Le projet européen REGENER Analyse de cycle de
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Le projet européen REGENER Analyse de cycle de vie des bâtiments Bruno Peuportier (Ecole des Mines de Paris), Bologne, juin 98 Résumé Le projet européen REGENER a associé 8 partenaires de divers pays (Italie, France, Allemagne, Pays Bas et Finlande) durant deux années (1995-96) pour : - définir une méthodologie commune permettant l’application de l’analyse de cycle de vie (ACV) aux bâtiments, - développer une boite à outils pour l’aide à la conception, - mener de premières applications des méthodes, en particulier pour évaluer l’intérêt de l’utilisation des énergies renouvelables dans les bâtiments. Afin de faciliter le transfert de la recherche vers les applications, et le lien entre l’offre et la demande (maîtrise d’ouvrage et conception en particulier), le partenariat a regroupé des instituts de recherche, des consultants, une entreprise de construction, une agence régionale et une association professionnelle. L’activité de recherche a permis de définir un cadre commun pour l’application de l’ACV au secteur du bâtiment, concernant la définition des limites du système, de l’unité fonctionnelle et les modèles considérés pour les process énergétiques et les transports. Une base de données a été collectée sur les impacts de la fabrication d’environ 150 matériaux et composants de construction. Un modèle orienté objets a été étudié pour faciliter les liens entre l’ACV et d’autres outils d’évaluation ou de dessin. Des indicateurs environnementaux ont été collectés à partir de travaux internationaux dans ce domaine. Cette activité de recherche a été fortement liée aux applications professionnelles. Le rôle des différents acteurs et les expériences antérieures ont été analysés dans la première partie du projet afin d’orienter les recherches. Le processus de conception des bâtiments a été étudié pour définir dans les outils en développement des entrées-sorties adaptées aux différentes phases. Quelques premières analyses de sensibilité ont été effectuées sur l’intégration de technologies valorisant les énergies renouvelables. Des applications sur des projets (exposition sur la maison écologique, lycée vert) ont permis une première illustration de la démarche. Introduction Des travaux ont été menés durant les années 80 sur la maîtrise de l’énergie dans les bâtiments, avec l’apparition de réglementations thermiques et de labels permettant une certaine stabilisation de la consommation d’énergie dans ce secteur. Le faible coût de l'énergie n'a cependant pas permis de justifier des investissements importants et ainsi certaines technologies (photovoltaïque par exemple) sont restées marginales. Mais l'objectif d’économie d’énergie qui prévalait a maintenant laissé la place à une démarche plus globale de protection de l’environnement, ce qui peut renouveler l'intérêt pour les alternatives énergétiques et faire émerger de nouvelles technologies (gestion de l’eau et des déchets, matériaux de construction). Des approches variées sont apparues dans ce contexte. Les méthodes existantes comme les labels, les fiches d’information sur les produits, les listes positives ou négatives et les appréciations qualitatives manquent de transparence et sont souvent restreintes à une phase limitée du process de conception ou de construction. Elles ne sont pas basées sur l’étude du cycle de vie. Or une décision prise à une phase peut avoir des répercussions sur une phase ultérieure, par exemple le choix d’un matériau générant moins d’impact lors de sa fabrication peut entraîner une augmentation des émissions sur la durée d’utilisation du bâtiment. Un bilan global est donc nécessaire. Au delà de ces premières approches qualitatives, le besoin d’une méthode plus rigoureuse se fait sentir pour évaluer et aider à réduire les impacts environnementaux des bâtiments. En effet, une comptabilité “ qualitative ” peut difficilement remplir le rôle d'une comptabilité analytique, et le projet décrit ici vise à rendre celle-ci possible pour la plupart des thèmes environnementaux. Un tel outil d’analyse doit permettre aux utilisateurs de comparer des variantes de conception et d’étudier l’intégration d’innovations technologiques dans le but de réduire la contribution d’un projet à différents problèmes environnementaux, depuis une échelle globale (par exemple l’effet de serre) jusqu’à une échelle locale (comme la production de déchets). Une nouvelle approche de conception ne sera mise en oeuvre que si une demande existe pour une telle démarche. Nous avons donc souhaité associer une administration régionale, en charge de la gestion d’un parc de bâtiments (en particulier des lycées). Notre premier travail a été d’analyser la situation actuelle dans différentes régions d’Europe et le processus de décision sur lequel il est envisageable d’intervenir. La deuxième tâche a concerné la méthodologie proprement dite pour l’application de l’ACV aux bâtiments, et une boite à outil a ensuite été développée pour l’aide à la conception. Enfin, la dernière activité a concerné l’application de la méthode par des groupes d’acteurs, utilisateurs potentiels à qui des indications sont données avec des exemples. Le projet a donc été structuré en 4 tâches : Analyse de la situation présente Définition de la méthodologie d’ACV appliquée aux bâtiments Développement d’une boite à outils pour l’aide à la conception Applications par des groupes d’acteurs 1 Analyse de la situation actuelle Les expériences antérieures ont été étudiées dans différentes régions, et les besoins des décideurs ont été recensés afin d’orienter le développement d’outils applicatifs de l’ACV de manière à faciliter leur intégration dans les pratiques professionnelles. 1.1 Analyse des expériences antérieures Les régions concernées par le projet REGENER varient en terme de climat (de l’Italie à la Finlande), de densité de population (la Finlande ayant la plus faible densité, Paris la plus élevée et l’Ombrie et les Pays Bas une valeur moyenne), et de structures administratives. L’importance relative des thèmes environnementaux diffère également, par exemple la qualité de l’air est un thème plus important dans les zones densément peuplées. Le niveau de prise en compte de l’environnement dans le secteur du bâtiment est très inhomogène dans les différentes régions représentées dans le projet. Aux Pays Bas, des informations ont été recueillies sur le projet ECOLONIA, un projet pilote déja réalisé où différentes démarches ont été comparées (cf tableau ci-dessous) pour intégrer la qualité énergétique et écologique dans l’urbanisme et la conception architecturale. démarche proposée Maîtrise de l’énergie * Isolation thermique * Energie solaire * Construction et utilisation Management du cycle de vie * Consommation d’eau, réutilisation des matériaux Architecte nombre de maisons BBDH Moehrlein Hopman 18 10 11 BEAR 10 * Durée de vie, maintenance, architecture “ organique ” * Construction flexible Amélioration de la qualité * Isolation acoustique Santé et sécurité * Construction “ bio-écologique ” A&vH 12 Lindeman 10 WEB v Gerwen ArchiService 10 12 8 En Finlande, l’étude a porté sur divers projets utilisant les énergies renouvelables (20 000 résidences secondaires en site isolé alimentées par de l’électricité photovoltaïque, chauffage solaire saisonnier à l’échelle communale, bois-énergie). En Ombrie, un outil de planification énergétique a été développé au niveau communal et régional, et a été mis en oeuvre dans le plan décennal énergie et environnement de la région. Le parc de bâtiments résidentiel est modélisé selon les classes d’âge et des paramètres techniques, ce qui conduit à un modèle complet représentant l’offre et la demande d’énergie des 92 villes