) ouvre un potentiel important pour mobiliser cette flexibilité.
Plus un réseau sera flexible, plus il pourra faire la part belle aux énergies renouvelables et réduire le risque de black-out.
Les 3 types de réserves en cas de déviation de la fréquence du réseau
La réserve primaire
Lorsque la fréquence du réseau commence à dévier des 50 Hz habituels de 100 mHz à 200 mHz soit 0,002 % à 0,004 % ELIA active la réserve primaire pour rétablir l’équilibre sur le réseau et écarter tout risque de black-out. Ce service est ouvert à tout qui :
Dispose d’un fréquencemètre,
Est disponible en permanence
Peut proposer seul ou par regroupement plus d’1MW
Pendant 15 minutes,
En moins de 30 secondes
Dont déjà la moitié en 15 secondes
Pouvant être réglé automatiquement
Les grands types de contrats sont au nombre de 3 en fonction de votre capacité à consommer ou fournir de l’électricité à la demande. La rémunération est liée à la mise à disposition à l’année et non à la fréquence de l’activation de votre effet levier. Ces contrats sont :
Le contrat « UP »
Ce contrat est passé avec les clients qui disposent de flexibilité permettant d’alléger la demande du réseau en effaçant une partie définie de sa consommation ou fournissant de l’électricité.
Rémunéré à hauteur de ± 16 000 € (2019) par an et par MW mis à disposition.
Le contrat « DOWN »
Ce contrat est passé avec les clients qui disposent de flexibilité permettant de doper la demande du réseau en cas de surproduction (comme un évènement climatique imprévu) ou de surestimation de la demande dans les prévisions en étant capable d’augmenter sa consommation ou diminuer la fourniture sur le réseau. Les entreprises métallurgiques sont par exemple d’excellents clients grâce à leurs énormes résistances électriques.
Rémunéré à hauteur de ± 60 000 € (2019) par an et par MW mis à disposition
Le contrat symétrique (UP & DOWN) 100 mHz ou 200 mHz :
Ce contrat est passé avec les clients qui disposent de flexibilité permettant à la demande :
De doper la demande et/ou de fournir moins d’énergie au réseau.
De réduire la consommation et/ou de fournir plus d’énergie au réseau.
En fonction du type (100 mHz ou 200 mHz), la rémunération peut aller de ± 150 000 € à plus de 300 000 € (2019) par an et par MW mis à disposition dans les deux sens (up et down).
Ce type de contrat est généralement passé avec des centrales thermiques.
La réserve secondaire
Lorsque la fréquence du réseau commence à dévier des 50 Hz habituels encore plus sévèrement, ELIA active la réserve secondaire pour rétablir l’équilibre sur le réseau et écarter tout risque de black-out. Ce service est activé en cas de problème majeur et exceptionnel et rencontre les mêmes exigences que la réserve primaire à la différence que cette réserve peut éventuellement être un peu plus lente au démarrage.
La réserve tertiaire
Contrairement aux deux premières, la réserve tertiaire ne vise qu’à réduire la pression sur le réseau :
Soit par injection par client sur le réseau,
Soit par réduction du prélèvement du client.
La mise en action de ces puissances n’a lieu qu’en cas de déséquilibre important. Pour cette raison, ce n’est pas un rééquilibrage automatique mais manuel (ELIA prend la décision, ce n’est pas automatique ; puis le client est mis au courant et agit) tandis que pour les réserves primaires et secondaires cette gestion est complètement automatisée. Ce service est ouvert via des enchères mensuelles pour les candidats qui :
Sont disponibles en permanence pour activer à la demande d’ELIA minimum 1 MW,
Peuvent mobiliser 50 % de leur puissance en moins de 7 minutes et 30 secondes et la totalité en moins de 15 minutes.
Les grands types de contrats sont au nombre de 2 en fonction de la fréquence et la durée pendant laquelle cette puissance peut être mobilisée :
Contrat Standard :
Jusqu’à 8 heures par jour, 365 jours par an.
Les 8 h pouvant être utilisées librement en une fois ou par petites périodes fréquentes
La rémunération est liée à la mise à la puissance et au nombre d’activations.
± 3 600 €/MWdisponible/mois + rémunération par activation.
Contrat Flex :
Jusqu’à 2 heures par jour, 365 jours par an.
Maximum 8 périodes d’activation par jour.
La rémunération est liée à la mise à la puissance et au nombre d’activations.
± 2300 €/MWdisponible/mois + rémunération par activation.
La flexibilité électrique d’un réseau qualifie son aptitude à s’équilibrer facilement, rapidement et intensément, à la demande.
La flexibilité d’un réseau trouve 4 origines combinables :
La flexibilité de l’offre
Le nucléaire est stable et très peu flexible
Les énergies renouvelables sont variables, intermittentes et peu flexibles (possibilité néanmoins d’une flexibilité à la baisse pour l’éolien)
Les centrales TGV sont une source importante mais couteuse et polluante de flexibilité de l’offre
Le stockage d’électricité
Permet, idéalement en dernier recours, d’absorber les déphasages/décalages entre la production et la consommation par des moyens techniques, souvent couteux et parfois avec un impact environnemental sensible.
La flexibilité du réseau
La présence d’un maillage et d’interconnexions entre les régions d’Europe (et d’ailleurs) permet de mutualiser les forces de chaque réseau et du déphasage des consommations entre les différentes régions (Merci aux hollandais de diner à 17h30 et aux espagnols d’attendre 22h00 J Mais aussi aux deux heures de décalage horaire entre le Royaume-Uni et la Finlande !).
La flexibilité de la demande :
Il s’agit ici de la capacité des utilisateurs du réseau (et, dans une plus forte mesure, des industries) à adapter leur profil de consommation électrique en fonction de l’offre énergétique (et donc de son prix ¼ horaire). Cette adaptation peut se concrétiser de plusieurs manières, selon la stratégie adoptable. On parlera de :
effacement énergétique ou Load shedding lorsqu’il s’agit de mettre en sous-régime ou hors tension un équipement et/ou une activité en réponse à une baisse de la production énergétique. Dans ce cas, l’activité ou le processus est réduit ou non-réalisé.
déplacement des charges ou « Load shifting» quand il s’agit de reporter une charge (activé ou processus consommateur d’électricité) pour éviter que celle-ci ne tombe en plein pic tarifaire. Dans ce cas, l’activité est réalisée mais plus tard.
re-planificationdes charges ou « Load Scheduling». il s’agit alors de prévoir et d’adapter le planning des charges (activités ou processus) pour que les grosses consommations aient lieux aux moments où l’électricité est abondante (et donc aux prix les plus bas dans le contexte d’une tarification ¼ horaire). Dans ce cas, l’ensemble des activités et processus sont réalisés mais leur ordre est défini par les prix de l’énergie.
changement de vecteur énergétique ou « fuel-switching». Il s’agit la plupart du temps de changer de vecteur énergétique en fonctions du prix de l’électricité. Ceci demande des activités et/ou des process’ permettant un fonctionnement avec divers vecteurs énergétiques.
Cette source de flexibilité sur le réseau, contrairement aux autres, ne demande que peu de moyens techniques et financiers. Elle peut même baisser la facture et être source de recettes supplémentaires pour les entreprises participantes.
Son développement permet d’éviter le recours à d’autres sources de flexibilité polluantes.
Le système NextFlex permet à votre entreprise de prendre part à la flexibilisation du réseau !
Plus un réseau sera flexible, plus il pourra faire la part belle aux énergies renouvelables et réduire le risque de black-out.
Un système de stockage électrique est un dispositif technique permettant de convertir une production électrique sous une forme stockable (électrochimique, chimique, mécanique, thermique, …), de l’accumuler puis de la restituer, sous forme d’électricité ou d’une autre énergie finale utile (thermique, chimique, …).
L’électricité ne peut pas être stockée en tant que telle, elle doit nécessairement être convertie.
Dans un monde où la part de la production électrique intermittente, saisonnière et imprévisible croît et augmente le risque de désynchronisation avec les consommations, le stockage permet de rendre le système plus flexible en absorbant les éventuels déphasages entre production et consommation d’énergie.
Le stockage sert principalement de buffer (tampon) et permet de faciliter la gestion et l’intégration des énergies renouvelables tant sur le réseau que dans les bâtiments en offrant une certaine autonomie lorsque le vent et le soleil sont absents.
Les dispositifs de stockage sont caractérisés par :
Leur capacité (exprimée en Wh, kWh, MWh, TWh, …),
Leur puissance de charge et de décharge (exprimée en W, kW, MW, TW, …),
Leur réactivité : le délai nécessaire pour fournir la puissance demandée (exprimé en secondes, minutes ou en heures),
Leur densité énergétique (exprimée en Wh/m³, kWh/m³, MWh/m³, TWh/m³, …),
Leur capacité à retenir l’énergie stockée dans le temps (autodécharge),
Le rendement de conversion (en %).
L’enjeu du stockage à l’échelle du réseau
Depuis le boum des énergies renouvelables en 2010, la question du stockage est sur toutes les lèvres, mais pourquoi ?
Jusqu’il y a peu, les centrales nucléaires offraient une base relativement constante et inflexible de production électrique mais la production d’un complément d’énergie par nos centrales fossiles flexibles activées et modulées au besoin permettait de « coller » à la demande et assurer l’équilibre du réseau. Dans ce paradigme, la production est totalement maitrisée et facilement synchronisable avec la demande (la consommation).
De manière schématique, le profil classique de demande (et donc de la production) au fil d’une journée type en semaine ressemble à ceci :
De manière plus précise, le nucléaire puissant mais peu réactif, peu flexible assure classiquement une certaine « base constante de production » et les énergies fossiles plus réactives et plus souples s’ajustent et se modulent en continu pour équilibrer le réseau.
