Bilans énergétiques et environnementaux de bâtiments à énergie

Bilans ´energ´etiques et environnementaux de bˆatiments `a
´energie positive
St´ephane Thiers
To cite this version:
St´ephane Thiers. Bilans ´energ´etiques et environnementaux de bˆatiments `a ´energie positive.
Sciences de l’ing´enieur [physics]. ´ Ecole Nationale Sup´erieure des Mines de Paris, 2008. Fran¸cais.
<NNT : 2008ENMP1959>.<pastel-00004692>
HAL Id: pastel-00004692
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Submitted on 4 Feb 2009
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ED n° 432 : « Sciences des Métiers de l’Ingénieur »
N° attribué par la bibliothèque
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T H E S E
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’ECOLE NATIONALE SUPERIEURE DES MINES DE PARIS
Spécialité “Energétique”
présentée et soutenue publiquement par
Stéphane THIERS
le 21 novembre 2008
BILANS ÉNERGÉTIQUES ET ENVIRONNEMENTAUX DE
BÂTIMENTS À ÉNERGIE POSITIVE
Directeur de thèse : Bruno PEUPORTIER
Jury :
M. Alain TROMBE..............................................................Président du jury
M. Étienne WURTZ......................................................................Rapporteur
Mme Françoise THELLIER..........................................................Rapporteur
M. Denis CLODIC......................................................................Examinateur
M. Michel CARRÉ......................................................................Examinateur
M. Bruno PEUPORTIER...................................................Directeur de thèse

– Bilans énergétiques et environnementaux de bâtiments à énergie positive –
Résumé/Abstract 1
RÉSUMÉ
Le « bâtiment à énergie positive » est un concept de bâtiment très performant. Il peut
constituer l’une des réponses possibles aux défis énergétiques et environnementaux d’aujourd’hui.
Pourtant il est encore peu connu et peu mis en œuvre. À la lumière de quelques réalisations, ce
concept a été défini et caractérisé, puis différents outils et méthodes ont été identifiés pour permettre
l’analyse des performances d’un bâtiment. Compte tenu des spécificités techniques des bâtiments à
énergie positive, deux solutions technologiques ont été plus particulièrement étudiées : un système de
ventilation intégrant un échangeur air-sol a été modélisé puis validé à partir de données de mesure ;
un système de chauffage aéraulique à micro-cogénération a été modélisé à partir de données issues
d’un banc d’essai dédié. Les modèles de ces deux systèmes ont été intégrés à un outil de simulation
thermique du bâtiment. L’analyse énergétique et environnementale a été appliquée à trois bâtiments
réels très performants équipés de différents systèmes de chauffage, à partir de l’outil amélioré et des
méthodes les plus adaptées. Le choix du système de chauffage mais aussi les critères d’évaluation
retenus influencent fortement les résultats obtenus. Le bâtiment à énergie positive (bilan en énergie
primaire) représente la meilleure solution pour la majorité des impacts environnementaux étudiés.
L’analyse des impacts sur le cycle de vie et le calcul de la demande cumulative d’énergie permettent
de caractériser finement ses performances environnementales.
Mots clefs : Bâtiment à énergie positive, simulation thermique, analyse de cycle de vie, micro-
cogénération, échangeur air-sol
D E
ABSTRACT
« Positive Energy Buildings » are a concept of high-performance buildings considered to be
one of the possible solutions to nowadays energy and environmental challenges. Nevertheless, it is
still not widely known and hardly implemented. In the light of some existing buildings, this concept has
been defined and characterized. Next, several tools and methods have been identified in order to
carry out analyses on the building performance. Considering the technical specificities of positive
energy buildings, two technological solutions have been studied more particularly: a ventilation system
including an earth-to-air heat exchanger has been modeled and validated from measured data; a
micro-CHP air heating system has been modeled from data coming from a specific test bench. These
two models have been integrated into a building thermal simulation tool. An energy and environmental
analysis has been carried out for three existing high-performance buildings equipped with various
heating systems, using the improved tool and the most adapted methods. The heating system as well
as the evaluation criteria strongly influences the results. A positive energy building (primary energy
assessment) is the best performing solution for the majority of the studied environmental impacts. A
life cycle assessment and a cumulative energy demand calculation are means of characterizing its
environmental performance in detail.
Keywords: Positive Energy Building, Thermal Simulation, Life Cycle Assessment, Micro
Combined Heat and Power, Earth-to-Air Heat Exchanger