d’Ombrie. Ce modèle fournit les potentiels d’économie et de substitution d’énergie, en prenant en compte les coûts d’investissement, les ressources locales et certains impacts environnementaux. Une base de données est utilisée pour comparer des politiques énergétiques alternatives (économie ou substitution) selon leur potentiel de réduction des impacts environnementaux. L’étude menée en Ile de France (région autour de Paris) sur une centaine de projets concernant les énergies renouvelables a eu pour objet de compléter l’analyse technico-économique par l’évaluation de critères environnementaux et sociaux. Il ressort de cette étude que l’intérêt environnemental de certains projets permettrait une meilleure justification des surcoûts. La rentabilité de certaines options techniques comme la conception architecturale bioclimatique n’est en effet parfois obtenue que sur le long terme (cf figure ci-dessous). COMPARAISON DES DEUX SCÉNARIOS D'ÉVOLUTION DU PRIX DE L'ÉNERGIE BOIS, PAILLE 1,4 BIOCLIMATIQUE 1,2 1 0,8 e=1,5% 0,6 e=4,3% 0,4 BIOGAZ, MOQUETTE, CAPTEURS AIR 0,2 0 0 5 10 15 temps de retour brut En fonction du taux annuel e d’augmentation du prix de l’énergie, le bénéfice -ou valeur actuelle nette- rapporté à l’investissement initial (taux d’enrichissement en capital) peut être important, mais le temps de retour reste élevé : de l’ordre de 10 ans pour les projets étudiés. Le chauffage au bois ou à la paille a un temps de retour plus faible, ainsi que les capteurs solaires pour les piscines (moquettes) et le biogaz, mais ces technologies produisent un bénéfice plus faible. Dans ces expériences locales, des méthodes très simples ont été utilisées pour l’analyse environnementale et le besoin d’outils plus rigoureux, capables de mieux justifier les décisions prises, s’est fait sentir. L’ACV pourrait satisfaire un tel besoin, sous réserve que les outils développés soient adaptés au processus de décision. 1.2 Liens entre le niveau du bâtiment et le niveau communal Les expériences menées dans les différentes régions pour l’amélioration de la qualité environnementale des bâtiments concernent différents niveaux : le niveau d’un lotissement de maisons individuelles dans le projet Ecolonia, celui des communes en Ombrie, tandis que les études menées en Ile de France et en Finlande ont concerné l’évaluation ou l’expérimentation de filières, dans le but de promouvoir leur application à plus large échelle. Un bâtiment s’insère en général (sauf pour certains sites très isolés) dans un contexte communal, avec une certaine politique en particulier concernant la gestion des déchets (procédures de collecte sélective) et une connection aux réseaux (transports, éventuellement eau, énergie, assainissement). Il nous est apparu nécessaire de prendre en compte cette dimension communale dans l’état des lieux effectué lors de cette première tâche. La contribution d’une équipe américaine (Université du Colorado) a permis d’enrichir l’étude par des exemples supplémentaires. Un outil permettant d’évaluer les bénéfices énergétiques et environnementaux de diverses énergies renouvelables à l’échelle communale a été développé (CEADS) et appliqué sur des études de cas. Cet outil permet de décrire un parc de bâtiments et certaines infrastructures (routes, gestion des déchets), sur lequel on étudie diverses alternatives énergétiques : valorisation des gains solaires passifs, chauffe-eau solaires, électricité photovoltaïque ou éolienne, valorisation énergétique des déchets ou de biomasse, cogénération. Le logiciel évalue l’intérêt de ces technologies en terme d’économie d’énergie, de bénéfice économique mais aussi de réduction d’un certain nombre d’émissions (NOx, SO2, CO2 et particules). Un bilan est effectué sur le parc décrit, qui peut correspondre à un lotissement ou à la commune entière. Les indicateurs énergétiques et environnementaux proposés par le réseau européen “ Energie Cités ” (European network of energy and environmentally conscious cities) ont également été considérés, mais il semble que les différentes villes n’aient pas encore harmonisé leur grille de critères pour l’évaluation des performances environnementales au niveau communal. 1.3 Analyse des structures de décision Les outils d’évaluation envisagés doivent nécessairement s’intégrer dans des processus de décision pour être opérationnels. Il convient donc d’analyser ces processus pour mieux cerner les besoins. Un questionnaire a alors été envoyé aux acteurs potentiellement concernés. Il a été structuré en six sections, correspondant aux différentes phases identifiées : définition des objectifs environnementaux, élaboration des politiques, programmation, conception, prescription, construction. L’objectif était de cerner l’état de l’art dans chaque région, comment le domaine a été structuré, qui a joué le rôle décisionnel et organisationnel prépondérant, comment le processus pourrait être amélioré grâce à l’ACV. Les résultats sont synthétisés dans le tableau suivant, qui propose des utilisations potentielles des ACV identifiées dans trois régions en fonction des différentes phases. Phase Définition des objectifs Elaboration de politiques Elaboration du programme Conception Prescription Construction Ile-de-France vérifier si les objectifs sont réalistes Ecolonia Ombrie fixer des cibles en fonction Fixer des impacts de statistiques nationales environnementaux de référence soutenir les innovations en fonction de leur intérêt environnemental fixer des objectifs en fonction du contexte régional définir des règles de bonnes pratiques pour les applications locales fixer des exigences performantielles et des recommandations techniques comparer différents projets sur des objectifs généraux et non sur la base de listes spécifiques comparer des alternatives sur la base d'une évaluation multicritères améliorer un projet en utilisant l'analyse de cycle de vie comme évaluation liée à une gestion de projet mettre en oeuvre les bonnes pratiques et mener l'analyse de cycle de vie au niveau d'un quartier ou d'un lotissement aider à la conception en permettant aux professionnels d'évaluer des alternatives fournir une évaluation environnementale rigoureuse des technologies aider à la prescription de matériaux à moindre impact, pas seulement par étude comparative Evaluer des performances environnementales des matériaux tenant compte de leur intégration au projet étudié réduire les impacts des chantiers (par exemple tri des déchets) calculer les impacts environnementaux (devrait être intégré dans l'évaluation des coûts) évaluer l'adéquation entre les impacts prévisionnels et réels 2 Méthodologie pour l'application de l'analyse de cycle de vie aux bâtiments L'objectif général qui cadre notre travail est de maximiser les performances et la qualité des bâtiments (confort, fiabilité, satisfaction des fonctionnalités, image et forme) tout en réduisant les impacts environnementaux liés à la consommation de ressources et aux émissions générées, et si possible les coûts globaux (les coûts environnementaux externes n’ayant pas été internalisés). Notre contribution concerne l’évaluation des impacts environnementaux. 2.1 Structure de l'analyse de cycle de vie L'inventaire des flux de masse et d'énergie sur le cycle de vie d'un produit constitue une base généralement acceptée pour l'évaluation de ces impacts. La méthode l'analyse de cycle de vie a été développée par des associations scientifiques comme la SETAC et a été largement acceptée par l'industrie et les instances de normalisation (ISO). Cette méthode comporte cinq phases : la définition des objectifs de l'étude effectuée, l'analyse de l’inventaire (quantification des bilans de masse et d'énergie du système), l’évaluation (quantification d'indicateurs environnementaux comme le potentiel de réchauffement global), l'interprétation (identification des aspects environnementaux importants, vérifications par analyses de sensibilités et revues critiques) et la recherche d'amélioration (identification des possibilités de réduction des impacts, élaboration de stratégies). Resources from nature Recycling Emissions into nature Materials - Energy - Water Renew. energy Air Non ren. energy Water Materials Soil Water Fauna & Flora Land Landscape Comfort Services Heat Cold Fresh air Water Warm Water Electricity Communication Temp.