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Etude de l'efficacité énergétique d'un bâtiment en Tunisie
Conference Paper · May 2018
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Malek Jedidi
École Nationale d'Ingénieurs de Tunis
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Anis Abroug
Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Sfax
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1er Colloque International des Energies Nouvelles et Renouvelables - Innovation et Progrès Scientifique CIENRIPS’2018
Hammamet, 27,28 et 29 Avril 2018, Tunisie
Etude de l’efficacité énergétique d’un bâtiment en Tunisie
Malek Jedidi
1,2
, Anis Abroug
1
1Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Sfax, Département de Génie Civil, B.P.88, 3099 Sfax, Tunisie.
2Université de Tunis El Manar, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis, Laboratoire de Génie Civil, B.P.37, Tunis
Belvédère, 1002, Tunisie.
Résumé : La Tunisie compte parmi les pays en développement pionniers en matière de politique d’efficacité énergétique
initiée depuis le milieu des années 1980. En effet, l’efficacité énergétique est devenue l’un des principaux piliers de la
stratégie énergétique du pays surtout avec l’augmentation des prix de l’énergie. L’objectif principal de ce travail est de
donner une idée de l’impact que peuvent avoir certains choix effectués lors de la conception d’un bâtiment sur son bilan
énergétique à savoir : l'orientation des façades, les types des fenêtres et leurs surfaces vitrées, le choix des matériaux, ..
Le calcul du besoin énergétique du bâtiment a été déterminé à l'aide du logiciel de simulation Hourly Analysis Program
"HAP" Version 4.41.
Mots-Clés : Efficacité énergétique; Besoin énergétique; Bâtiment, Orientation; Simulation, HAP.
I. INTRODUCTION
L’amélioration de l’efficacité énergétique des
bâtiments constitue une source importante d’économie
d’énergie dans les pays en développement, étant donné
la part que représentent les bâtiments dans la demande
d’énergie commerciale dans ces pays (environ 30% de
la consommation totale d’électricité en Afrique de
l’ouest). Les gestionnaires considèrent souvent la
dépense énergétique comme un coût fixe sur lequel ils
n’ont aucune emprise. Or, des techniques adaptées
d’utilisation et de contrôle de l’énergie permettent de
réaliser des économies annuelles de l’ordre de 10 à
15% dans les immeubles des secteurs tertiaires
(banques, hôtels, bâtiments à usage de bureaux).
La Tunisie a accéléré dès le début des années 2000
son action en matière d’efficacité énergétique en
entreprenant une diversification de son mix
énergétique. Cette diversification vise à faire face au
creusement du déficit énergétique national, qui a
dépassé les 4 Mtep (millions de tonnes équivalent
pétrole) en 2015, atteignant un taux de 56% [1]. Les
principales caractéristiques du secteur de l’énergie en
Tunisie sont les suivantes :
• Une forte augmentation de la demande en électricité
et une grande importance accordée aux énergies
carbonées par les autorités nationales ;
• La poursuite de constructions de nouvelles centrales à
gaz (97% de la production d’électricité actuelle) pour
répondre à la croissance de la demande et épargner au
pays des pannes de courant ;
• Quasi-monopole de la production d’électricité par le
secteur public (81%).
Plusieurs études ont été réalisées sur des bâtiments
afin de déterminer l'influence de plusieurs paramètres
sur le bilan énergétique [2-5]. Le diagnostic
énergétique d’un bâtiment constitue la réalisation d’un
bilan complet de la situation énergétique du bâtiment.
Il poursuit trois objectifs :
• L’optimalisation des consommations d’énergie, c’est-
à-dire la correction des dysfonctionnements ou erreurs
de conception par une amélioration de la gestion des
équipements et/ou par une amélioration des
performances de ceux-ci;
• L’identification des opportunités de recours aux
énergies renouvelables en lieu ;
• L’amélioration du confort des occupants.
Dans cette optique, ce travail consiste à donner une
idée de l’impact que peuvent avoir certains choix
effectués lors de la conception d’un bâtiment sur son
bilan énergétique en utilisant la simulation thermique
dynamique à l’aide du logiciel de simulation Hourly
Analysis Program "HAP" Version 4.41[6].
II. ETUDE EXPERIMENTALE
1. Présentation du bâtiment
Le bâtiment se trouve à la ville de Tunis dans la
région RT2 à une latitude de 36°50'N, longitude de
10°14'E et une altitude de 3.00m [7].
Fig. 1: Plan du bâtiment et son orientation
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Hammamet, 27,28 et 29 Avril 2018, Tunisie
Le bâtiment possède une surface de 80 pour un
volume de 240 . L’entrée du bâtiment est orientée
vers le nord comme l’indique la figure 1.
Les surfaces vitrés représentent 10% de la surface du
plancher (ce qui représente environ 6.67 % surface
vitrée par façade). Les fenêtres à simple vitrage ont un
coefficient U=6.32 Wm².K et un facteur solaire de
0.85. Les dimensions des différentes pièces de notre
bâtiment sont données dans le Tableaux 1.