Dans ce principe, plus la puissance demandée est élevée, plus les énergies fossiles sont sollicitées. En priorité, ce sont les centrales récentes et performantes qui sont démarrées mais plus la demande est élevée, plus ce sont, in fine, de vieilles centrales polluantes qui devront être mises en route.
Ce sont donc principalement le pic du matin mais aussi et surtout celui du soir qui ont un bilan environnemental exponentiellement désastreux en appelant autant de puissance.
Si nous pouvions baisser la puissance maximale de ±15%, ce sont plus de 40% des émissions qui seraient épargnées !
À quantité journalière d’énergie produite égale, la pollution serait donc bien moindre si nous pouvions la produire à puissance constante.
Qui dit puissance installée réduite dit également moins de centrales et donc une possibilité d’entretien, d’évolution et d’investissement plus dense sur ces centrales restantes et ainsi un meilleur rendement.
Mais, comme la consommation finale des utilisateurs du réseau n’est pas constante, il faudrait que, pendant les creux de consommation, nous puissions stocker le surplus de production pour l’utiliser plus tard et compenser la réduction de puissance des centrales durant les pics journaliers.
Par exemple, en Belgique, du stockage gravitaire (STEP) est réalisé à cette fin à Coo-Trois-ponts (5GWh mobilisables jusqu’à 6 cycles par jour).
Mais, comme nous l’évoquions en introduction, une nouvelle donnée est en train de changer la donne à grande vitesse. Vous vous en doutez, il s’agit des énergies renouvelables !
Les énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire ont la particularité d’être des énergies peu prédictibles à long terme et intermittentes, cela implique que le gestionnaire du réseau est dépendant de la variabilité de l’ensoleillement et du vent dans son offre d’électricité alors même qu’il doit assurer le parfait équilibre du réseau. Ceci a pour conséquence d’augmenter la volatilité des prix de l’électricité et nécessite de trouver de nouvelles sources de flexibilités sur le réseau.
En réalité, toutes les sources d’énergies sont stockées avant d’être utilisées pour répondre à la demande, que ce soit le bois dans votre abri, l’essence dans votre réservoir, le gaz dans vos tuyaux et même les barres d’uranium dans les centrales. Le défi avec le vent et le soleil, pour ne citer qu’eux, c’est qu’ils ne sont pas directement stockables en tant que tels aussi facilement qu’un combustible.
En Europe, tant que la portion de renouvelable intermittent dans le mix électrique est maintenue sous un seuil communément admis d’environ 30%((https://www.aps.org/policy/reports/popa-reports/upload/integratingelec.pdf))((Sandrine Selosse, Sabine Garabedian, Olivia Ricci, Nadia Maïzi. The renewable energy revolution of Reunion island. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier, 2018, 89, pp.99-105. ff10.1016/j.rser.2018.03.013ff. ffhal-01740511f))((https://www.elia.be/~/media/files/Elia/About-Elia/Studies/20171114_ELIA_4584_AdequacyScenario.pdf)), le gestionnaire est capable d’assurer la stabilité du réseau et l’équilibre avec la demande en compensant avec le fossile. En cas de surplus d’énergies pouvant survenir vers midi quand la demande est faible et que les panneaux fournissent le maximum de leur énergie, comme les centrales nucléaires ne peuvent-être arrêtées et redémarrées d’une minute à l’autre, le gestionnaire va pouvoir trouver une issue grâce aux STEP ou en se déchargeant, par exemple, en activant l’éclairage public. Mais ceci fonctionne uniquement tant que la part de renouvelable est contenue (<30%).
Or, pour 2018, nous recensions ±19% d’énergie renouvelable sur le réseau électrique belge ! Et, heureusement, ce chiffre va croissant. Ce qui devrait nous mener à dépasser le seuil des 30% à l’horizon 2030.
Source : Données extraites des bilans régionaux SPW DGO4 (Wallonie), Bruxelles Environnement, VITO (Flandre), Eurostat (Belgique) pour les années passées
N’hésitez pas à consultez l’observatoire des énergies renouvelable de l’Apere pour des données mises à jour régulièrement ! Ou encore Energymap.org pour observer en temps réel l’origine de la production électrique.
Pour que le gestionnaire de réseau puisse garder la main sur l’équilibre du réseau quand la part d’énergie intermittente augmente, une des solutions consiste à utiliser des moyens de stockage pour :
S’assurer de récolter toute la production : ne pas la gaspiller en éclairant l’espace public de jour en cas de surplus,
Pouvoir profiter de cette énergie stockée les jours et les heures où le vent ou le soleil fait défaut et éviter de devoir demander plus de puissance aux centrales fossiles.
Augmenter l’interconnexion des réseaux au niveau de l’Europe pour amortir et lisser l’intermittence du renouvelable grâce à une échelle géographique élargie et moins dépendante de phénomènes locaux.
En complément des moyens de stockage : la flexibilité électrique accrue de la demande (par l’effacement ou le déplacement des charges) permettra de ne plus uniquement tenter d’aligner l’offre à la demande mais également d’adapter notre consommation à la quantité d’énergie disponible.
L’enjeu du stockage à l’échelle du bâtiment
La règlementation Européenne et les enjeux énergétiques, climatiques et environnementaux incitent les entreprises, les institutions et les particuliers à rejoindre l’effort et devenir eux aussi producteur d’énergie renouvelable.
Pour contribuer à l’équilibre et l’allègement du réseau, chaque bâtiment devra gagner en autonomie énergétique et autoconsommer le maximum de l’énergie qu’il produit. La Wallonie travaille d’ailleurs sur le statut de prosommateur pour inciter fiscalement à l’autoconsommation.
Or, pour maximaliser le taux d’autoconsommation dans un bâtiment, il faut soit :
Adapter sa consommation à la disponibilité intermittente d’énergie autoproduite. Ceci implique une refonte complète des comportements, une souplesse dans ses activités et une attention de chaque instant ce qui sera rarement possible dans un monde où l’organisation, la performance et la vitesse prime.
Disposer d’un système qui pourra accumuler l’énergie produite hors des heures d’utilisation dans une batterie, un ballon d’eau chaude, sous forme d’H2, … que nous pourrons ensuite mobiliser en temps utile.
Selon le rapport du GIEC (2014), l’impact environnemental de l’énergie éolienne serait l’un des plus soutenables avec aujourd’hui ± 10 gr de CO2équivalent/kWh
À titre comparatif, voici quelques chiffres du GIEC (2014) :
Source d’énergie
Impact en gr de CO2 équivalents par kWh
Parcs éoliens
11
Panneaux solaires
27 (20-25 selon d’autres sources plus récentes)
Centrale à gaz
490
Centrale au charbon
820 (+Particules fines)
Nucléaire
12 (+Risque de catastrophe nucléaire)
La plus grande éolienne mesure 187 m de diamètre (2017) et des projets jusqu’à 220 m de diamètre sont en projet en 2019 (une éolienne Haliade-X qui sera installée à Rotterdam)((https://www.ouest-france.fr/pays-de-la-loire/saint-nazaire-44600/eolien-ge-acheve-ses-deux-rotors-geants-saint-nazaire-6394349)). Cela représente une quantité gigantesque de fondations en béton armé en plus des 100+ tonnes de métaux nécessaires juste pour construire les pales de l’éolienne ! Néanmoins une éolienne de cette envergure peut alimenter des milliers de ménages en électricité pendant 25 ans et plus, alors quel bilan ?
Selon la littérature récente((Inderscience Publishers. « Wind turbine payback: Environmental lifecycle assessment of 2-megawatt wind turbines. » ScienceDaily. ScienceDaily, 16 June 2014. <www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140616093317.htm>.)), le retour énergétique et environnemental serait inférieur ou égal à seulement 6 à 12 mois ! Globalement, plus une éolienne sera grande et/ou exposée au vent, plus son retour énergétique, environnemental mais aussi économique sera court.
En règle générale, en fonction de ses dimensions, une éolienne produira 15 à 50 fois plus d’énergie qu’elle n’en aura consommée sur son cycle de vie (de la fabrication ± 80 %, au recyclage (± 10 %), en passant par les entretiens ± 10 %).
Si un repowering est toujours possible, un jour viendra, après 20 à 30 ans, où il faudra songer à démonter l’éolienne et la recycler. Sur base d’une étude danoise((Elsam Engineering, « Life Cycle Assessment of offshore and onshore sited wind farms », Fredericia (Danemark), March 2004)) souvent citée en référence, il apparait que plus de 90-95 % de la masse composant une éolienne (hors fondation) est recyclable. Les études plus pessimistes descendent jusqu’à 80 % mais elles prennent en réalité compte des fondations qui ne seraient recyclées/réutilisées qu’à hauteur de 60-65 % pour le béton et 0% pour les sables et les graviers(( Andersen, P. D., Bonou, A., Beauson, J., & Brøndsted, P. (2014). Recycling of wind turbines. In H. Hvidtfeldt Larsen, & L. Sønderberg Petersen (Eds.), DTU International Energy Report 2014: Wind energy — drivers and barriers for higher shares of wind in the global power generation mix (pp. 91-97). Technical University of Denmark (DTU).)). Dans certains cas, les fondations (responsables de 15-20% de l’impact pour les éoliennes onshore et 30-35 % de l’impact des éoliennes offshore) pourront resservir de base à une nouvelle éolienne !
La fabrication des panneaux photovoltaïques a un impact environnemental non négligeable : fabrication à haute température du verre et du silicium, transport longue distance, quelques milligrammes de « terres rares », … Cela doit-il nous inquiéter ?
±400gr à moins de ±25gr de CO2équivalent/kWh pour les panneaux monocristallins
±140gr à moins de ±20gr de CO2équivalent/kWh pour les panneaux polycristallins !