& Humid. Light Sound Air quality Building Integrity Building performances - Building quality Quantification des entrants et des sortants par l’ACV L'ACV, qui a été développée pour des produits industriels, a dû être adaptée au secteur du bâtiment pour plusieurs raisons. Un bâtiment est souvent construit à un seul exemplaire, et il faut donc automatiser l'ACV pour la rendre compatible avec les moyens limités dont disposent les concepteurs. La durée de vie des bâtiments est en général beaucoup plus longue que celle des produits industriels courants. Ils comportent un grand nombre de matériaux et composants, et leur process de conception est complexe, faisant intervenir de nombreux acteurs dont les préoccupations peuvent être contradictoires. Un premier problème auquel nous avons été confrontés a été la définition des frontières du système étudié. En effet, il ne suffit pas de décrire le bâtiment seul, il faut tenir compte de son approvisionnement en eau, en énergie. Si une partie de ces besoins est fournie par l'enveloppe elle-même (par exemple production d'électricité par une toiture photovoltaïque), alors les impacts liés à l'infrastructure de production sont pris en compte. Si un tel bâtiment est comparé à une variante où l'électricité provient du réseau, alors l'infrastructure de production centralisée doit elle aussi être prise en compte pour être homogène. Le transport des matériaux de construction peut avoir un impact non négligeable, et doit donc être inclus. Or la contribution des infrastructures (construction et entretien) est importante. Si l'objectif de l'étude est de comparer divers sites de construction, alors l'impact lié au transport des personnes (par exemple du domicile au lieu de travail) peut influencer de manière importante les résultats comparatifs. Il faut donc également l'inclure. Enfin, l'impact de fabrication des matériaux et composants doit être inclus, mais il est légitime de négliger la contribution des infrastructures (usines, machines) car cet impact est réparti sur une grande quantité de produits. Le système doit également être limité dans le temps. La durée de vie des composants doit être fixée, ainsi qu'une durée d'analyse pour l'ensemble du bâtiment. En fait, l'ACV ne s'applique pas à un produit, mais à une "unité fonctionnelle", c'est à dire à un produit assurant certaine(s) fonction(s). Cette distinction est importante lorsque l'on compare diverses variantes : il faut s'assurer que les produits comparés assurent le même service sur la même durée. Plusieurs unités fonctionnelles peuvent alors être définies : un bâtiment entier ou un mètre carré, sur une durée de vie conventionnelle ou sur un an. 2.2 Revue des méthodes existantes a) les "listes", par exemple la méthode de préférence environnementale Cette méthode, en fait sous forme de livre, a été élaborée par W/E Sustainable Building, aux Pays Bas. Pour chaque fonctionnalité (par exemple couverture, isolation thermique,...) divers produits sont comparés avec divers niveaux de préférence. Les auteurs affirment que ces préférences se basent sur des analyses de cycle de vie, mais les éléments correspondants ne sont pas donnés et l'ouvrage a suscité plusieurs controverses dans les milieux industriels. La méthode a l'avantage d'être simple, mais elle demande au prescripteur de croire ce qui lui est préconisé, sans pouvoir le vérifier : comment les différents thèmes environnementaux, à supposer qu'ils résultent vraiment d'une ACV, ont-ils été pondérés pour arriver à une préférence globale, cette pondération est-elle valable pour les Pays Bas uniquement ou peutelle être extrapolée à d'autres pays, les résultats sont-ils valables quel que soit le type de bâtiment, ces questions mériteraient entre autres d'être approfondies. b) les méthodes par points, par exemple BREEAM La plus représentative de ces méthodes est la méthode britanique BREEAM, promue par le Building Research Establishment. Il s'agit d'une évaluation attribuant des points en fonction de réponses apportées par les concepteurs à un questionnaire. Par rapport à l'approche précédente, cette méthode offre la possibilité de compensation entre les différentes rubriques techniques. Mais cela suscite des questions supplémentaires sur la justification de ces compensations : pourquoi le fait de proscrire les halons dans les extincteurs est-il aussi important que prévoir des équipements pour les cyclistes ? Répondre à cette question suppose qu'on sache évaluer les impacts évités par les différentes techniques et que l'on puisse pondérer les thèmes environnementaux. Les questions posées sur l'approche précédente ne trouvent pas davantage de réponse ici. L'avantage de la méthode est de constituer une "checklist", une aide pragmatique aux concepteurs et une solution prête à l'emploi épargnant le temps de la réflexion aux maîtres d'ouvrage. Une variante, BEPAC, a été élaborée pour le Canada. c) les méthodes d'ACV Cet état de l'art a été réalisé au début du projet, c'est à dire début 1995. Il ne concerne pas les outils d'ACV généralistes comme SIMA-PRO (Pré Consultants, Pays Bas) ou TEAM (ECOBILAN, France), mais seulement les outils dédiés au secteur du bâtiment. Nous avons recensé 5 méthodes : OPTIMIZE (Canada Mortgage and Housing Corporation), ECOPRO (Université de Karlsruhe, IFIB, Allemagne), EQUER (Ecole des Mines, CENERG, France), ECOQUANTUM (W/E Sustainable Building et l'Université d'Amsterdam -IVAM-, Pays Bas), Energy life cycle assessment model for building design (Building Research Institute -SBI-, Danemark). Il faut maintenant ajouter ATHENA, développé au Canada par l’Athena Institute. Ces méthodes sont basées sur le principe général décrit au paragraphe précédent. Elles diffèrent essentiellement sur le modèle descriptif de bâtiment (structuration en éléments et en phases), sur la base de données utilisées, sur le modèle de prise en compte du recyclage des matériaux, sur la définition précise des indicateurs considérés (facteurs d'impacts pris en compte, pouvoir calorifique supérieur ou inférieur pour l'énergie, caractérisation de la toxicité, etc.). L'avantage de cette approche est d'expliciter les hypothèses effectuées et la manière d'obtenir les résultats. Les données et la définition des indicateurs sont cependant connues avec une très grande incertitude, et aucun travail de comparaison n'a été effectué pour mieux cerner la précision de ces méthodes. Les résultats sont présentés sous la forme de profils multicritères, ce qui impose à l'utilisateur de réaliser lui-même des arbitrages si les variantes comparées ont des performances contradictoires sur les différents thèmes environnementaux. Elles sont encore peu dédiées aux métiers concernés (architectes, ingénieurs, maîtres d'ouvrages, entreprises,...) et leur objet -réduire les impacts environnementaux des bâtiments- nécessite une forte sensibilisation des acteurs dans un marché en récession. Ces méthodes peuvent cependant être simplifiées pour être adaptées aux pratiques professionnelles, ou être utilisées pour générer des méthodes de type a) ou b) décrits précédemment. 