Tableau 1: Dimensions des pièces du bâtiment
Pièces L
(m)
l
(m)
H
(m)
S
(m²)
V
(m3)
CH
1
4.00
4.00
3.00
16.00
48.00
CH
2
4.00
4.00
3.00
16.00
48.00
Salon
4.00
4.00
3.00
16.00
48.00
Cuisine
4.00
4.00
3.00
16.00
48.00
Hall
6
.00
2.00
3.00
12
.00
36
.00
WC
2
.00
2.00
3.00
4
.00
12
.00
Total
80.00
240.00
2. Caractéristiques thermiques des matériaux
Les murs extérieurs non isolés sont en brique creuse
d’une épaisseur de 15 cm avec un enduit extérieur en
mortier de ciment et l’intérieur en plâtre.
Les cloisons de séparations sont en brique creuse de
10 cm avec un enduit en plâtre sur les deux côtés. Le
plancher bas est constitué d’une couche en pierre d’une
épaisseur de 20 cm suivie de 10 cm de béton, couvert
de carrelage (la sous-chape est en mortier de ciment
d’une épaisseur de 2 cm).
La toiture est en béton-hourdi d’une épaisseur de 20
cm et une chape en mortier de ciment et un enduit
intérieur en plâtre.
Les caractéristiques thermiques des matériaux
utilisés sont présentées dans le Tableau 2.
Tableau 2: Caractéristiques thermiques des matériaux
Matériaux
(W/m.K)
Capacité
thermique
(KJ/Kg.K)
Densité
(Kg/m3)
Ep
(m)
Brique creuse
0.34
0.8
4
1
920
0.15
Brique creuse
0.35
0.8
4
1
920
0.10
Enduit
extérieur
1.15 1.34 1800 0.01
Enduit plâtre
0.57
1
.34
720
0.01
Béton
2.
3
0
0.84
2
240
0.10
Pierre
1.75
1
2350
0.20
Béton-
Hourdis
2.30 0.84 2240 0.04
Hourdis
0.60
0.88
1000
0.16
3. Détermination des besoins énergétique:
Les besoins énergétiques annuelle du bâtiment sont
représentés dans la figure 3. Les valeurs sont de l’ordre
de 9300 (KWH) pour le chauffage et de 11180 (KWH)
pour la climatisation soit un besoin total annuel de
20480 (KWH).
Pour notre bâtiment de surface total de 80 m², la per-
formance énergétique est de l’ordre de 256 KWH/m².
on obtient ce résultat si on considère que le système de
climatisation a un et le rendement du système
de chauffage est =0.6.
Fig. 2: Evolution mensuelle des besoins énergétiques
4. Les mesures d’efficacité énergétique
4.1. Orientation
Le bâtiment initial orienté Nord-Sud a été modifié et
orienté Est-Ouest comme indique la figure 3.
(a) (b)
Fig. 3: Orientation du bâtiment. (a): Nord-Sud. (b): Est-Ouest
La figure 4 donne les résultats de l'influence de
l'orientation du bâtiment sur son bilan énergétique. On
remarque que la demande en chauffage et en climatisa-
tion ont été augmentés respectivement de 5% et 11%
pour une augmentation totale de la consommation ther-
mique de 3%. En effet, pour la façade orientée au Nord,
elle reçoit un peu d’ensoleillement le matin et le soir.
Dans la situation modifiée, elle est orientée à l'Est et elle
ne reçoit des apports solaires que le matin, mais de
façon plus importante. On devrait donc chauffer moins
en hiver mais refroidir plus en été.
Fig. 4: Besoin énergétique annuel en fonction de l'orientation
du bâtiment
Pour la façade orientée au Sud, elle reçoit
d’importants apports solaires au milieu de la journée.
Dans la situation modifiée, elle est orientée à l'Ouest et
!
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l’ensoleillement se produit plus tard. Il faut donc
chauffer plus en hiver. En été, les apports de fin de
journée seront stockés dans le bâtiment pendant la nuit
et restitués le matin, il faudra donc également refroidir
plus.
4.2. Surfaces vitrées
Les résultats du besoin énergétique annuel en chauf-
fage et climatisation en fonction du pourcentage des
surfaces vitrées du bâtiment sont représentées dans la
figure 5.
On remarque que l'utilisation d'un simple vitrage
avec un coefficient de déperdition thermique
U=6.32W/m².K n'a pas donné un gain énergétique pour
toutes les façades y compris celle du Sud.
Pour les fenêtres doubles vitrages, on remarque qu'il
faut absolument éviter de les disposer sur la façade
Nord sous peine de voir ses besoins énergétiques explo-
sés simultanément avec l’accroissement de la surface
vitrée. Pour les autres façades, un gain énergétique en
chauffage a été enregistré proportionnellement à
l’augmentation des surfaces vitrées surtout pour la fa-
çade sud où le gain est important et se stabilise au-delà
de la moitié de la surface de la façade. Pour les façades
Est et Ouest le gain a augmenté lentement pour atteindre
son maximum pour un pourcentage de 40%.