À titre comparatif, voici quelques chiffres du GIEC (2014) :
Source d’énergie
Impact en gr de CO2 équivalents par kWh
Parcs éoliens
11
Panneaux solaires
27 (20-25 selon d’autres sources plus récentes)
Centrale à gaz
490
Centrale au charbon
820 (+Particules fines)
Nucléaire
12 (+Risque de catastrophe nucléaire)
Dans le même temps, les rendements de production, la recyclabilité et le déploiement des panneaux n’ont cessés de croître permettant aux PV d’assurer un retour environnemental en moins de 4 à 5 ans sous nos latitudes pour les études les plus prudentes. Un retour sur 2 à 3 ans peut également être trouvé chez les auteurs dont les hypothèses sont plus favorables. Cette durée devrait continuer à se raccourcir dans les années à venir alors qu’en parallèle la durée de vie des panneaux modernes – conventionnellement définie à 20 ans – devrait s’étendre à 30 ans et + dans les années à venir.
Moyennant l’acceptation d’une baisse de rendement (de l’ordre de 20% après 20-25 ans), certaines entreprises garantissent leurs systèmes pour « toute la durée de vie de votre maison » ! Dans un futur proche, les panneaux solaires pourraient donc même survivre à votre maison !
Néanmoins, rien n’est éternel. En ce qui concerne la fin de vie des panneaux, on estime en 2019 qu’avec les techniques actuelles, entre 90 et 95% des composants des panneaux peuvent être recyclées((Selon le rapport de l’agence internationale de l’énergie : INTERNATIONAL ENERGY AGENCY PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEMS PROGRAM, End-of-Life Management of Photovoltaic Panels: Trends in PV Module Recycling Technologies IEA PVPS Task12, Subtask 1, Recycling Report IEA-PVPS T12-10:2018, January 2018, ISBN 978-3-906042-61-9)) (l’énergie nécessaire au recyclage étant prise en compte dans le calcul du retour énergétique). Ensuite, partant du constat que, pour la Belgique, l’installation de panneaux a réellement commencé à décoller vers 2009 avec un pic vers 2011 (Apere), nous pouvons estimer que le début du recyclage à grande échelle ne devrait pas se manifester avant ±2030, ce qui nous laisse encore quelques années pour améliorer la valorisation des panneaux en fin de vie.
On pourrait aussi légitimement se demander ce qu’il en est des panneaux plus anciens dont la fabrication était jadis jusqu’à 8 fois plus impactante qu’en 2016 ? Avec un calcul rapide, on peut se rendre compte que ces premiers modèles de panneaux proposaient un retour environnemental sur 20 à 40 ans alors même que leur durée de vie tourne autour des 20 ans. Ces premières versions de panneaux ont donc un bilan neutre ou négatif sur l’environnement !
Rassurez-vous néanmoins, malgré des débuts mitigés et une explosion énergivore de la quantité de panneaux produits, toujours selon cette étude, les balances nettes cumulées depuis les débuts du PV, sont passées en positif récemment, entre 2011 et 2018 (selon les hypothèses). Et ce tant pour le CO2 évité par rapport au CO2 produit que pour l’énergie primaire produite par rapport à celle consommée pour la fabrication, l’entretien et le recyclage.
L’investissement environnemental de départ nécessaire pour qu’une technologie voit le jour et atteigne une certaine maturité est donc derrière nous et le PV a de beaux jours exponentiellement positifs devant lui !
Re-assessment of net energy production and greenhouse gas emissions avoidance after 40 years of photovoltaics development, Nature 2016. [Les hypothèses bleues et jaunes correspondent respectivement à une hypothèse de rendement des panneaux produits progressant dans le temps et une hypothèse de rendement stagnant et bas des panneaux]
Pour conclure, rappelons qu’il vaudra toujours mieux chercher à se passer d’énergie (isolation, systèmes passifs, …) que de la produire de manière renouvelable. Un bilan « net », même « positif » implique toujours une balance entre des effets désirables mais également des impacts négatifs. Si, mathématiquement, on peut soustraire l’un de l’autre, dans la réalité les effets néfastes de la conception, de l’entretien et du recyclage ne disparaissent pas par la production d’énergie fusse-t-elle photovoltaïque. Ces effets positifs et négatifs se juxtaposent plus qu’ils ne s’annulent.
Les protocoles les plus populaires dans le smartbuilding sont :
Le KNX (Multi-supports, Multi-techniques, normalisé)
Le BACNet (Multi-technique, normalisé)
Le Protocole Dali (dédié à l’éclairage, non normalisé mais DALI2 arrive)
Modbus (Dérivé du BACNet : HVAC & contrôle de l’éclairage)
MBus (Compteurs intelligents)
D’autres protocoles sont utilisés couramment dans le bâtiment, dont notamment :
Wi-Fi,
Bluetooth,
Zigbee,
Z-Wave,
EnOcean,
Thread,
Opentherm
Protocole
Réseau
Domaine
Portée (m)
Consommation
Interopérabilité
Normalisé
Commentaire
Wi-Fi
2,4Ghz ou 5Ghz
Polyvalent
10-250
Très élevée
Oui
OUI
Gros débits de données
Bluetooth
2,4Ghz
Polyvalent
5-125*
faible
Oui
Facilité de configuration
Zigbee
2,4Ghz
Polyvalent
20-50*
Très faible
Oui
Max 65000 appareils
Z-Wave
868Mhz
Polyvalent
20-50*
Très faible
Oui
Max 232 appareils, plus stable que Zigbee,
EnOcean
Ondes
Remote control
30-60
nulle***
Oui
Zéro énergie
Thread
Ondes
Polyvalent
40*
KNX
Câbles / CPL / Ondes / Ethernet
Polyvalent
350-700
Oui
Oui
BACnet
Câbles et dernièrement ondes radio (BACnet over Zigbee)
Polyvalent
350-700
Oui
Standard international normalisé
très lent mais plus rapide en version IP.
Dali
Câbles
Éclairage
500
Non, DALI-2 le sera
Modbus
Câbles
HVAC, parfois éclairage
1200
Lent, dérivé du BACnet
Opentherm
Câbles ou ondes
Chauffage Refroidissement
/
W-Mbus
Ondes (LoRa**)
Compteurs
Sans-fil : 1000-5000
Très faible
Bonne
*Maillage possible permettant aux appareils de jouer le rôle de nœuds pour étendre la portée du réseau.
**Réseau sans fil étendu à longue portée.
*** Bouton piézoélectrique qui fournit l’énergie nécessaire à l’envoie de l’information.
KNX
Le KNX, également appelé KONNEX, est né sur les cendres des protocoles EHS, EIB et Bâtibus avec la volonté de favoriser la standardisation et l’interopérabilité dans les Smartbuildings grâce à un protocole normé et ouvert.
Il s’agit d’un protocole de communication commun à différents équipements tant au niveau de l’éclairage comme les boutons-poussoirs, les détecteurs de présence, … qu’au niveau HVAC comme les vannes motorisées, les moteurs de protection solaire, …
Il s’agit d’un protocole qui peut être véhiculé sur plusieurs supports : sans-fil, par bus terrain, par courant porteur en ligne ou par câble Ethernet.
Le Protocole KNX est développé en partenariat fort avec le BACNET mais veille également à l’interopérabilité de son protocole avec les autres protocoles comme le DALI ou le Modbus pour ne citer que les principaux.
En 2016, les spécifications KNX sont devenues gratuites.
Les dernières informations techniques en date peuvent être trouvées sur leur site.
Bacnet
Le Bacnet est un protocole de communication international et normalisé très répandu. Le Bacnet est plus lent que le KNX mais profite également d’un large champ d’application (bien qu’il soit principalement orienté HVAC).
Les dernières informations techniques en date peuvent être trouvées sur leur site.
Protocole Dali
Rien à voir avec Salvador ! DALI est un protocole de communication dédié exclusivement à la gestion d’éclairage.
DALI(Digital Addressable Lighting Interface) est une interface standard développée et soutenue par différents grands constructeurs de ballasts électroniques. DALI permet de gérer, commander et réguler numériquement une installation d’éclairage par l’intermédiaire d’un bus de communication deux fils communément appelé « ligne DALI ».
Fini, en théorie, les soucis de compatibilité d’équipement !
En effet, quels que soient les composants de l’installation d’éclairage :
un détecteur de présence,
une cellule photo électrique,
un bouton poussoir,
un interrupteur gradable à mémoire,
un ballast électronique,
…
et pour autant qu’ils possèdent l’appellation DALI, toutes marques confondues, ils sont capables de communiquer entre eux via la ligne DALI.
Mais qu’apporte exactement DALI ?
> Une gestion flexible de l’éclairage par :
un adressage individuel des ballasts électroniques, et par conséquent des luminaires,
la facilité de découper les espaces en zones indépendantes,
la simplicité de programmation, de modification de programmation sans devoir intervenir physiquement sur l’installation.
> Un confort et une simplicité :
de mise à disposition de multiples scénarios de commande et de gestion pour l’utilisateur et le gestionnaire technique,
de mise en œuvre pour le maître d’œuvre.
Modbus
Le protocole Modbus est un protocole de communication dérivé du BACnet faisant partie du domaine public. Le protocole peut utiliser l’Ethernet ou des bus terrain comme support physique (RS232, RS485 par exemple).
Ce protocole date des années 1979 et ne permet pas à plusieurs appareils d’émettre en même temps sur une branche. Le protocole fonctionne selon le principe du maitre-esclave : l’esclave n’ayant la « parole » que lorsque l’équipement maitre le demande.
Les dernières informations techniques en date peuvent être trouvées sur leur site.
M-Bus
Le M–Bus est un bus de terrain pour l’acquisition de données de consommation de compteurs d’électricité, de compteurs de chaleur, de compteurs de gaz, …
Un protocole de communication est un ensemble de règles et de codes de langage qui définissent comment se déroule la communication entre un émetteur et un récepteur.
Rôle
Pour qu’un bâtiment intelligent puisse fonctionner, il faut que tous les sous-systèmes puissent communiquer entre eux et se comprennent. Pour se faire, il faut un réseau physique (des câbles) ou sans fil (émetteur, ondes, récepteur) pour acheminer l’information mais il faut aussi que ces informations soient émises dans un langage bien codifié pour qu’elles puissent être reçues et interprétées par les autres appareils du réseau.