2.3 Collecte de données existantes Nous avons vu au paragraphe 2.1 l'étendue du système étudié, et la variété des process considérés (fabrication des matériaux, procédés énergétiques, transports, gestion des déchets,...). Il n'est donc bien entendu pas possible de procéder, dans le cadre de ce projet européen, à la quantification des impacts générés par ces différents procédés. Nous nous sommes alors limités à la collecte de données existantes. De nombreux industriels ont effectué une ACV de leurs produits, mais les résultats ne sont pas toujours publiés. A notre connaissance, deux bases de données spécifiques aux matériaux de construction sont commercialisées : Oekoinventare (ETH, Zürich) et IVAM LCA Data (Université d’Amsterdam). Plusieurs institutions en Europe constituent des bases pour leurs besoins propres ou ceux d’industriels, mais ne les diffusent pas, par exemple : SBI (Danemark), VTT (Finlande), CSTB (France). Des données sont en cours de développement en Amérique du Nord, par exemple BLISS (Lawrence Berkeley Laboratory), ou diffusées avec le logiciel OPTIMIZE (Canada). Les comparaisons entre bases montrent des écarts importants, et une analyse détaillée serait nécessaire pour expliquer ces écarts (différences dans les procédés industriels, distances de transports entre lieux de production intermédiaires, approvisionnements énergétiques, réglementations concernant les émissions et le traitement des déchets, méthodologie d'affectation des impacts aux co-produits, précision des estimations des flux mesurés sur les sites, etc.). Dans le cadre du projet REGENER, la répartition européenne de la production d'électricité sur les différentes filières (nucléaire, thermique, hydraulique,...) a été considérée pour la fabrication des matériaux de construction. Des contacts ont été pris avec l'association SPOLD, regroupant des industriels actifs dans le domaine des ACV. L'objectifs était de suivre l'émergence d'un format standard pour la présentation des données issues de l'industrie. Dans le cadre de REGENER, le format issu des développeurs de bases de données a été considéré. 2.4 Modélisation des bâtiments La modélisation des bâtiments, et en particulier la structuration en éléments est importante, car elle conditionne une plus ou moins grande facilité de description d'un projet et des variantes considérées. L'avantage d'une structuration en objets a déja été constaté dans les outils d'analyse thermique. Considérons, à titre d’illustration, un concepteur qui souhaite comparer des murs en briques et en parpaings pour un même bâtiment. Si les matériaux constitutifs des murs sont modélisés comme de simples propriétés des murs, alors l'utilisateur doit modifier chaque mur pour remplacer le matériau brique par le parpaing, ce qui est fastidieux. Si par contre le modèle a été structuré avec des objets de type matériaux auxquels font référence les différents murs, alors il suffit de modifier une seule fois l'objet et la modification est automatiquement transmise dans les murs concernés. C'est ce principe qui est proposé ici. Les différents objets techniques peuvent être classés en grandes catégories. Il nous a paru intéressant de distinguer les composants fabriqués industriellement, pour lesquels des ACV peuvent être disponibles, et ceux fabriqués sur le chantier, que nous appelons sous-systèmes et dont les impacts doivent être estimés. Parmi les produits industriels, nous distinguons les produits simples et les composants pouvant associer plusieurs produits (par exemple une fenêtre incluant un vitrage et une menuiserie). Etant donnée l'importance des aspects énergétiques dans le bilan environnemental global des bâtiments, il nous semble utile de prévoir un chaînage entre les outils d'ACV et les calculs thermiques. C'est pourquoi nous avons considéré, dans les sous-systèmes, les zones thermiques, volumes du bâtiment ayant un comportement thermique considéré comme homogène. A ces zones correspondent des parois de zone, portions de parois qui leur sont contigües. L'ensemble de la structure est représenté sur le schéma suivant dans l’exemple du logiciel EQUER, selon le langage de représentation graphique NIAM utilisé dans un projet de norme sur les échanges de données informatiques (STEP). Exemple de modèle structuré en objets (logiciel EQUER) ε c C HA N TIER ELEM EN T BA TIM EN T PRO DU IT ε c ε c C OM PO SAN T SOU S-SYSTEM E ε c FO N DA TIO N M A SQ U E IN TEG RE C OM PO SITIO N M A TERIA U PARO I O U VERTU RE O C C U LTA TIO N REV ETEM EN T de SU RFAC E ZO NE PA RO Ide ZO NE EQ U IPEM EN T Exem ple de structuration selon le form alism e N IA M ε c représente parftiaietde contient D’autres structurations sont possibles, comme la décomposition par éléments considérée dans ECO-PRO, qui permet un chaînage avec des calculs économiques basés sur une norme suisse. Une méthodologie d'échange issue de STEP a été expérimentée pour le chaînage entre un outil d'ACV (EQUER) et un logiciel de simulation thermique (COMFIE). A la représentation précédente, il faut ajouter deux "objets" supplémentaires : le modèle du site, incluant les connections aux réseaux (eau, énergie, transports, collecte des déchets), la description du climat, et le(s) scénario(s) d'occupation des différentes zones du bâtiment. L'utilisation des bâtiments et le comportement des occupants jouent en effet un rôle majeur dans le bilan environnemental global. 2.5 Définition des indicateurs environnementaux Comme on l’a vu au paragraphe 2.1, l’analyse de cycle de vie comporte une étape d’évaluation, dont l’objet est de quantifier un certain nombre d’indicateurs. L’objectif du projet Regener n’est pas de définir de tels indicateurs, mais plutôt de collecter les indicateurs existants, déja discutés par une communauté scientifique large (par exemple la SETAC et l’ISO), et d’évaluer la pertinence et les limites de leur application au secteur du bâtiment. Les limites de ces indicateurs sont ensuite discutées et des lacunes ont été identifiées pour le secteur du bâtiment. Une liste d’indicateurs est proposée dans le tableau suivant. Liste des thèmes unités Diminution des ressources abiotiques - Consommation d’énergie primaire MJ Consommation d’eau kg Acidification kg SO2 eq. 3- Eutrophisation kg PO4 eq. Réchauffement global (GWP100) kg CO2 eq. Déchets non radioactifs kg Déchets radioactifs dm Odeurs m Ecotoxicité aquatique m Toxicité humaine kg Ozone photochimique (smog) kg C2H4 eq. 3 3 3 Les trois derniers thèmes peuvent être remplacés par 4 autres indicateurs : smog d’été (très proche du dernier thème ci-dessus), smog d’hiver (exprimé en kg SO2 eq.), métaux lourds (en kg Pb eq.) et substances carcinogènes (en kg eq. de composés polycycliques aromatiques). D’autres indicateurs comme la consommation d’espace auraient pu être proposés, mais il aurait alors fallu définir des facteurs d’équivalence entre les espaces intérieurs, semiextérieurs (vérandas, balcons, terrasses) ou les aménagements extérieurs (parkings,...), ce qui aurait nécessité un groupe plus large de partenaires. La phase d’évaluation peut se poursuivre par une normalisation des indicateurs. Il s’agit de relativiser chaque valeur par rapport à une émission annuelle par personne. Par exemple, les émissions de gaz à effet de serre sont limitées à 2 tonnes d’équivalent CO2 par personne et par an. On divise alors les émissions obtenues pour le bâtiment considéré par cette valeur, et on procède de même pour les autres indicateurs. Cette normalisation a pour effet de réduire les valeurs correspondant aux indicateurs sur lesquels le bâtiment étudié a une contribution négligeable par rapport à la référence annuelle par personne. On évite ainsi de prêter attention aux thèmes sur lesquels le secteur du bâtiment n’a pas d’influence. Une évaluation en valeur absolue n’a que peu d’intérêt : que faire d’une information sur la quantité de gaz à effet de serre émise par un bâtiment sur