Pour le double vitrage peu émissif, on note un gain en
chauffage de 22,64% pour la façade Sud, pour les trois
autres façades, le gain a été de 1% au moyenne pour
20% de surface vitrée en plus.
Simple vitrage
(a) (b)
Double vitrage
(a) (b)
Double vitrage peu émissif
(a) (b)
Fig. 5: Besoin énergétique annuel en fonction des surfaces vitrées. (a): Besoin en chauffage. (b): Besoin en climatisation
" " !" " " "
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4.3. Protection solaire mobile
La protection solaire choisie est celle des stores ex-
térieurs déroulant en toile, de facteur de transmission
0.2. Ils sont placés sur les façades est, sud et ouest, et
sont régulés façade par façade en fonction de la tempé-
rature minimum des pièces donnant sur ces façades.
Les apports solaires annuels sont ainsi diminués de
20%, ce qui se traduit par une diminution de la de-
mande de froid de 30% mais aussi par une augmenta-
tion de la demande de chaud de 7% (Tableau 3). Cette
augmentation provient sans doute d’un moindre stock-
age de chaleur dans la masse du bâtiment.
Tableau 3: Besoin énergétique annuel du bâtiment avec
protection solaire mobile des fenêtres
Besoin
énergétique
(KWH)
Sans
protection
solaire
Avec
protection
solaire
Par rapport
au bâtiment
initial
Chauffage
(KWH)
9300 9985 7%
Climatisation
(KWH)
11180 7830 - 30%
Besoin total
(KWH)
20480 17815 13%
4.4. Types des fenêtres
Le Tableau 4 présente les différents caractéristiques
des vitrages à installer afin de voir leurs influence sur
les besoins énergétiques du bâtiment.
Tableau 4: Caractéristiques des fenêtres
Fenêtres
Coefficient
U
(W/m².K)
facteur
solaire
Dimensions
(m)
Simple vitrage
6.32
0.
8
5
0.80 x 1.00
Double vitrage
3.24
0.75
0.80 x 1.00
Triple vitrage
2.
17
0.70
0.80 x 1.00
Double vitrage peu
émissif
1.76 0.60 0.80 x 1.00
Les résultats du besoin énergétique annuel en fonc-
tion du type des fenêtres du bâtiment sont représentées
dans la figure 6. On remarque que la qualité du vitrage
influe sur le besoin énergétique total du bâtiment. En
effet, l’utilisation des fenêtres double vitrage peu émis-
sif ont apporté un gain énergétique de 5,46% alors que
l'utilisation d'un triple vitrage a apporté 4,97% de gain.
Fig. 6: Besoin énergétique annuel en fonction des types des
fenêtres
En conséquence le gain énergétique n’est pas propor-
tionnel au nombre de vitrage qui constitue la fenêtre
mais plutôt de sa qualité thermique.
On remarque aussi que l’utilisation d’une fenêtre
avec un coefficient de déperdition (U=1.76 W/m².K)
trois fois inférieur à celui des fenêtres à simple vitrage
(U=6.32 W/m².K) a apporté un gain très modeste com-
parant au coût d’investissement, cependant la fenêtre
double vitrage peu émissif sera retenu comme le cas
optimale pour notre bâtiment.
4.5. Types des matériaux de construction
L’enveloppe du bâtiment joue un rôle de séparation
thermique entre l’ambiance intérieure et extérieure
puisqu'il permet le stockage de la chaleur dans le bâti-
ment et la distribue par la suite à l’air intérieur et exté-
rieure [8-10].
La figure 7 donne le besoin énergétique du bâtiment
pour quelques matériaux de construction. On remarque
que l'utilisation d'un double cloison d'épaisseur 30 cm
permet un gain de 22% alors que le remplacement du
mur en briques creuses (e = 15cm) par autre un mur en
briques creuses mais d'épaisseur différente (e = 10cm)
permet une baisse de la performance énergétique de
11.20%. Pour un mur en pierre d'épaisseur 45 cm, on
note une baisse de la consommation de l'énergie qui
peut atteindre 11.70%.
Les résultats montrent aussi que le besoin énergétique
en climatisation est plus important que celui de chauf-
fage, ce qui nous conduit à choisir des matériaux qui
permet le rafraichissement passif et abaissent le besoin
en chauffage.
Fig. 7: Besoin énergétique annuel en fonction du choix des
matériaux de construction
4.6. Isolation des parois
La figure 8 donne les valeurs du besoin énergétiques
du bâtiment en cas d'utilisation d'un isolant thermique
du type polystyrène expansé de conductivité thermique
= 0.042 W/m.K. On remarque que l'isolation des murs
extérieurs et de la toiture par un épaisseur de 7 cm de
polystyrène a donné respectivement un taux de réduc-
tion de la consommation énergétique de 21 % et 35%.
Cette différence s'explique par le fait que l’isolation de
la toiture permet la diminution du besoin énergétique en
chauffage et en climatisation, par contre l’isolation des
murs extérieurs permet seulement la diminution du
besoin en chauffage.
)
*
%+
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