Le rôle du protocole est donc de régir la manière dont l’émetteur et le récepteur vont échanger des informations et donner une signification commune aux données brutes qu’ils s’échangent.
Fonctionnement général
Les systèmes doivent donc parler un langage commun mais aussi connaitre quelques codes simples d’émission et de réception des données. C’est par l’utilisation d’un protocole que l’on cadre et définit cela. En plus d’un langage commun, le protocole fixe notamment :
La manière d’indiquer qu’un appareil est prêt à recevoir de l’information,
Le contexte de la communication (update, action à réaliser, demande d’un état, …)
La façon de s’assurer que le message a bien été reçu et compris,
Les procédures en cas d’anomalies ou de ruptures de la communication,
La procédure de fin de communication.
Pour expliquer le fonctionnement, l’analogie de l’appel téléphonique est souvent utilisée car là aussi, un protocole codifie la communication et permet la compréhension mutuelle :
Le récepteur indique qu’il est prêt à recevoir (le récepteur décroche et dit « Allô ») ;
L’émetteur situe la communication dans son contexte (« Je suis Sergio. Je t’appelle pour la raison suivante … ») ;
Par exemple, l’émetteur commande une action et identifie un éventuel destinataire final (« Peux-tu prévenir la Reine Mathilde que … ») ;
Le récepteur s’assure d’avoir bien compris le message (« Peux-tu me répéter le nom ? ») ;
Les procédures en cas d’erreur sont mises en place (« Je te rappelle si je n’arrive pas à la joindre. ») ;
Les parties se mettent d’accord sur la fin de la communication (« Au revoir. »).
Mais la communication ci-dessus a aussi implicitement enclenché d’autres actions avec d’autres protocoles : une autre couche de communication :
Quand l’interlocuteur de Sergio préviendra la Reine Mathilde, celui-ci utilisera un autre protocole de communication, adapté à sa réceptrice couronnée.
Aussi, avant même de dire « Allô », les téléphones ont dû communiquer entre eux (tonalité, sonnerie, …) pour ouvrir la ligne selon un protocole qui leur est propre.
Au final, ce sont autant de protocoles, parfois différents, superposés ou en chaînes qui peuvent être utilisés dans la cadre d’une simple requête.
Pour faire le lien entre deux protocoles différents, l’utilisation de ponts ou passerelles est nécessaire.
L’enjeu de l’Interopérabilité
Pour qu’un smartbuilding fonctionne de manière optimale, l’interopérabilité des systèmes est primordiale.
L’interopérabilité des protocoles et des systèmes ne s’annonce pas être une chose facile dans la dynamique actuelle poussant à la création « d’environnements dédiés » pour chaque produit ou famille de produits pour des raisons purement économiques et de marketing.
Il faudra éviter autant que possible la fragmentation des protocoles. Mais, heureusement, la Commission électrotechnique internationale (IEC en anglais) veille à assurer la sécurité et l’interopérabilité des systèmes.
L’autre enjeu est celui de la normalisation des protocoles. Certains protocoles très courants comme le DALI n’est pas normé (heureusement, le DALI-2 devrait bientôt voir le jour et sera normé).
Il reste que les protocoles de communication les plus populaires sont encore nombreux mais bien souvent interopérables. Ouf !
Les bus informatiques sont des éléments câblés portant l’information dans le bâtiment. Dès les débuts de la GTC et jusqu’à aujourd’hui c’est dans la plupart des cas via ce type de support que les informations des systèmes techniques sont transportées.
L’utilisation de câbles plutôt que d’ondes radios pour la communication possède plusieurs avantages. Le réseau :
Est stable, robuste, sans perte de connexion,
Durable dans le temps,
Peut traverser les murs, même épais,
Frais de maintenance réduits,
Ne peut-être infiltré à distance.
Généralement plus véloce que les réseaux sans-fil.
Aucune suspicion d’impact sur la santé, contrairement aux ondes (favorise l’acceptation).
Mais également certains désavantages :
Coût jusqu’à 5-15% plus cher qu’un réseau déployé par ondes radio((En 2019, dans la majorité des cas, selon les intégrateurs que nous avons pu consulter.)).
Complexité de mise en place, demande d’être méticuleux et organisé pour ne pas s’y perdre, notamment en cas de travaux de rénovation.
Peuvent prendre de la place,
Inesthétiques.
Par défaut, ce sont des câbles qui sont utilisés dans la majorité des cas, tandis que les ondes radios sont utilisés pour répondre à des exceptions pour lesquelles du câblage ne serait pas adapté : télécommande mobile, appel infirmier, considérations esthétiques et techniques (par exemple : pour éviter de traverser une paroi en verre dans une salle de réunion sans espace technique), …
Dans certains cas, pour des questions de cybersécurité et de protection de données, l’utilisation de câblage est rendue obligatoire. Les systèmes anti-intrusion sont ainsi obligatoirement câblés. Dans un avenir proche, le raccordement des caméras de sécurité devra également être réalisé en filaire.
Déjà actuellement, les caméras, souvent nombreuses et de haute résolution représentent des flux de données considérables plus facilement gérable en filaire.
Les ondes radio
Les ondes radios sont utilisés par des protocoles de communication comme le zigbee, le Wifi, le bluetooth. Les réseaux sans-fils présentent plusieurs avantages :
Celui, majeur, de permettre aux appareils d’être libres de tout fils et donc mobiles ou portables (bouton poussoir d’éclairage EnOcean, télérelevé de comptage, appel infirmier, télécommandes…)
Réduction de l’impact visuel et du nombre de percements.
Simplifier et réduire le nombre de branchements (points de contacts) lorsqu’un grand nombre d’appareils sont circonscrits dans un espace relativement restreint (portiques d’entré,…).
Généralement moins cher à mettre en œuvre.
Mais, également, certains désavantages :
le réseau est plus facilement soumis à des perturbations,
Le coût de maintenance est plus élevé,
Les suspicions d’impact des ondes sur la santé peuvent constituer un frein à l’acceptation,
Le réseau créé autour des points d’émissions pourrait ne pas être circonscrit à l’enceinte physique du bâtiment et, donc, mettre à mal la cybersécurité du bâtiment. Quand bien même le réseau serait borné à l’enceinte du bâtiment, il sera plus facile d’accéder de l’intérieur à un réseau sans fil diffusé dans l’espace qu’à un réseau câblé moins accessible.
Débit pouvant-être plus faible que les réseaux câblés.
Le courant porteur en ligne (CPL)
Dans certains cas, généralement dans le cadre domestique, le réseau électrique en place pourra servir d’infrastructure de support à la communication. Ce support a l’avantage de préexister et permet donc le déploiement d’un réseau à moindre coût.
Le principe est simple, on émet des hautes fréquences (ondes courtes) sur le réseau de courant électrique, ces ondes vont se superposer aux basses fréquences du courant alternatif. En bout de course, les récepteurs situés sur le réseau vont décoder le signal en soustrayant les fréquences liées au courant électrique alternatif de manière à retrouver le signal émis.
Ce type de support a cependant certaines limites :
Le câblage électrique est conçu pour les basses fréquences à haute énergie (l’électricité circule à une fréquence de 50Hz dans nos contrées tandis que le CPL utilise des hautes fréquences à faible énergie au-delà de 9kHz). De ce fait, les gaines ne sont généralement pas blindées ce qui augmente le risque de brouillages et d’interférences.
Certains éléments du réseau comme les onduleurs peuvent couper les hautes fréquences,
Une panne de courant empêche le fonctionnement de la communication dans la plupart des cas,
Si l’intensité électrique du réseau varie fortement, le signal devient plus difficilement lisible et la communication s’en trouve gênée.
Si nos bâtiments, au sens de leurs systèmes techniques, deviennent intelligents, il en va de même de pratiquement tous nos objets du quotidien pour lesquels il existe en variante dite « smart » : montres connectées, ampoules, frigo, matelas, aspirateurs, tondeuses à gazon, balances, réveils, radios, télévisions, serrures, gamelles du chien, compteurs, pots de fleur, caméras, enceintes à reconnaissances vocales, etc…
Cette explosion récente du « smart » dans tous les domaines et l’avènement de plateformes ouvertes (applications, logiciels, …) qui rendent possibles l’interopérabilité entre un très grand nombre de ces objets ont permis de lier tous ces composants, a priori sans points communs, pour donner la possibilité aux utilisateurs de les faire interagir au sein d’un grand écosystème.
Ce n’est pas clair pour vous ? Voyez plutôt : Si vous possédez, à tout hasard, une ampoule connectée et une poubelle connectée, il est possible pour vous de paramétrer les choses suivantes en quelques clics :
Si nous sommes un jeudi ET qu’il est 19h00 ET que la poubelle n’est pas vide,
ALORS Allumer la lumière de la cuisine en rouge ET recevoir une notification sur le smartphone disant « sortir les poubelles ».
Ou encore si vous possédez une sonde de qualité de l’air (CO/CO2/Humidité), des ampoules connectées et une enceinte connectée :
Si CO supérieur à 500 ppm,
ALORS allumer toutes les lumières en rouge ET allumer les enceintes à 100 % ET faire sonner le téléphone ET envoyer un sms « help » au voisin
Les objets peuvent-être utilisés d’un grand nombre de manières que ce soit pour des économies d’énergie, plus de commodité, de confort ou encore pour sa sécurité.
C’est donc cet ensemble d’objets physiques (une poubelle, une ampoule, une enceinte, une sonde CO) ou virtuels (une horloge en ligne, la météo, …) connectés directement ou indirectement (via des passerelles de connexion) à un même réseau et pouvant interagir entre eux qu’on appelle l’internet des objets ou IOT.