son cycle de vie ? Les valeurs relatives sont plus utiles : il est alors possible d’évaluer un projet par rapport à une référence, qui peut être un bâtiment standard de fonction identique, ou un bâtiment innovant. L’information fournie par le profil environnemental peut alors être du type : ce bâtiment émet 20% de moins de gaz à effet de serre qu’un bâtiment standard équivalent. Certains proposent de poursuivre la démarche de simplification des sorties jusqu’à l’obtention d’une note environnementale unique. Mais ceci nécessite de pondérer les différents indicateurs. La méthode des écopoints part d’objectifs de réduction des émissions définis par les décideurs politiques pour pondérer directement les flux élémentaires : si par exemple les émissions de CO2 doivent être réduites deux fois plus que celles de SO2, alors le facteur de pondération sera deux fois plus élevé pour le CO2. La méthode des écoindicateurs se base sur des hypothèses philosophiques (par exemple on accorde 20 fois plus d’attention aux humains qu’au reste de l’environnement) pour déduire des pondérations entre indicateurs. D’autres méthodes envisagent des priorités définies par des panels d’experts. Toutes ces méthodes sont encore trop controversées pour que nous prenions position dans le cadre de Regener. 3 Intégration de l’analyse de cycle de vie dans le processus de conception Cette tâche a pour objectif de progresser vers le développement d’outils professionnels basés sur la méthodologie définie précédemment. Pour être efficace, un outil d'aide à la conception doit correspondre aux problèmes auxquels les acteurs sont confrontés et doit leur apporter une information extérieure leur permettant d'aborder ces problèmes. Il contribue donc indirectement au processus de décision, sans entraver le libre choix des acteurs. Afin d'examiner comment l'évaluation environnementale peut s'intégrer dans ce processus, nous avons d'abord analysé celui-ci pour mieux cerner les rôles des différents acteurs, les phases d'un projet et les aspects environnementaux considérés. Nous avons ensuite abordé le problème des entrées et des sorties des outils. Enfin, une comparaison entre différents outils a été esquissée. 3.1 Analyse du process de conception des bâtiments Les questions posées et les méthodes correspondantes évoluent au cours d'un projet. Elles concernent par exemple le choix du site de construction, puis la forme architecturale générale et enfin la prescription détaillée des composants. Nous n'avons pas abordé dans cette tâche 3 les phases amont (définition des politiques environnementales, élaboration des outils réglementaires ou incitatifs par les administrations, planification urbaine), et peu les phases aval (construction proprement dite puis utilisation des bâtiments), ce qui pourrait donner lieu à d'autres études. Les étapes que nous avons considérées sont alors les suivantes. a) phase de programmation - l'initiative : cette décision est basée sur l'évaluation des besoins d'un organisme ou sur une étude de marché, - l'étude de faisabilité : il s'agit d'examiner la faisabilité financière, légale et technique du projet en fonction du site et des contraintes urbaines éventuelles, avec si nécessaire une comparaison de sites, - la programmation : les souhaits, demandes et contraintes doivent alors être formalisées dans un programme définissant les niveaux de performance attendus, éventuellement certaines options techniques souhaitées, des contraintes et des caractéristiques liées au site et aux fonctionnalités du futur bâtiment. b) phase de conception - le plan masse : à cette étape, certaines demandes et les contraintes urbaines sont intégrées pour définir la forme générale du bâtiment ou de l'ensemble de bâtiments projetés, éventuellement effectuer une première estimation du budget et de l'échéancier des travaux, - l'esquisse : les principaux choix architecturaux portant sur les formes et les options techniques générales sont effectués, permettant d'affiner l'estimation des coûts et de l'échéancier, - la conception détaillée : la définition des composants du bâtiment devient de plus en plus précise (il est possible d'insérer une étape intermédiaire entre l'esquisse et le projet détaillé : le projet sommaire), et intègre les parties intérieures, les équipements, la modénature ; les côuts et les délais sont alors actualisés, c) la phase d'élaboration - la prescription : la spécification précise des différents matériaux et composants permet une estimation rigoureuse des investissements et des délais, - la passation des marchés : les contrats entre les différentes entités sont rédigés en précisant les budgets et les délais de réalisation, d) la phase de construction - la préparation du chantier : le travail concerne les plans de détail d'exécution, la planification du chantier, intégrant le personnel, les machines et autres équipements, - la construction : il s'agit de réaliser les fondations, le gros oeuvre, le second oeuvre et les finitions en coordonnant les activités des différentes entreprises, - la réception : le maître d'ouvrage contrôle la conformité au programme, les garanties sont formulées et des finitions sont demandées si nécessaire. Durant ces différentes phases, le processus de décision peut être modélisé par trois étapes : - identification d'un problème, - élaboration d'un ensemble de solutions, - choix d'une solution. Ce processus est cependant compliqué par le nombre des acteurs en présence, et par l'interactivité des décisions (par exemple une solution préconisée par le thermicien peut avoir des répercussions sur les coûts, les performances acoustiques, etc.). Le processus est alors rendu cyclique et nécessite un certain nombre de médiations. La prise en compte des contraintes environnementales va intervenir à trois niveaux : des problèmes supplémentaires seront identifiés, les solutions élaborées seront différentes et leur évaluation, aboutissant à la sélection finale va faire intervenir des critères supplémentaires. Eventuellement, un acteur supplémentaire peut être intégré à l'équipe de conception et/ou réalisation (dans le cas où les acteurs existants ne prennent pas en charge la totalité de cette problématique et où un spécialiste est alors consulté). Il semble plus réaliste d'utiliser les outils d'évaluation environnementale pour la troisième phase du processus de décision : la comparaison des différentes variantes et l'aide à la sélection de la solution retenue. L'identification des problèmes environnementaux intervient en amont : elle est intégrée dans les contraintes réglementaires, dans le programme du maître d'ouvrage (incluant éventuellement une procédure incitative comme l'exigence de l'obtention d'un label) ou est le fruit de la culture environnementale des acteurs. L'ensemble constitué par la réglementation, l'incitation et le programme devrait fournir aux concepteurs une checklist les aidant à identifier les questions à résoudre pour améliorer la qualité environnementale de leur projet. L'élaboration de solutions dépend de la culture technique des acteurs et de leur expérience pratique de la qualité environnementale. L'utilisation antérieure d'outils d'évaluation a d'ailleurs pu contribuer à enrichir cette expérience. Un catalogue de solutions pourrait être proposé au lieu de listes de "bons" ou "mauvais" produits, ou de produits dits "naturels". Mais il nous semble que ce type de catalogue ne devrait pas inclure d'évaluation, car cela nécessiterait de prendre en compte le site, l'usage du bâtiment et les intéractions entre les composants. L'évaluation d'un produit est donc spécifique à un projet et ne peut être fournie dans un catalogue général. L'identification des problèmes environnementaux est exprimée dans de nombreux cahiers des charges. Elle évolue dans le temps en fonction des connaissances scientifiques, de l'actualité présentée par les médias, du contexte local. Quelques exemples ont été collectés, illustrant la variété des thèmes environnementaux considérés et la variété des structurations en rubriques. Ces thèmes peuvent être plus ou moins quantifiés, certains étant purement qualitatifs (qualité architecturale, respect du paysage). L'analyse de cycle de vie ne constitue donc qu'une contribution, concernant les aspects quantifiables de la qualité environnementale (impacts sur l'environnement extérieur), et s'appliquant à une étape du processus de décision (l'évaluation et la comparaison de variantes) pour diverses phases du processus de conception. L'étude du domaine d'utilisation de l'analyse de cycle de vie sera poursuivie dans la tâche 4 concernant les applications par les acteurs. 3.2 Paramètres d'entrée L'utilisation d'un outil dans la pratique professionnelle dépend fortement de la convivialité de son interface de saisie. Un compromis doit donc être trouvé entre d'une part la précision de l'outil et sa richesse informative (le nombre de questions auxquelles il permet de répondre) et d'autre part la simplicité du modèle et la réduction du nombre de paramètres qu'il faut renseigner. La recherche de ce compromis est l'objet de ce paragraphe. Un modèle de bâtiment a été présenté à titre d'exemple dans la tâche 2. Il s'agit ici de passer en revue l'ensemble des paramètres d'entrée afin d'évaluer, en fonction des phases d'un projet (programmation et choix du site, esquisse, projet sommaire et détaillé), l'importance de ces paramètres, leur accessibilité et la valeur par défaut pouvant être considérée si l'utilisateur ne les connaît pas. L'importance des paramètres est exprimée selon trois niveaux : faible, moyenne et élevée. Il s'agit d'une première estimation, des analyses de sensibilité plus poussées seraient utiles pour vérifier cette estimation. Dans les phases amont d'un projet (choix du site par exemple), de nombreux paramètres sont encore inconnus et seront précisés progressivement au fur et à mesure de l'avancement du projet. L'accessibilité des données varie donc selon les étapes, elle est exprimée selon 4 niveaux : nulle, rare, possible, bonne. Si un paramètre n'est pas accessible ou si son importance est faible, une valeur par défaut doit être proposée aux utilisateurs. Cette analyse permet de simplifier la saisie d'un projet en éliminant les paramètres d'importance faible et en aidant les utilisateurs par la proposition de valeurs par défaut. Les valeurs par défaut peuvent être proposées soit dans l'interface de saisie, soit dans des bibliothèques de composants types, soit dans la programmation elle-même si le paramètre est suffisamment peu influent pour être fixé à une valeur constante. Les valeurs par défaut sont indiquées ici à titre illustratif, elles correspondent au contexte français. Les données sont structurées en trois grandes composantes : le site, la description technique du bâtiment et sa description fonctionnelle. Chaque composante contient divers objets, selon la structuration indiquée dans le modèle présenté dans la tâche 2. Nous donnons dans ce résumé deux exemples ci-dessous. - site (exemple : distribution d'eau potable et traitement des eaux usées) paramètre unité températures °C mensuelles d’eau froide dureté de l’eau °f importance phase disponibilité valeur par défaut moyenne toutes rare fonction de la latitude faible choix du site bonne aucune (valeur non utilisée dans les outils) rendement du réseau % de distribution proportion d’eaux % usées traitées élevée toutes moyenne 80 moyenne toutes bonne 100 - description technique des bâtiments (exemple : revêtement de surface) paramètre unité importance phase facteur 0..1 faible (sauf esquisse et avant-projet disponibilit valeur par défaut é rare 0.6 espaces capteurs) projet détaillé bonne faible esquisse et avant-projet rare projet détaillé bonne d’absorption facteur 0..1 d’émission 0.9 - description fonctionnelle des bâtiments Un scénario d'occupation propose des valeurs par défaut pour la consommation d’eau froide et d’eau chaude par personne et par jour, la production de déchets ménagers, la répartition par type de déchet (verre, papier,...) et la proportion triée de chaque type. 3.3 Sorties et visualisation des résultats Les analyses de cycle de vie aboutissent à l'évaluation d'un certain nombre d'indicateurs environnementaux, constituant un "profil environnemental". Comme on l’a vu dans la section 2, la connaissance d'un résultat absolu sur le cycle de vie d'un bâtiment n'est en général pas très utilisable, par exemple que faire d'une information du type : "ce bâtiment génère 600 tonnes d'équivalent CO2 sur son cycle de vie" ? Pour pouvoir interpréter ce résultat, l'utilisateur a besoin d'une référence, par exemple : la contribution à l'effet de serre correspondante est 10% supérieure à celle d'un bâtiment typique de même taille dans la même région. Il peut ensuite être utile de répartir cette contribution sur les différentes phases du cycle de vie (construction, utilisation, rénovation, démolition) ou les différentes sources d'impact (chauffage, fabrication des matériaux de construction, ...) afin de savoir d'où provient ce "mauvais" résultat. Lorsque l'on compare deux variantes, que l'une génère 10% de plus d'impact sur l'effet de serre et l'autre 20% sur l'eutrophisation, comment pondérer ces deux résultats pour pouvoir jusfitier la décision globale ? Peut-être l'impact du bâtiment sur l'effet de serre est-il beaucoup plus important que sur l'eutrophisation, auquel cas ce dernier thème devrait être négligé ou relativisé (c'est l'objet de la "normalisation"), peut être le thème Effet de serre est-il plus important en général que le thème Eutrophisation, avec une deuxième étape de relativisation (utilisant la "pondération", ou les méthodes multicritères) ? Nous donnons ci-dessous quelques exemples de présentation pour les trois outils développés par les partenaires du projet : ECOPRO (Université de Karlsruhe, IFIB, Allemagne), EQUER (Ecole des Mines de Paris, CENERG, France) et ECOQUANTUM (IVAM et W/E Sustainable Building, Pays Bas). - deux exemples de la répartition des impacts sur les phases d'un projet : ECOPRO (histogrammes) et EQUER (diagramme radar) ECOPRO fournit les résultats suivants en distinguant trois contributions : construction, utilisation (impacts liés aux utilisateurs, par exemple gestion des déchets ménagers, usages de l'eau) et fonctionnement (impacts liés aux équipements du bâtiment -chauffage, éclairage...). EQUER fournit les indicateurs environnementaux de CML (cf tâche 2) pour 4 phases : construction, utilisation+rénovation, démolition. - exemple de comparaison de variantes ECOQUANTUM compare ici 4 variantes sur 8 indicateurs environnementaux 2.Beton/stan 3.KZS/stan 4.HSB/stan 5.CB/stan 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% grondstofuitputting energiegebruik gevaarlijk afval ongevaarlijk afval broeikaseffect ecotoxiciteit smogvorming humane toxiciteit - intégration des effets sur le cycle de vie On voit dans l'exemple suivant (ECOPRO) la valeur cumulée de la contribution à l'effet de serre, les sauts correspondant à des rénovations successives. - énergies contenues et poids des différents matériaux L'exemple suivant (ECOQUANTUM) montre la répartition de l'énergie contenue et du poids sur les principaux matériaux constituant un bâtiment (béton, mortier, grès,...). beton cementmortel kalkzandsteen vurehout overige materialen 100% 80% 60% 40% 20% 0% aandeel in energieverbruik aandeel in gewicht - contributions relatives des différentes sources d'impact Il est possible de déduire, par différence entre plusieurs calculs, la contribution relative de différentes sources d'impact aux différents indicateurs. L’exemple ci-dessous correspond à une maison individuelle en France. 