L’Union internationale des télécommunications((Dans sa note de recommandation UIT-T Y.2060 URL : https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?lang=e&id=T-REC-Y.2060-201206-I!!PDF-F&type=items)) en donne la définition suivante : « infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution ».
Avec cette interconnexion galopante et le développement des technologies de la communication, les frontières entre l’utilisateur, les « wearables », les objets connectés et les systèmes techniques s’amenuisent et ces différentes échelles s’intègrent, s’assimilent mutuellement.
Un bâtiment intelligent ou « Smartbuilding » est un bâtiment qui cherche à répondre aux enjeux généraux de confort, de bien-être, de sécurité et de performance énergétique et environnementale par l’exploitation des technologies liées au monde numérique. Architecture et Climat – Janvier 2019
Pour chacun de ces enjeux, le Smartbuilding poursuit 4 objectifs majeurs :
La flexibilité énergétique,
La commodité et l’ergonomie,
L’optimisation et l’efficacité,
La maintenance et la prévention des pannes.
Le bâtiment intelligent cherche à atteindre ces 4 objectifs pour chacun des enjeux en faisant communiquer et coopérer les systèmes du bâtiment entre eux tout en incluant l’occupant.
Le bâtiment, désormais smart, dispose ainsi de nouveaux outils numériques pour (s’)informer, contrôler, prévoir, optimiser et simplifier la gestion du bâtiment.
« Conduit à une décarbonisation plus rapide des systèmes énergétiques par l’utilisation du stockage d’énergie et l’amélioration de la flexibilité de la demande énergétique ;
Habilite et responsabilise ses usagers et occupants en leur offrant le contrôle des flux d’énergie ;
Reconnait et réagit aux besoins des occupants et des usagers en termes de confort, de santé, de qualité de l’air intérieur, de sécurité mais aussi d’exigences pratiques. «
Mais cette « surcouche SMART » présente également des risques et de nouveaux défis pour le secteur du bâtiment. Principalement, ces risques sont : l’échec de la symbiose avec les occupants, la cybersécurité, l’obsolescence des équipements, le surcoût économique et environnemental à rentabiliser (voir plus loin).
Quelle différence avec la GTC ?
Le smartbuilding se différencie de la GTC (Gestion Technique Centralisée) :
par son champ d’application plus large, allant bien au-delà de la HVAC en intégrant d’autres systèmes (accès, ascenseur, renouvelable, sécurité, …)
Par son niveau d’interaction plus élevé et plus complexe entre les différentes techniques. Ceci permet à la HVAC, l’éclairage, les protections solaires, le contrôle d’accès,… de fonctionner de concert pour améliorer le confort et la performance du bâtiment.
par sa philosophie et son caractère beaucoup plus flexible et ouvert. Ces qualités se manifestent vers l’utilisateur qui dispose désormais d’interface conviviales pour configurer ses systèmes à souhait mais également entres les différents systèmes techniques. Dans un Smartbuilding, les éléments ne sont liés entre eux que par un réseau et de la programmation : un détecteur ou un interrupteur n’est pas structurellement relié à une lampe plutôt qu’à une autre. La manière dont les différents éléments d’un smartbuilding interagissent entre eux est désormais flexible et modifiable à souhait.
Finalement, alors que le « cerveau » de la GTC est centralisé dans un centre de gestion, celui d’un Smartbuilding est réparti entre les différents systèmes et est présent à plusieurs échelles dans chaque sous-système.
Par exemple, chaque ampoule embarque un logiciel métier mais c’est également le cas de la passerelle qui gère les interactions entre les interrupteurs, les ampoules et le réseau. Un cloud peut également intervenir sur la gestion du système et constituer une source de service supplémentaire. Cette configuration décentralisée et parfois distribuée de la gestion améliore la résilience des systèmes.
Quels sont les systèmes intégrés dans le bâtiment intelligent ?
Concrètement, grâce à l’interopérabilité et à la standardisation lente mais croissante des protocoles de communication, les Smartbuildings sont capables de monitorer, analyser et faire coopérer une variété de systèmes techniques de plus en plus large. La seule limite étant la créativité du concepteur et/ou de l’intégrateur pour répondre aux besoins de l’occupant.
La liste des sous-systèmes pouvant coopérer au sein d’un smart building est sans limite. Nous citerons donc à titre non exhaustif les systèmes principaux les plus souvent intégrés que sont :
Le système de raccordement au réseau et les compteurs intelligents,
Le système de production de chaleur,
Le système de refroidissement,
Le système de production d’ECS,
Le système de ventilation,
Le système de production et d’intégration d’énergie renouvelable,
Le système de stockage d’énergie,
Le système d’éclairage,
La motorisation des parties mobiles de l’enveloppe (stores, fenêtres motorisées…),
Le système de protection incendie,
Le système de gestion des eaux,
Les ascenseurs,
Le système d’accès et de sécurité,
La recharge et l’intégration des véhicules électriques,
Le monitoring et le contrôle du bâtiment,
Les appareils électroménagers.
Mais aussi, pourquoi pas : la détection de fuites, les livraisons, les déchets (poubelles connectées), l’inventaire, l’agenda partagé (peut coopérer avec les systèmes des salles de réunion, etc…), l’arrosage automatique, …
Gadget ou vraiment « smart » ?
Dans la vie de tous les jours, qu’est-ce qu’un bâtiment intelligent, qu’a-t-il de vraiment smart ?
Gadget : Objet, appareil, dispositif, projet etc…, qui séduit par son caractère nouveau et original, mais qui n’est pas d’une grande utilité.
Smart : Se dit d’un bien dont la maintenance ou le fonctionnement sont assurés par un dispositif automatisé capable de se substituer, pour certaines opérations, à l’intelligence humaine.
LAROUSSE – 2018
Si le concept et l’imaginaire qui entoure le smartbuilding peut sembler un peu « geek » ou gadget au premier abord, la différence entre un bâtiment « non-smart » des années 60’ et un bâtiment intelligent correspond à peu près à la différence qu’on peut retrouver entre un tracteur « full manuel » des années 60 et une voiture hybride semi-autonome d’aujourd’hui !
Le tracteur est composé d’une série d’éléments (phares, moteur, direction, freins…) actionnés et régulés indépendamment par des commandes individuelles, directes et manuelles.
À contrario, et même si nous y sommes habitués et que nous ne le remarquons peut-être plus, nos voitures actuelles sont en réalité des « smartcars » avec tout ce que cela comporte d’aspects positifs, ou pas.
Rendez-vous compte : la voiture hybride choisi seule si c’est le moteur électrique ou thermique qui doit être utilisé en fonction de l’état de la batterie, du réservoir, de la vitesse et du type de conduite ; la voiture ne se déverrouille que lorsque la clé se trouve à proximité, la lumière intérieure s’allume à l’ouverture de la porte ; les phares s’allument automatiquement quand la nuit tombe ; les vitesses passent automatiquement et de manière adaptée à notre conduite du moment ; le volume de la musique baisse lorsque le GPS s’exprime, l’alarme pour la ceinture sonne dès que le siège détecte la présence d’un passager non ceinturé ; le moteur s’éteint au feu rouge, etc…
Tiens, tiens, … entre notre tracteur et notre voiture dernier cri, tout ne serait-il pas devenu interconnecté via un réseau d’information et partiellement automatisé pour faciliter la vie à bord, améliorer le confort, la sécurité et économiser de l’énergie ?
Dans le secteur automobile comme dans le bâtiment, pour être réellement smart, il est important de trouver le bon équilibre entre automatisation et suggestion en fournissant de l’information exploitable par l’utilisateur (entretien à venir, limitation de vitesse, pression des pneus, bouchons, présence d’un obstacle, …) lui suggérant telle ou telle action.
Ainsi, nous ne sommes pas à l’abri de certaines fonctions « gadget » mais, dans leur ensemble, les bâtiments intelligents le sont vraiment et ont un impact mesurable sur l’efficacité énergétique, le confort, le bien-être, la santé et la sécurité des occupants((Vincent Bonneau & Tiana Ramahandry, I. a.-A. (2017, 10). Commission Européenne. (E. Union, Éd.) Consulté le 06 2019, sur https://ec.europa.eu: https://ec.europa.eu/growth/tools-databases/dem/monitor/sites/default/files/DTM_Smart%20building%20-%20energy%20efficiency%20v1.pdf)).
Dans la littérature, nous pouvons observer des réductions de consommation des bâtiments allant de 5-15% pour la HVAC et jusqu’à 60% pour l’éclairage((Vincent Bonneau & Tiana Ramahandry, I. a.-A. (2017, 10). Commission Européenne. (E. Union, Éd.) Consulté le 06 2019, sur https://ec.europa.eu: https://ec.europa.eu/growth/tools-databases/dem/monitor/sites/default/files/DTM_Smart%20building%20-%20energy%20efficiency%20v1.pdf)) en fonction du niveau (très variable) d’intelligence, d’automatisation et d’intégration des systèmes.
Pour conclure, tout n’est évidemment pas mauvais ou inutile dans le smartbuilding mais, comme dans les autres secteurs, il vaudra toujours mieux privilégier les alternatives passives et la sobriété énergétique, plutôt que consommer de manière « Smart ».
Quels sont les risques liés au smartbuilding ?
Les risques inhérents à la mise en œuvre sont au nombre de 4 :
Risque d’échec de la symbiose avec les occupants,
Risque de faille informatique, cybersécurité,
Risque d’obsolescence des équipements et softwares,
Risque de surcoût économique et environnemental non rentabilisé.
Échec de la symbiose avec les occupants :
Si le projet va trop loin dans l’automatisation, l’optimisation et la prédiction tout en réduisant les possibilités de déroger et d’interagir avec les systèmes, alors l’occupant perd la maitrise de son bâtiment. Il pourrait se retrouver sans levier d’action et ne plus comprendre pourquoi en plein hiver les stores se ferment au premier rayon de soleil alors que lui, en plein « blue monday », est à la recherche de Vitamine D !
Il faudra à tout prix éviter ce décalage entre d’un côté, une sombre optimisation énergético-économique opérée par une machine et de l’autre, les envies et besoins impulsifs éminemment humains des occupants. Pour éviter ce clash, la « machine » devra fait preuve de transparence, flexibilité, interactivité et convivialité !
Plus généralement, pour qu’un projet de smartbuilding soit positivement adopté par les utilisateurs, celui-ci devra répondre de façon proche et avec tact aux besoins de ces derniers. Pour donner toutes ses chances au projet de Smartbuilding, le concepteur et l’intégrateur (qui sont parfois une même entité) devraient être impliqués dans le projet et échanger avec les occupants et les acteurs de la construction (Architecte, entrepreneur, électricien, …) dès les premières esquisses puis tout au long du projet.
C’est notamment lors de ces discussions que les « fourchettes » d’action (borner le chauffage entre 16°C et 22°C par exemple) et que les limites de la paramétrisation laissées à l’occupant via les diverses interfaces sont définies. À l’issue de ces discussions, un équilibre devra être trouvé entre, d’une part :
garantir la robustesse du système et éviter que l’occupant puisse toucher à trop d’éléments techniques, ce qui risque d’engendrer des dysfonctions
et, d’autre part, lui permettre d’ajuster, de déroger sur suffisamment de paramètres pour qu’il conserve le contrôle et la maitrise de son bâtiment.
Risque de faille informatique, la cybersécurité
L’autre risque qui survient quant on mandate des machines pour prendre des décisions à notre place et qu’on les interconnecte entre elles est celui de la cybersécurité : « Et si quelqu’un s’infiltre et prend les commandes de mon bâtiment ? Ou pire, s’il utilise la connection d’une ampoule comme passerelle pour s’infiltrer sur mon serveur d’entreprise et voler mes données ? »
Bien que les inquiétudes soient légitimes, bien que la vigilence soit de mise, il n’y a pas de raison de s’en inquiéter irrationnelement ou, en tous cas, plus que nous le faisons déjà avec notre réseau Wifi, notre smartphone, mots de passes ou nos clés d’appartement.
Étant donné qu’aucun système de sécurité n’est fiable à 100%, que ce soit les serrures de votre bâtiment ou son alarme, la bonne pratique en matière de (cyber)sécurité est d’agir proportionnellement. Cela commence en évaluant la valeur des données et/ou des biens que renferme le bâtiment pour définir un niveau de sécurité adapté à atteindre et l’appliquer partout : à son smartbuilding, au réseau wifi, aux serrures physiques du bâtiment, aux mots de passes des adresses mail, …
Par analogie : « Installer une porte blindée ne sert à rien si la fenêtre reste ouverte. »
Il faut donc prendre la question de la cybersécurtié au sérieux et faire réaliser un audit pour définir le niveau de protection à atteindre mais également garder à l’esprit que d’importants progrès en la matière sont réalisés jour après jour et que les cas de cyberattaques directement liées à une faille d’un Smartbuilding sont relativement rares. Si les données que renferment le bâtiment ont de la valeur, il est toujours possible d’étanchéifier le réseau « smartbuilding » du/des réseaux qui renferment des données sensibles.
Si, au départ, le cloud avait une place importante dans le smartbuilding, suite à la révélation de certaines failles informatiques conséquentes, il est de moins en moins utilisé. Aujourd’hui, le remote controling du smartbuilding est réalisé par réseau privé virtuel ou VPN. Sans entrer dans les détails, un VPN fonctionne comme un tunnel temporaire et étanche qui permet de se connecter directement à distance à un ordinateur situé dans le bâtiment. Contrairement au Cloud qui « discute » tout le temps avec le bâtiment, ici un tunnel n’est ouvert qu’en cas de besoin et l’ensemble se déconnecte quand il n’y a plus d’échanges.
Le risque d’obsolescence des équipements et des softwares.
Les premiers smartbuilding sont relativement récents de sorte que les retours sont peu nombreux et ne permettent pas de déterminer avec certitude si ces bâtiments feront face à un phénomène d’obsolescence ou non. Néanmoins, quelques éléments de réponses peuvent être apportés.
Tout d’abord, l’interopérabilité et la structure du réseau « plug and play » décentralisé ou parfois distribué des systèmes du smartbuilding est un gage de résilience et donc de durabilité. Dans ces systèmes peu hiérarchisés et non-linéaires, chaque élément ou presque peut-être remplacé ou retiré individuellement. D’autres éléments peuvent éventuellement être ajoutés. C’est un système évolutif, ce qui facilite grandement les réparations, adaptations, remplacements.
Cependant, qui dit systèmes évolutifs, dit également systèmes qu’on aura envie de faire évoluer. La tentation de compléter son système avec des équipements « gadgets » superflus ou par la nouvelle version de l’un ou l’autre équipement peut indirectement être source de gaspillage et d’obsolescence.
Si la GTC appartient progressivement au passé, celle-ci avait la qualité de pouvoir accompagner un bâtiment plus de 15 ans sans modification ou encombre majeure.
Quand nous observons les durées de vies couramment observées des softwares, objets connectés et autres tablettes, nous pouvons légitimement douter de la pérennité de l’ensemble des composants du smartbuilding.
>30-50 ans pour un bâtiment,
>15-20 ans pour un équipement de technique,
±8-10 ans pour un objet connecté,
±4-6 ans pour un système d’exploitation
Et ±2-4 ans pour une application
Risque de voir le surcout économique et environnemental non rentabilisé sur la durée de vie
La Smartbuilding poursuit, entre autres, un objectif d’efficacité environnementale et de rationalisation de la consommation d’énergie. Le Maitre d’ouvrage cherche de surcroit à réaliser des économies en réduisant la consommation et l’empreinte environnementale de son bâtiment.
Le premier risque d’un smartbuilding est d’observer une optimisation énergétique et une baisse de la facture énergétique insuffisamment conséquente pour compenser le surcoût « smart » lors de la construction du bâtiment.
Ensuite, comme les nombreuses sondes, équipements, puissances de calcul, … sont sous-tension et communiquent 24h/24, 7j/7, ils engendrent une consommation d’électricité non négligeable. Ces équipements supplémentaires ont également une empreinte en énergie grise liée à leur fabrication dont il faut tenir compte. Le second risque serait que cet « investissement environnemental supplémentaire » ne soit pas au moins compensé par l’économie et la rationalisation énergétique que ces équipements génèrent au cours de leurs vies.
On estime qu’en 2025 les objets connectés auront une consommation équivalente à un pays comme le Canada.
Basé sur les chiffres de l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie) – 2013
Le « smart » : un progrès (in)contournable ?
Un faisceau d’incitants directs et indirects comme le « SRI », l’intégration croissante du renouvelable, l’encouragement à l’autoconsommation, le choix européen d’orienter la mobilité vers l’électrique, des attentes et des normes de confort et de commodité croissantes vont pousser chaque jour un peu plus à « smartiser » nos bâtiments.
Si la volonté est de se doter des dernières technologies pour profiter des fonctionnalités et services les plus à la pointe, alors le Smart et l’interconnexion deviendront incontournables.
L’automatisation de certaines tâches et l’optimisation du bâtiment nous permet alors de multiplier les fonctionnalités, les services, rationnaliser la consommation d’énergie et améliorer le confort tout en nous soulageant d’une partie de la gestion et de la programmation.
Néanmoins, nous observons également combien la course au progrès se fait régulièrement au détriment du bon sens et de la maitrise de son environnement. C’est pourquoi nous pensons qu’il nous revient, au cas par cas, de définir si un tel progrès est de nature à répondre à un besoin réel ou non. Plutôt que d’offrir des solutions à un problème qui n’existe pas, le smartbuilding se devra de répondre sur-mesure aux besoins et aux attentes propres à chaque groupe d’occupant.
D’un point de vue uniquement énergétique, si nous devions positionner l’intégration du « smart » dans une stratégie de conception telle que la trias-energetica, elle trouverait assurément sa place en queue de peloton :
lorsque les besoins sont réduits au maximum rationnel (Optimisation de l’enveloppe, des comportements…),
que la plus grande part possible des besoins est couverte par des énergies renouvelables,
et que le complément (fossile) est produit avec le meilleur rendement possible
Alors seulement, comme dernier effort, le smartbuilding devrait être envisagé et intégré au bâti de manière à rationnaliser toujours plus les besoins, optimiser l’autoconsommation, perfectionner le confort et améliorer l’efficacité et la gestion énergétique.
Il serait hautement souhaitable que l’utilisation de cette force de calcul puisse, paradoxalement (?), se mettre au service des solutions Low-Tech et passives en les rendant plus autonomes et intelligentes de manière à les rendre aussi efficaces que certains systèmes actifs complexes, lourds et consommateurs d’énergie.
En effet, des éléments architecturaux « basiques » comme les fenêtres ouvrantes ou les volets sont des composants formidablement simples et efficaces pour refroidir ou ventiler un bâtiment. Leur unique « défaut » réside éventuellement dans leur mauvaise utilisation : faute d’information et de capacité d’anticipation de l’occupant mais également dans l’impossibilité d’être actionné en dehors des horaires d’occupation.
Avec un peu d’IA et quelques sondes simples, l’utilisateur peut, par exemple, être informé anticipativement par une simple diode LED de l’intérêt ou non d’actionner tel ou tel dispositif de manière à adapter et optimiser son utilisation des ouvrants.
Dans certains cas judicieux, pour aller plus loin, ces éléments peuvent être connectés et motorisés de sorte que, lorsque l’utilisateur est absent, le smartbuilding pourra prendre le relais et actionner ces systèmes simples avec très peu de moyens techniques et énergétiques.
Aujourd’hui, l’intelligence artificielle (IA) s’immisce partout, jusque dans nos bâtiments… Mais au-delà du mythe, de la crainte ou encore du fantasme, qu’est-ce que réellement l’intelligence artificielle et quel rapport entretient-elle avec les bâtiments ? De quoi s’agit-il ?