100% 80% Demolition 60% Renovation transports énergie eau déchets ménager 40% Construction Mm3 ODOUR kg O3-SMOG kg HUMAN TOX, m3 ECOTOX-W kg PO4 EUTROPHICATION t CO2 GWP100 dm3 RADWASTE t eq WASTE E-9 RESOURCES m3 WATER GJ ENERGY 0% kg SO2 ACIDIFICATION 20% Une comparaison entre les différents outils a été tentée, mais les délais n'ont pas permis d'analyser les écarts constatés, qui peuvent provenir des bases de données sur les matériaux, des calculs thermiques, des hypothèses sur les indicateurs (énergie primaire exprimée en PCI ou PCS, effet de serre sur 20 ou 100 ans, etc.) ou d'erreurs de calcul. 4 Applications par les acteurs Les impacts environnementaux des bâtiments résultent de décisions effectuées à toutes les étapes de l'évolution d'un projet, et en particulier pendant les phases amont (élaboration des politiques et définition des objectifs environnementaux, programmation, esquisse), durant lesquelles les choix ont une influence importante sur les flux (d'énergie, d'eau et de matériaux) dont le cumul sur la phase d'utilisation est élevé. Nous avons donc élargi l'analyse effectuée dans la tâche 3, concernant plutôt les concepteurs et les entreprises, au cas des maîtres d'ouvrage et des décideurs politiques. Les fabricants de produits sont également considérés dans cette étude, qui a pour but d'esquisser des recommandations aux différents acteurs sur l'emploi des ACV. Nous avons ensuite illustré les potentialités de la méthode par des analyses de sensibilité afin d'évaluer l'intérêt de la valorisation des gains solaires dans les bâtiments, puis par des applications concernant des projets régionaux. 4.1 Recommandations pour l'utilisation de l'ACV par différents acteurs Une étape importante de l'ACV est la définition des objectifs de l'étude et la définition de son cadre général. Cette étape influence fortement le choix des frontières du système étudié : par exemple, le transport domicile-travail peut être considéré si l'objectif est le choix entre plusieurs sites, mais peut être exclu d'une étude ne portant que sur la conception architecturale. Elle oriente également le choix des analyses de sensibilité à effectuer, et l'interprétation des résultats. Utilisé par des administrations -nationales, régionales ou municipales- , l’ACV pourrait aider à définir des objectifs en évaluant un bâtiment type de référence et une alternative respectant des bonnes pratiques environnementales, économiquement acceptables. En ce qui concerne les maîtres d'ouvrage, l'objectif de l'étude peut être de décider entre la construction d'un nouveau bâtiment et la réhabilitation d'un bâtiment existant, de choisir un site de construction, de fixer des objectifs de performance dans un programme, de sélectionner un projet dans le cadre d'un concours d'architecture, ou d'évaluer et d'accompagner la démarche des concepteurs. Il s'agit en général d'un exercice de comparaison de variantes ou de projets, utilisant un nombre plus ou moins grand de valeurs par défaut : pour le choix d'un site par exemple, des bâtiments types doivent être considérés. Fixer des objectifs de performance est un exercice plus délicat, qui nécessite d'évaluer d'une part une référence (par exemple la moyenne du parc existant ou des constructions neuves actuelles) et d'autre part un projet appliquant des bonnes pratiques en matière de qualité environnementale. L'unité fonctionnelle doit être adaptée à l'usage prévu pour le projet et correspond en général au bâtiment entier sur sa durée de vie, bien qu'il soit possible de l'exprimer en unité de surface si les impacts liés à l'utilisation (déchets, eau, transports) ne sont pas pris en compte : ils dépendent en effet davantage du nombre de personnes que du nombre de m2. Des analyses de sensibilité peuvent permettre de comparer des variantes pour évaluer de manière plus précise les objectifs de performance et de coût. L'interprétation des résultats est facilitée par la définition d'une référence et d'objectifs de performance adaptés au cas traité. Nous avons déja illustré dans la tâche 3 les applications de l’ACV en conception, à l’intention des architectes ou des bureaux d’études techniques. L'ACV globale des bâtiments est également utile pour des industriels souhaitant évaluer leurs produits ou comparer des variantes en prenant en compte les intéractions avec le reste de l'enveloppe. Ce type d’étude peut orienter le développement de nouveaux produits favorables à l’environnement. Nous verrons enfin dans la section 4.4 un exemple d’application pour le grand public. Les occupants des bâtiments jouent en effet un rôle majeur sur les performances obtenues : ils fixent la consigne de température de chauffage, le taux de renouvellement d’air; ils consomment plus ou moins d’eau, d’emballages, génèrent plus ou moins de déchets ménagers qu’ils peuvent trier ou non; ils choisissent le mode de transport entre leur domicile et leur travail. Leur sensibilisation aux conséquences environnementales de ces choix est donc essentielle. 4.2 Analyses de sensibilité L’ACV a été appliquée dans cette section pour évaluer l’intérêt environnemental de l’utilisation des énergies renouvelables dans les bâtiments par deux études de cas : un appartement en logement collectif et un bâtiment scolaire. L’outil utilisé est EQUER, et la base de données celle collectée par l’IFIB sur les matériaux de construction. Nous donnons cidessous des exemples de résultats. - comparaison de différentes techniques dans le cas de l’appartement : récupération de chaleur sur l’air extrait (“ double flow ”), utilisation de fenêtres pariétodynamiques à triple vitrages (“ dynamic windows ”) et plancher solaire direct (“ D.S. floor ”). Odour O3 smog Humtox Energy 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Ecotox - W Water Resourc. Reference Waste Radwaste Eutrop. Double flow Dynamic windows D.S.Floor GWP 100 Acidif. Les variations représentées ici sont faibles parce que l’ensemble des sources d’impact a été considéré (déchets ménagers, consommation d’eau, transport domicile-travail), ce qui a pour conséquence d’écraser la contribution de chaque source au bilan global, et donc les différences entre les variantes. On constate malgré cela une diminution de plus de 10% de l’effet de serre avec un système de chauffage solaire performant. - comparaison de différentes énergies de chauffage (fioul, géothermie et bois) dans le cas d’un lycée Odour Energy 1,00 0,80 0,60 O3 smog 0,40 Water Resourc. 0,20 Humtox Fuel Waste 0,00 Geothermics Wood Ecotox - W Radwaste Eutrop. GWP 100 Acidif. On voit que l’énergie bois (wood) permet de réduire la contribution à l’effet de serre, mais qu’elle nuit à la qualité de l’air (effet de smog). Cette énergie est donc plutôt adaptée aux zones dont la densité de population est faible, pour limiter les atteintes sur la santé. 4.3 Planification de l’utilisation des énergies renouvelables à l’échelle communale Un exercice d’application a été mené avec le logiciel CEADS pour évaluer l’intérêt de diverses utilisations des énergies renouvelables à l’échelle d’une commune. Un parc de bâtiments et d’équipements a été décrit (cf schéma ci-dessous). Le logiciel permet ensuite d’évaluer les économies d’énergie et la réduction des impacts obtenues avec diverses technologies, par exemple : Référence Architecture solaire passive Photovoltaïque Chauffage solaire de l’eau La substitution des ENR à diverses énergies (gaz, électricité, fioul) modifie les impacts environnementaux, évalués ici par 4 flux élémentaires : NOx, SO2, CO2 et particules. 