L’intelligence artificielle regroupe l’ensemble des technologies (les programmes, codes, machines, techniques…) capable de reproduire un ersatz d’intelligence. Il s’agit donc pour ces outils, programmes ou techniques de simuler des processus cognitifs, parfois plus vite qu’un humain, parfois de façon originale. Néanmoins, l’intelligence artificielle ne peut naître d’elle-même ou apprendre d’elle-même sans supervision humaine. L’IA n’a pas de « volonté » ou de « conscience », il ne s’agit que d’une chaine de petits calculs et algorithmes relativement « simples » qui, combinés bout à bout et itérés, permettent d’accomplir des processus cognitifs complexes (reconnaitre des caractères, convertir une voix en texte, …). Ce haut niveau de complexité peut parfois semer le trouble et faire croire « qu’il y a quelqu’un là de-dedans » mais il n’en est rien !
Les limites d’une intelligence informatique supervisée
Si, du côté du matériel (le « hardware »), les « machines de calcul » atteignent des sommets (augmentation des puissances, cloudcomputing, …), la limite la plus forte se situe dans la formalisation, la programmation des tâches : comment expliquer à une machine qu’elle doit effectuer une tâche déterminée ?
C’est en effet une chose d’avoir de la puissance et une endurance à toute épreuve mais si on ne sait pas qu’il faut mettre un pied devant l’autre pour courir, toute cette puissance ne sert à rien. Ainsi, la programmation informatique des tâches est aussi ardue que la logique d’une machine est éloignée de celle d’un humain : une machine a plus de facilité à énumérer des nombres premiers qu’à reconnaitre un chat ou, simplement, marcher. Pour une machine tout est mathématique et logique, rien n’est « inné », tout doit rentrer dans des cases.
Aussi, jusqu’à présent, aucune machine n’apprend par elle-même à partir de rien. Systématiquement, l’humain doit spécifier les paramètres à prendre en compte, les règles du jeu et l’objectif à atteindre.
La performance de la machine dépend donc de ses composants mais surtout de la capacité de l’humain à en tirer parti et savoir « expliquer » (programmer) les règles du jeu de manière efficace et, le cas échéant, à fournir des données en quantité et qualité suffisante pour que la machine puisse les analyser et s’optimiser pour répondre au mieux aux objectifs. La machine peut donc s’entrainer ou optimiser un processus, parfois à des niveaux de complexité très élevés mais ne peut pas, à l’origine, faire preuve d’intelligence ou d’initiative pure par elle-même.
Si nous observons en bref le fonctionnement d’un thermostat « dernier cri » dit « smart » ou « intelligent », on se rend compte que ce n’est pas un génie. Il s’agit d’une machine à qui on a expliqué (programmé) que, pendant son exploitation, elle allait devoir optimiser sa manière d’agir sur la chaudière en fonction d’une série de paramètres (température extérieure, ensoleillement, température intérieure, …) de manière à ce que la température mesurée des espaces intérieurs réponde au mieux aux attentes planifiées de l’occupant.
Cette machine enregistre les différents paramètres qu’elle mesure et adapte son fonctionnement logique si elle manque son objectif (selon un processus d’itération préprogrammé par le concepteur). En effet, si le nouveau thermostat « intelligent » que vous avez depuis 3 jours déclenche par défaut la chaudière 30 minutes avant le réveil de l’occupant pour atteindre 20°C à 7h du matin, il va arriver un jour où les températures extérieures vont baisser et où la pièce aura besoin de bien plus de 30 minutes pour chauffer. Ce jour-là, la machine va se tromper et atteindre la température de consigne en retard mais surtout elle va le mémoriser et tenir compte de son erreur. Ainsi, si elle est bien programmée, elle « se souviendra », la prochaine fois qu’il fera aussi froid, qu’elle n’y était pas parvenue et elle lancera la chaudière un peu plus tôt et ainsi de suite. Au fil du temps, des erreurs et des corrections, le thermostat perfectionnera son algorithme pour répondre au mieux à sa mission. Plus le programmeur aura fait intervenir des paramètres dans l’algorithme plus la machine pourra se perfectionner et corriger son calcul au fil du temps.
Dans tous les cas, la machine restera limitée par son hardware (le nombre et la qualité de ses capteurs) mais aussi et surtout par la qualité de sa programmation. En effet, il ne faudrait pas que le jour où vous oubliez une fenêtre ouverte toute la nuit avec pour effet de biaiser le comportement de la relance de votre chauffage, le thermostat se dérègle et désapprenne tout. Seul un programmeur intelligent qui aurait anticipé ce genre de cas pourra permettre au thermostat de comprendre que ce matin-là était anormal et qu’il ne doit pas en tenir compte pour la suite.
Quelle place dans le bâtiment ?
Le numérique, les technologies de la communication et l’IA, prennent une place de plus en plus importante grâce aux évolutions dans les domaines des TICs (technologies de l’information et de la communication), de l’informatique, de l’électronique, … Avec l’automatisation croissante, ces progrès ont permis l’introduction dans nos bâtiments de systèmes techniques plus complexes et finement régulés sans pour autant augmenter proportionnellement la difficulté de la gestion quotidienne pour les occupants.
Ainsi, les systèmes du bâtiment ont pu devenir de plus en plus nombreux, interconnectés, perfectionnés et complexes individuellement. Cette complexité est en voie de s’accroitre dans les prochaines années avec l’intégration croissante des énergies renouvelables et la mise en réseau lente mais progressive des systèmes entre eux de sorte qu’il y aura encore une augmentation considérable du nombre de prise de mesures, de décisions et d’actions à automatiser et optimiser pour réguler tous ces systèmes en continu de manière optimale et coordonnée.
L’intégration de ces technologies dans ce qu’on appelle désormais un « smartbuilding » représente une opportunité unique d’amélioration de la performance énergétique et du confort dans les bâtiments.
Connaitre les tenants et aboutissants de la nouvelle exigence QZEN, anticiper en communiquant autour de cette exigence afin d’aiguiller les acteurs du secteur de manière appropriée, tels sont les objectifs de cette page thématique consacrée au QZEN.
Dans cette optique, nous nous sommes concentrés sur la compréhension du QZEN : C’est quoi le QZEN ? Évolution ou révolution ? QZEN= renouvelable ?
Ensuite, l’accent a été mis sur la conception énergétique des bâtiments « Quasi Zéro Énergie » : Quelle approche de conception pour le QZEN ?
Finalement, nous avons poursuivi la mise à jour du contenu sur les énergies renouvelables, le stockage énergétique dans le bâtiment et les réseaux intelligents.
L’air vicié des cuisines est chargé en graisses, odeurs et fumées, notamment.
De manière à rejeter l’air le plus propre qui soit et à ne pas salir inutilement les filtres et le système de ventilation, divers appareils de traitement de l’air aspiré peuvent être installés. On distingue plusieurs technologies :
La filtration mécanique : les graisses sont récoltées grâce à certains principes physiques : choc, inertie, gravité, … dans des séparateurs de graisses.
La filtration biologique : les graisses sont « digérées » par un brouillard d’enzymes.
La filtration UV : les graisses sont détruites par effet de photolyse.
La filtration par brumisation : les graisses sont récoltées par agglomérations dans un nuage de vapeur d’eau.
La filtration électrostatique : les particules de fumées et de graisses sont récoltées par ionisation.
La filtration à charbon actif : les particules des odeurs sont retenue par la poudre de charbon actif.
Chacune des techniques de filtrations à ses caractéristiques propres pour extraire les particules de l’air rejeté. Aucune n’est efficace pour extraire à la fois les graisses, les fumées et les odeurs. Par exemple, les séparateurs de graisses ne peuvent pas filtrer les graisses à 100% et laissent passer les fumées et les odeurs, des systèmes secondaires ont été élaborés comme la filtration par UV ou biologique.
C’est pourquoi, plusieurs systèmes de filtration différents doivent être installés en série pour purifier l’air rejeté au maximum.
Une même règle est d’application pour tous ces systèmes: l’installation et l’entretien doit se faire par des professionnels.
La filtration mécanique
Les graisses sont extraites de l’air par chocs, effet d’inertie, centrifugation et gravité. On distingue deux technologies :
Les filtres qui sont des outils de filtration où les graisses restent emprisonnées, par exemple : filtre à treillis, filtre à choc ou filtre à charbon actif, …
Les séparateurs de graisses qui sont des outils de filtration ou les graisses sont extraites de l’air et récoltées dans un bac à condensats ou une gouttière, par exemple le séparateur de graisses cyclonique ainsi que certains filtres à chocs (filtre à chocs 1 couche sans zones inaccessibles). Les séparateurs de graisses ne retenant pas ou très peu de graisses sur leurs surfaces, ils sont un atout pour la sécurité anti-incendie et pour l’hygiène (pas de souches de bactéries inaccessibles).
Les filtres
S’ils sont utilisés, ils doivent toujours être en acier inoxydable et être utilisés en combinaison avec des séparateurs de graisses. Les filtres à treillis sont interdits dans les cuisines professionnelles. Un filtre ne peut être utilisé dans une hotte en tant que seul moyen de filtration (prEN 16282) pour des raisons de sécurité anti-incendie.
Les filtres à chocs ou labyrinthe sont composés de profilés en quinconce qui interceptent les particules de graisse, principalement :
Par effet d’inertie : à chaque virage autour d’un profilé, les particules sont projetées en dehors du flux d’air.
Par condensation des particules sur les surfaces « froides ». Dès lors, le rendement s’accroît avec une diminution de la vitesse de l’air. Le filtre à choc est donc l’outil optimal pour la filtration de l’air dans des zones humides, genre laverie ou lave-casseroles.
Les filtres à treillis correspondent à des filtres plans composés d’un treillis de fils d’acier.