4.4 Applications régionales Avant d’élaborer un plan de développement des énergies renouvelables, le Conseil Régional d’Ile de France a souhaité évaluer l’intérêt de ces technologies, par une analyse technicoéconomique complétée par l’estimation des avantages environnementaux et sociaux. Environ 150 projets ont été évalués dans une première étape, et une étude plus détaillée a pu être effectuée sur une quinzaine de projets pour lesquels des données plus complètes sont disponibles. L’étude technico-économique a considéré un bilan actualisé sur la durée de vie supposée des équipements, avec 4 critères : le surcoût à l’investissement, la valeur actuelle nette, le temps de retour et le prix du kWh solaire. Ces critères ont été complétés par des critères environnementaux (par exemple la contribution à l’effet de serre, à l’effet de smog, l’occupation des sols, l’épuisement des ressources) et des critères sociaux (création d’emplois, qualité de la vie, diminution des risques). Ceci a abouti à une étude par filières, qui a fait apparaître, dans le cas de la région parisienne, l’intérêt de l’architecture bioclimatique, de l’énergie bois (dans les zones moins densément peuplées), le chauffage solaire des piscines et le chauffage solaire à air. Une agence régionale (ARENE, agence régionale de l’environnement et des nouvelles énergies) a été créée et a mené un projet concernant la qualité environnementale des lycées, ces bâtiments étant gérés par la région. Un concours architectural a été lancé pour la construction du lycée Maximilien Perret à Maisons Alfort. L’Ecole des Mines s’est jointe à une équipe de conception-réalisation et cette équipe a obtenu la meilleure évaluation sur le plan de la qualité environnementale, sans pour autant être lauréate car d’autres critères sont intervenus. Le Comité 21, une association créée suite à la conférence de Rio pour promouvoir l’application de l’Agenda 21 en France, a organisé une exposition sur la maison écologique près du musée des Sciences (Grande halle de la Villette). Ce projet a regroupé des partenaires institutionnels (Ministère du logement, CSTB, ARENE, Ecole des Mines) et industriels (LYONNAISE DES EAUX-DUMEZ, LAFARGE, SAINT-GOBAIN, ISOVER, GAZ DE FRANCE, ELF-ATOCHEM et SOMMER-ALLIBERT). L’exposition comprenait une maison, l’EcoLogis, construite sur le site après un concours international d’architecture (cf illustration ci-dessous). Une analyse de cycle de vie a été effectuée, comparativement à une maison de référence correspondant au standard actuel en Ile de France. Cette référence a été définie par un atelier de travail organisé par le ministère du Logement (Plan construction et architecture) en se basant sur les statistiques effectuées par l’institut national INSEE. Les résultats des calculs thermiques montrent que l’ouverture solaire supérieure d’EcoLogis, les vitrages à isolation renforcée et l’échangeur de chaleur sur la ventilation permettent une réduction des émissions de gaz à effet de serre d’environ 20% lorsqu’on se rapporte à 1 m2 (EcoLogis a une surface supérieure à celle de la référence). Le bilan comparatif ci-dessous est obtenu en considérant une économie de 50% sur le débit d’eau des équipements sanitaires, une économie de 7% sur la consommation d’électricité (liée à une réduction des besoins en éclairage) et un tri du papier (resp. du verre) de 40% (resp. 60%). serre 1 autres déchets 0,8 énergie 0,6 0,4 0,2 déchets rad. Ecologis acidification 0 eau smog eutrophisation référence Un outil intéractif a été développé et mis à la disposition des visiteurs de l’exposition. Il s’agit d’une ACV simplifiée d’un logement. Les utilisateurs peuvent faire varier un certain nombre de paramètres (cf le cadre de gauche du schéma ci-dessous) et le profil environnemental est modifié sur la partie droite de l’écran. Ce profil est indiqué en valeur relative par rapport à la référence présentée précédemment. type of dwelling : house bioclimatic house appartment bioclimatic appart. heating : gas fuel electricity wood area / person : 20 m2 25 m2 30 m2 35 m2 temperature : 17°C 18°C 19°C 20°C water flow rate: standard reduced home-work distance : 0 km 10 km domestic waste : sorting no sorting transport : car bus Cette illustration de l’analyse de cycle de vie a complété l’exposition, axée principalement sur des aspects culturels, par une approche plus quantifiée exprimant un lien entre les décisions prises dans la vie quotidienne et les impacts à des échelles allant jusqu’au niveau planétaire. Ces premières applications ont permis de mieux cerner le potentiel d’application et les limites des outils actuels. La précision des bases de données semble encore insuffisante pour justifier le choix des matériaux de construction, même si certains matériaux présentent des avantages identifiés sur certains indicateurs : par exemple, l’utilisation du bois permet de réduire la contribution de la phase de fabrication à l’effet de serre. Il faut cependant éviter de considérer uniquement la phase de fabrication pour comparer les matériaux : dans l’exemple précédent, le bois permet peu de stocker l’énergie, ce qui peut conduire à augmenter les besoins de chauffage ou de climatisation d’un bâtiment. Il n’est alors pas certain que le bilan environnemental global soit favorable à une construction toute en bois, sans oublier les problèmes éventuels de surchauffe qui peuvent résulter d’une faible inertie thermique. Une combinaison de différents matériaux est souvent préférable. Une faiblesse des ACV est la non localisation des émissions, qui induit une incertitude concernant un certain nombre d’effets, sur la santé en particulier. Il faut donc être prudent sur l’interprétation des ACV, et utiliser à bon escient les analyses de sensibilité pour rechercher des améliorations techniques d’un projet en comparant des variantes. Conclusions L'analyse de cycle de vie est parfois présentée comme une méthodologie complexe, inappropriée au secteur du bâtiment où les acteurs disposent de peu de moyens et donc de temps pour prendre les décisions. Mais les alternatives proposées sont peu transparentes et aboutissent difficilement à un consensus entre les acteurs. La recherche de méthodes plus rigoureuses pour l’évaluation environnementale des projets et l’aide à la conception est donc nécessaire. L’ACV nous semble actuellement une base de travail intéressante dans cet contexte. Nous avons montré que des outils ont été développés pour simplifier et automatiser la simulation du cycle de vie des bâtiments, et qu'ils se sont avérés opérationnels sur divers projets. Un cadre général pour l’application des ACV dans le secteur du bâtiment a été défini, et la collaboration menée dans ce projet a permis d’améliorer les outils des différents partenaires. Les limites actuelles (imprécision, non exhaustivité de l'évaluation environnementale) peuvent être vues non pas comme rédhibitoires, mais comme une justification pour poursuivre ces travaux afin d'améliorer la précision des bases de données, des indicateurs environnementaux ou des modèles de cycle de vie et d'envisager des chaînages entre l'ACV et d'autres évaluations (par exemple la qualité de l'air intérieur, la performance acoustique). Le processus de conception des bâtiments bénéficierait ainsi d'outils de prévision de performances plus élaborés et plus complets, ce qui faciliterait la médiation entre les acteurs dans les prises de décision, dans l'objectif de maîtriser les coûts et d'améliorer la qualité des constructions. Références 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Ray Cole, Ian Cooper, Niklaus Kohler, Thomas Lützkendorf and Peter Smith, "Buildings and the Environment", Proceedings of the International Research Workshop, Cambridge, sept. 1992 SETAC, Life cycle assessment, Europe workshop, Bruxelles, Belgique, 1992, 110 p. 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