Filtre à choc (vue de face et en coupe).
Filtre à treillis métallique et filtre à choc.
Avantages
Leur faible coût.
Inconvénient
Une rétention importante des graisses à l’intérieur des filtres ce qui accroit le risque d’incendie s’ils ne sont pas régulièrement lavés. En outre, l’intérieur des filtres n’étant pas accessible, il faut les remplacer régulièrement.
Une variation de la perte de charge (et donc du débit) en fonction de l’encrassement.
Pour les filtres à chocs, un faible rendement de 50% sur les particules de 10µ pour les filtres à une couche (on peut monter à 60% dans le cas des 2 couches).
Le séparateur de graisses à chocs
Le séparateur de graisses à chocs se différencie des filtres à chocs classiques par le fait que les ailettes sont ouvertes aux extrémités. Ceci permet un écoulement des graisses récoltées et également le nettoyage total des surfaces du séparateur de graisses.
Ne retenant pas les graisses à l’intérieur le séparateur de graisses ne représente pas de risque en cas d’incendie au moment où les flammes l’effleurent.
Avantages
Une perte de charge (et donc un débit) constant(e) avec l’encrassement,
Un entretien facile en lave-vaisselle,
Faible risque de développement d’un feu de cheminée.
Inconvénients
Un faible rendement de 50% sur les particules de 10µ, d’autant plus que des séparateurs de graisses à 2 couches n’existent pas.
Le séparateur de graisses à effet cyclonique
Grâce à la forme des séparateurs, l’air vicié effectue continuellement une spirale dans le même sens, les particules de graisse et d’eau sont séparées par centrifugation et récupérées par gravité dans un collecteur.
Avantages
Un rendement maximal jusqu’à 90% pour des particules de 10µ.
Une perte de charge (et donc un débit) constant(e) avec l’encrassement,
Un entretien facile en lave vaisselle
Faible risque de développement d’un feu de cheminée.
Inconvénients
Un coût plus élevé
La filtration biologique
Ce système consiste à créer un brouillard d’enzymes agissant sur les graisses et les huiles détruisant ainsi tout résidu ayant passé le premier stade de filtration. Pour ceci un réseau de tubes et de buses est placé dans les plénums d’extraction, le gainage et le groupe. Deux modes de fonctionnement existent : aspersion en continu ou aspersion unique après le service.
Fonctionnement continu
Avantages
Élimine toutes les graisses dans l’air extrait et donc une grande partie des odeurs.
Récupération d’énergie thermique possible de manière optimale.
Supprime totalement les risques d’incendies, plus de dépôts de graisses, ce qui permet de revoir à la baisse les coûts d’entretien et les primes d’assurances
Entretien aisé simultanément avec l’entretien annuel obligatoire.
Le matériel, récupérateur + groupe restant propres, leur durée de vie est allongée.
Inconvénients
Comme le produit doit être utilisé en continu la consommation en produits biologiques, pour lequel on est lié au fabriquant, s’avère rapidement très onéreuse.
Ne peut être utilisé en combinaison avec un filtre à charbon actif.
Aspersion en fin de service uniquement
Avantages
Le gainage est nettoyé chaque soir, les risques d’incendie dans le gainage sont quasi nuls, ce qui permet de revoir à la baisse les coûts d’entretien et les primes d’assurances.
Le matériel, récupérateur + groupe restant propres, leur durée de vie est allongée.
Inconvénients
Peu d’inconvénients, sauf qu’il ne présente pas les avantages du fonctionnement à aspersion continue, donc :
Pas d’élimination des odeurs
Pas de récupération d’énergie possible, sauf par récupérateur moins efficace à large espacement d’ailettes.
La filtration par UV
Filtration par rayon UV dans les plénums d’extraction
En installant les lampes UV dans les plénums d’extraction l’effet de photolyse est combiné à celui de l’ozonolyse, détruisant ainsi 100% des graisses résiduelles. En éliminant toutes les graisses dans l’air d’extraction, une récupération de haute efficacité peut être installée dans le groupe d’extraction. Sans ceci, un récupérateur de chaleur se colmaterait rapidement, causant une consommation de l’ensemble du système supérieure à un système sans récupérateur de chaleur.
Avantages
Élimine toutes les graisses dans l’air extrait et donc une grande partie des odeurs.
Récupération d’énergie thermique possible de manière optimale.
Supprime totalement les risques d’incendies, plus de dépôts de graisses, ce qui permet de revoir à la baisse les coûts d’entretien et les primes d’assurances
Entretien aisé simultanément avec l’entretien annuel obligatoire.
Le matériel, récupérateur + groupe restant propres, leur durée de vie est allongée.
Inconvénients
Les rayons UV et l’ozone étant nocifs pour l’homme, des mesures pour éviter toute exposition doivent être prises.
Après la durée de vie des lampes UV celles-ci doivent être remplacées par le fabriquant. La durée de vie des lampes UV varient selon le fabriquant de 6000h à 13000h.
Filtration par rayon UV dans un caisson placé hors du flux d’air
L’effet est le même que les systèmes avec les lampes placés dans le flux d’air. Cependant l’effet de photolyse étant absent, l’efficacité de destruction des graisses résiduelles ne dépasse pas les 70%.
Avantages
Ce système peut être placé des années après l’installation des hottes de ventilation.
Récupération d’énergie possible. Un échangeur à large espacement (moins efficace) ou échangeur autonettoyant est alors impératif.
Mêmes avantages que les systèmes UV placés dans le flux d’air. Mais moins performant
Inconvénients
Idem à ceux des systèmes UV placés dans le flux d’air
Générateur d’ozone
Ce système à la même fonction que les systèmes de filtration par UV placés hors du flux d’air, sauf que la génération d’ozone se fait par un autre processus chimique.
Avantages et inconvénients idem aux systèmes de filtration par UV placés hors du flux d’air.
La filtration par brumisation
Dans le cas de cuissons à très hautes températures (par exemple pour les woks ou barbecues), les graisses sont décomposées en très fines particules et passent facilement à travers les systèmes de filtrations « classiques » (filtration mécanique, enzymatique et UV).
Ceux-ci sont donc inutiles et le système d’extraction est alors conçu avec une filtration par brumisation. Cette technique consiste à projeter un brouillard de fines gouttelettes dans le système d’extraction. Les graisses s’agglomèrent autour des gouttelettes et l’eau viciée est alors récoltée et évacuée.
Avantages
Un rendement élevé pour les particules les plus fines
Inconvénients
Un coût plus élevé
Le besoin de raccordement à l’eau et son évacuation
Un coût de consommation d’eau en cas de non-recyclage
L’entretien et le nettoyage du bac ainsi que la filtration de l’eau si un recyclage de l’eau est effectué (peu courant)
La filtration électrostatique
Le filtre électrostatique comporte deux zones opérationnelles : une zone d’ionisation et une zone collectrice. Par la traversée de la zone d’ionisation, toutes les particules sont chargées positivement : elles sont alors ionisées. Les lames du filtre qui constituent la zone collectrice captent la totalité des particules par un champ électrostatique (négatif) de forte puissance. Le filtre électrostatique permet donc également de capter les fumées.
Avantage
Élimination des fumées dans le flux d’air rejeté
Inconvénients
Bien que le filtre électrostatique permette également d’éliminer les graisses résiduelles, ceci est fortement à déconseiller. La graisse se colmatant dans la zone collectrice, celle-ci perds rapidement son efficacité. Un nettoyage journalier est conseillé si le filtre électrostatique est utilisé sans autre système de filtration secondaire.
La filtration à charbon actif
Le filtre à charbon actif permet d’éliminer toutes les odeurs dans le flux d’air rejeté.
Avantage
Le filtre à charbon actif est l’élément indispensable là ou un air d’extraction complètement sans odeurs est demandé.
Inconvénients
Le filtre à charbon actif est très cher à l’achat, un filtre préliminaire éliminant toutes les graisses est donc impératif. Tel que : UV dans le flux d’air, hors du flux d’air ou générateur d’ozone. Les systèmes à enzymes sont à éviter. Ainsi le filtre à charbon actif peut fonctionner sans problème jusqu’à 6 mois (UV hors du flux d’air ou générateur d’ozone) ou jusqu’à 2 ans (filtre UV dans le flux d’air).
Bien que le filtre à charbon actif permette également d’éliminer les graisses résiduelles, ceci est fortement à déconseiller. La graisse se colmatant sur les particules actives du filtre à charbon actif, celui-ci perd rapidement de son efficacité. Un remplacement mensuel est alors nécessaire ce qui rendrait le système très onéreux
Comparaison des techniques de filtration
Système
Élimination des graisses
Élimination des fumées
Élimination des odeurs
Récupération d’énergie
Protection du système de ventilation
Lavable en lave-vaisselle
Pare flamme
Coût d’installation
Coût d’entretien
Filtre à treillis
Non
€
€€€
Filtre à choc
Non
€
€€
Filtre à choc double
Oui
€€
€€
Séparateur de graisses à choc simple
Non
€
€
Séparateur de graisses cyclonique
Oui
€€
€
UV dans le flux d’air
Non
€€
€
UV hors du flux d’air
Non
€€
€
Générateur d’ozone
Non
€€
€
Enzymes en continu
Non
€€
€€€
Enzymes après le service
Non
€€
€
Filtre électrostatique*
Non
€€
€
Filtre à charbon actif**
Non
€
€€€
Légende : = optimal = utilisable = déconseillé ou non-utilisable * Les valeurs pour le filtre électrostatique ne sont valables que si un système d’élimination des graisses est prévu. ** Les valeurs pour le à charbon actif ne sont valables que si un système préliminaire de filtration par UV est installé.
![Enveloppe du bâtiment [Calculs]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2019/03/energie-banner02_calculs02.png "Enveloppe du bâtiment [Calculs]")
Deltour., N. Heijmans (2020). Du Nearly Zero Energy Building à la neutralité carbone.
= utilisable